Гумусовые характеристики аллювиальных темногумусовых почв Красноярской лесостепи

Сибирского федерального университета (г. Красноярск)

Охарактеризованы аллювиальные темногумусовые глееватые и гидрометаморфизованные почвы Красноярской лесостепи. Выявлены особенности аллювиальных почв на основании макроморфологического исследования, установления основных физико-химических и химических свойств. Установлены закономерности изменения их гумусовых характеристик и свойств. Определены содержание, состав и свойства гумуса; основные оптические характеристики препаратов гуминовых кислот гумусово-аккумулятивных горизонтов.

Ключевые слова: аллювиальные почвы; гумусовые характеристики; оптические свойства.

Аллювиальные почвы в долинах рек являются специфическими образованиями, профиль которых формируется при одновременном воздействии зональных и интразональных процессов. Кроме того, находясь в подчиненном положении, они являются барьерами и накопителями различных химических элементов, выполняя при этом санитарно-гигиеническую роль в долинных экосистемах [1]. Сложность пойменного процесса почвообразования, его высокий динамизм, специфика водного питания, существенное влияние интразональных факторов (русловых и поемных процессов) на зонально-поясные закономерности (широтная и вертикальная дифференциация) являются основной причиной недостаточной изученности пойменных экосистем [2. С. 24]. Особую значимость в связи с возросшей антропогенной нагрузкой на экосистемы приобретает исследование особенностей гумусовых веществ как веществ, активно влияющих на миграцию химических элементов.

Материалы и методики исследования

Были исследованы аллювиальные темногумусовые почвы репрезентативных участков пойм рек (правых и левых притоков р. Енисей) Березовка, Бузим, Кача и Есауловка в среднем их течении. Все объекты находятся на территории Красноярской лесостепи.

Основные физико-химические свойства были определены по общепринятым методикам [3]. Был изучен минералогический состав почв и подстилающих пород. Определение группового состава гумуса производилось по ускоренному пирофосфатному методу Кононовой и Бельчиковой [4], фракции свободных гуминовых кислот - по методике И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [5]. Экстрагирование препаратов гуминовых кислот для изучения оптических характеристик произведено согласно методике Д.С. Орлова, Л.А. Гришиной в модификации И.В. Перминовой [6]. Для определения наличия зависимости между признаками почв использован коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Статистическая обработка проводилась с использованием пакета статистической обработки данных «Statistica for Windows», версия 7.0.

Результаты исследования и обсуждение

Аллювиальные темногумусовые почвы Красноярской лесостепи характеризуются многочленным профилем, в котором чередуются почвенные горизонты различной степени развитости с речными наносами. Наиболее выраженная слоистость характерна для почв долин рр. Кача и Есауловка. Гумусово-аккумулятивные горизонты имеют цвет темно-серый либо темно-бурый, увлажнены и уплотнены, обладают непрочной структурой, преимущественно комковатой, гранулометрический состав представлен легкими суглинками. Преобладание сизого оттенка и обильных ржавых пятен в профилях почв пойм рр. Бузим, Есауловка и Кача является диагностическим признаком для выделения подтипа аллювиальных темногумусовых глееватых почв. Преобладание грязно-серого до стального и оливкового цветов в профилях почв пойм р. Березовка является диагностическим признаком для выделения подтипа аллювиальных темногумусовых гидрометаморфизованных почв.

Почвообразующие породы представлены песками рыхлыми и связными (для почв пойм рр. Есауловка и Кача), а также легкими и тяжелыми суглинками (для почв пойм рр. Бузим и Березовка). В минералогическом составе преобладают кварц, калиевые полевые шпаты и плагиоклазы.

Исследованные почвы характеризуются нейтральной и слабощелочной реакцией среды, высокими значениями подвижного фосфора в верхних горизонтах (до 100 мг/кг), суммы обменных оснований (в среднем 41 мг-экв./100 г, до 53 мг-экв./100 г), подвижных форм железа (до 0,5%), присутствием карбонатов во всех исследованных почвах по всему профилю в среднем около 2% (до 5%).

По содержанию гумуса почвы низкой и средней пойм характеризуются как низко- и среднегумусные (2-6%), почвы высокой поймы - как высоко- (6-10%) и очень высокогумусные (> 10%), что, прежде всего, зависит от степени и характера затопления, гранулометрического состава привнесенного материала, а также от степени развития растительности.

Так, для почв, наиболее подверженных периодическому затоплению (почвы низких пойм), выявлено относительно низкое содержание гумуса (2-6%) в верхних горизонтах. При интенсивном и длительном затоплении происходит вынос гумусовых веществ из профиля. Кроме того, аккумуляции гумусовых веществ в верхнем горизонте AU препятствует образование речных наносов легкого гранулометрического состава (содержание гумуса в горизонтах AU для почв низкой поймы находится в высокой обратной корреляционной зависимости от содержания физического песка, коэффициент корреляции -0,9).

Относительно более высокое содержание гумуса (от 6 до 10%, для почв высокой поймы р. Березовка до 15%) характерно для почв высокой поймы, что обусловлено хорошо развитой растительностью, обеспечивающей постоянное поступление органики, высоким положением в рельефе и привносом нового материала относительно тяжелого гранулометрического состава.

Тип гумуса аллювиальных темногумусовых почв лесостепной зоны в горизонте AU изменяется от фульватно-гуматного до гуматного, что зависит в основном от pH среды, характера растительности, степени гидроморфизма и гранулометрического состава почв.

Проведено исследование «свободных» (бурых) гуминовых кислот (ГК). Эта фракция ГК является наиболее окисленной, менее полидисперсной, содержит большое количество функциональных групп, сильнее насыщена минеральными элементами и более гидрофильна [7].

Содержание фракции свободных гуминовых кислот низкое (1,5-22,3% от С органического вещества), что характерно для «незрелых» гуминовых кислот, которые формируются в условиях избыточного увлажнения.

Отличительной чертой гуминовых кислот является интенсивность поглощения света. Это позволяет применять спектрофотометрический анализ в качестве чувствительного индикаторного и диагностического метода при обнаружении и изучении гуминовых кислот [8]. Для изучаемых аллювиальных почв был проведен анализ гуминовых кислот по электронным спектрам поглощения. Определены отдельные полосы поглощения, вычислены коэффициенты экстинкции, коэффициент преломления, а также определены коэффициенты цветности для горизонтов изучаемых разрезов с наибольшим содержанием органического углерода.

Установлено, что коэффициенты преломления растворов препаратов ГК исследуемых почв изменяются в пределах 1,3-1,4: уровень оптической плотности (коэффициент экстинкции) гуминовых кислот характеризуется как низкий и очень низкий, что также свидетельствует о присутствии молодых, «незрелых» гуминовых кислот. Низкие значения коэффициента экстинкции связаны с уменьшением степени конденсированности углерода гуминовых кислот.

Для определения оптических показателей ГК использовались в основном препараты, выделенные из верхних горизонтов. Это является еще одной причиной низких значений коэффициента экстинкции. Снижение оптической плотности ГК верхних горизонтов обусловлено обогащенностью этих горизонтов свежими органическими остатками и присутствием сравнительно «молодых» гуминовых кислот с развитыми периферическими цепями [8].

Содержание свободной фракции гуминовых кислот находится в высокой прямой корреляционной зависимости от коэффициента экстинкции (коэффициент корреляции >0,7). Это подтверждает, что для зрелых гуминовых кислот характерно высокое содержание фракции свободных гуминовых кислот.

Гуминовые кислоты исследуемых почв отличаются схожим характером распределения электронных спектров поглощения.

В большинстве случаев они имеют пологий характер со слабовыраженными максимумами. В качестве примера приведен электронный спектр поглощения гуминовых кислот аллювиальной темногумусовой почвы низкой поймы р. Березовка (рис. 1). Корреляционная связь между электронными спектрами гуминовых кислот всех изученных почв характеризуется как высокая и очень высокая (преобладающая статистическая значимость p<0,03).

Рис. 1. Электронные спектры поглощения гуминовых кислот аллювиальной темногумусовой почвы низкой поймы р. Березовка

аккумулятивный гумус кислота лесостепь

В исследуемых образцах гуминовых кислот были выявлены слабовыраженные пики в области длин волн от 624 до 626 и 570 нм, что свидетельствует о наличии гуминовых кислот Р-типа, или так называемых зеленых гуминовых кислот.

Распространение гуминовых кислот Р-типа приурочено в основном к почвам, испытывающим избыточное увлажнение [9]. Это как раз характерно для пойменных почв, развивающихся в условиях высокого гидроморфизма.

Для спектров исследуемых образцов была выявлена закономерность появления максимумов поглощения в области обнаружения зеленых пигментов: наиболее заметные максимумы характерны для почв, развивающихся на низких поймах.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

На территории Красноярской лесостепи в долинах рр. Березовка, Бузим, Кача и Есауловка формируются аллювиальные темногумусовые почвы подтипов глееватые и гидрометаморфизованные.

Содержание гумуса в горизонтах AU для почв низкой поймы составляет 4-6%, для почв высокой поймы - 6-15%. Гумус по профилю исследованных почв распределен неравномерно, содержание его постепенно убывает с глубиной. Состав гумуса и его распределение зависят от периодичности обводненности пойм, гранулометрического состава привнесенного материала и степени развития растительности.

Выявлено присутствие гуминовых кислот Р-типа для почв, развивающихся на низких уровнях поймы, что связано с периодическим затоплением и, как следствие, избыточным увлажнением.

По уровню оптической плотности препаратов установлено преобладание сравнительно «молодых» гуминовых кислот с низкой степенью конденсированности углерода и развитыми периферическими цепями.

Литература

1. Балабко П.Н. Развитие учения о пойменном почвообразовании и проблемы классификации пойменных почв // Почвоведение. 1990. № 9. С. 28-33.

2. Убугунов Л.Л., Убугунова В.И., Корсунов В.М. Почвы пойменных экосистем Центральной Азии. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2000. 218 с.

3. Михалева Н.Ю. Особенности аллювиальных серогумусовых почв в долине реки Оя Минусинской лесостепи // Комплексные географические исследования: теория, практика, образование: Сб. науч. статей. Москва; Смоленск: Универсум, 2008. С. 141-155.

4. Практикум по агрохимии: Учеб. пособие / Под ред. акад. РАСХН В.Г. Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.

5. Определение состава гумуса по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой: Метод. указания / Сост. М.И. Дергачева, Е.В. Калласс. Томск, 2002. 26 с.

6. Перминова И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гуминовых кислот: Автореф. дис. ... д-ра хим. наук. М., 2000. 50 с.

7. Ефремова Т.Т. Гумус и структурообразование в лесных торфяных почвах Западной Сибири: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Новосибирск, 1990. 40 с.

8. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 с.

9. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981. 272 с.

Размещено на Allbest.ru