Солонцы зон тектонических разломов севера Баргузинской котловины (Бурятия, Россия)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Бурятская государственная сельскохозяйственная академия

Солонцы зон тектонических разломов севера Баргузинской котловины (Бурятия, Россия)

Убугунов Василий Леонидович кандидат биологических наук

Убугунова Вера Ивановна доктор биологических наук, профессор

Чижикова Наталья Петровна доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Варламов Евгений Борисович кандидат биологических наук

Хитров Николай Борисовичдоктор сельскохозяйственных наук

Жамбалова Анна Дамбаевна Аспирант

Россия, Москва

В северной части Бурятии формируются не типичные для лесостепной зоны сильно засоленные почвы, относящиеся к типу солонцов. Они имеют локальное распространение и приурочены к остепненным высоким пойменным или первым надпойменным террасам. Засоленные почвы расположены в зоне влияния минеральных термальных вод Кучигерского источника. Изученные почвы криотурбированы, засолены, загипсованы, подстилаются мерзлотой, имеют глинистую дифференциацию профиля. Почвы формируются на довольно однородном литологическом субстрате. На глубинах 54-115 см встречаются гидрослюды биотитового (триоктаэдрического) типа, упорядоченные смешанослойные слюда-смектитовые образования (ректорит), хлорит, каолинит. Солонцовый процесс характеризуется разрушением глинистых минералов ректоритового типа, относительным обогащением хлоритом и гидрослюдой биотитового типа. В иллювиальной части профиля (20-54 см) основными компонентами фракции менее 1 мкм являются гидрослюды биотитового типа, хлорит и сильно разупорядоченное слюда-смектитовое образование. Солонцовый процесс привел к изменению структурной организации чередования пакетов, превратив ректорит (упорядоченное смешанослойное образование) в неупорядоченное смешанослойное образование слюда-смектитового типа с различной сегрегацией пакетов слюдистого и смектитового типа.

Изученные почвы имеют смешанный, преимущественно сульфатный кальциевонатриевый химизм засоления. Процесс сильного засоления связан с рядом факторов, основным из которых является дополнительный источник легкорастворимых солей из разгружающихся кучигерских гидротерм. Задержка солей в профиле почв связана в значительной степени с наличием мерзлоты. Солонцы зон разломов имеют темногумусовую аккумуляцию органического вещества и щелочно-глинистую дифференциацию профиля.

Ключевые слова: почвы, засоление, солонцы, гидротермальные источники, Бурятия, мерзлота, разлом.

Введение

Северная часть Бурятии находится в таежной зоне, где развитие процессов засоления и формирование солонцов не является типичным для данной территории. Появление засоленных почв стало возможным после образования крупных разломов земной коры с обширными межгорными впадинами Байкальского рифта. Сильное расчленение рельефа обусловило существенное перераспределение тепла и влаги, в результате чего в котловинах возникли субаридные условия, достаточные для локального засоления почв. Почвенные исследования, послужившие основой для данного сообщения, проводились в Баргузинской котловине -- северном форпосте степей Евразии. На изученной территории, несмотря на ее северное и приподнятое положение, отмечаются достаточно обширные засоленные массивы и локальные проявления как поверхностного засоления почвенного покрова, так и почв с выраженной аккумуляцией солей и щелочно -глинистой дифференциацией в срединной части профиля.

Объект и методика исследований

Засоленные почвы изучены в самой северной части Баргузинской котловины, в окрестностях с. Ядаг, в районе заимки Ангото. Они занимают приподнятые остепненные пойменно-луговые пространства на территориях, контактирующих с зонами выклинивания термальных (40-50°С) минерализованных вод Кучигерского источника. Эти воды относятся к кульдурскому типу, отличаются низкой минерализацией, высоким содержанием кремниевой кислоты, сульфатов, фтора, натрия, имеют высокую щелочность (рН 9,9) [Плюснин и др., 2013; Шварцев и др., 2015].

Рис 1. Географическое положение и рельеф в районе закладки разреза

Ниже приводим морфологическое описание профиля почвы.

Разрез ТЛК-12-11. Дата закладки -- 12.07.2011. Разрез заложен в приустьевой части поймы р. Улюгна (правого притока р. Баргузин), в юго -западном направлении от с. Улюнхан (N54°49'46,5''; Е1П°0Г48,2", h=553 м) на высоком, редко затопляемом участке с относительно ровной, местами слабоволнистой поверхностью (рис. 1). Растительность представлена разнотравно-леймусовым остепнен- ным луговым сообществом с относительно высоким проективным покрытием.

AUs, cs (0-20/32 см). Темно-серый, влажный, уплотненный, мелкозернистый в верхней части горизонта (2-3 см), легкосуглинистый, отмечаются мерзлотные нарушения, пронизан корнями травянистых растений, сверху слабо вскипает от HCl, ниже -- местами бурно; переход ясный, выражен по цвету и плотности, граница языковатая.

[AU, SEL, BSN] @, s, cs (20/32-54 см). Неоднородно окрашенный вследствие криотурбаций, в общей тональности бледно -палевый с пятнами и полосчатыми завихрениями серого и темно-серого материала гумусового горизонта. Морфологически выражена диагональная трещина, уходящая вглубь, до дна вскрытого профиля, заполненная аллювиальным песком. Горизонт увлажненный, плотный, плитчато-призматический, легкосуглинистый, встречаются корни травянистых растений, копролиты и кротовины, вскипает от НС1; переход ясный, выражен по цвету, граница волнистая.

Cs,q--(54-63/77 см). Пестро окрашенный, светло-коричневый со светлосерыми и охристо-ржавыми многочисленными пятнами, увлажненный, плотный, непрочнокомковатый, легкосуглинистый, встречаются единичные корни травянистых растений, бурно вскипает от НС1; переход резкий, выражен по цвету, гранулометрическому составу и плотности, граница языковато-карманная.

2Cs--(63/77-91/98 см). Светло-серый, увлажненный, рыхлый, бесструктурный, связнопесчаный аллювий, вскипает от НС1; переход резкий, выражен по цвету и гранулометрическому составу, граница волнистая.

[AU] Cs,q--(91/98-130 см). Представляет серию погребенных темно-серых гумусовых, почти черных прослоек с наносами мелкого светло-коричневого аллювиального песка с ржаво-охристыми пятнами, увлажненный, уплотненный, непрочнокомковатый, легкосуглинистый, бурно вскипает от НС1; переход резкий, выражен по цвету, гранулометрическому составу, граница мелковолнистая.

3Cca, s~~^(130-145 см). Серый со слаборжаво-охристыми пятнами, увлажненный, уплотненный, бесструктурный, супесчаный, бурно вскипает от НС1, с глубины 145 см мерзлота.

Классификационное положение изученной почвы достаточно сложное. Это связано с отсутствием выраженной призматической, столбчатой или глыбистой структуры, которая является одним из важнейших диагностических признаков солонцов. По комплексу физико-химических свойств эту почву можно диагностировать как солонец темногумусовый засоленный, гипссодержащий, криотурбированный, мерзлотный [Классификация ..., 2004; Полевой..., 2008]. Исследуя засоленные почвы зон разломов в Казахстане, Н.С. Касимов (1980) предложил относить такие почвы к солонцам зон разломов. В этих почвах проявляется, наряду с классическими факторами почвообразования, мощное влияние эндогенного процесса в виде дополнительного привноса легкорастворимых соединений со значительных глубин. Почвы, сформированные в зонах влияния разгрузки гидротермальных вод, имеют ряд отличий от классических вариантов солонцов, что мы и отмечаем для изученных почв.

Физико-химические и химические свойства определяли общепринятыми методами [Аринушкина, 1970]. Минералогический состав определен рентгендифрак- тометрическим методом с использованием универсального рентгендифрактометра HZG-4A фирмы Carl Zeiss Yene (Германия). Приготовление препаратов осуществлено методом седиментации на покровные стекла [Горбунов, 1971]. Минералы диагностированы на основе ряда руководств по минералогии [Руководство., 1975; Градусов, 1976; Соколова и др., 2005]. Полуколичественное содержание основных минеральных фаз во фракциях <1 мкм установлено по методике Биской ( Biscaye, 1964), в пылеватых фракциях -- по методу Кука (Cooketal, 1975).

Результаты и обсуждение исследований

Морфологическое строение изученной почвы характеризуется в верхней части профиля наличием процессов гумусонакопления, глинистой дифференциации и криотурбаций. Плитчато-призматическая структура солонцового горизонта выражена очень слабо. В нижней части профиля морфологически слабо проявляются процессы квазиглееватости. С глубины 145 см фиксируется многолетняя мерзлота. Генетическое сложение верхних -- гумусового, надсолонцового и солонцового -- горизонтов нарушено криотурбационными процессами, что осложняет визуальную диагностику данной почвы в полевых условиях. Тем не менее распределение и уровни содержаний в профиле легкорастворимых солей и илистой фракции дают четкое представление о проявлении в изученных почвах щелочно-глинистодифференцированных процессов.

В гранулометрическом составе почвы преобладают фракции крупной пыли и мелкого песка, на долю которых по профилю приходится суммарно от 53 до 83% общего количества фракций (табл. 1).

Таблица 1 Гранулометрический состав солонца зон разлома

Верхние горизонты до глубины 54 см имеют очень близкий состав со слабой сортировкой, что может свидетельствовать о выветривании песчаных частиц insitu и очень длительном периоде функционирования почвы без свежих аллювиальных или эоловых наносов. По следам криотурбации и возросшей доле крупной пыли можно предполагать криогенное выветривание частиц. В солонцовом горизонте было отмечено также выраженное иллювиирование ила. бурятия солонцовый разлом

Наиболее важную информацию имеют фракции менее 1 мкм. В почвообразующей породе (130-145 см) и на глубинах 54-145 см в изученных почвах встречаются гидрослюды биотитового (триоктаэдрического) типа, упорядоченные смешанослойные слюда-смектитовые образования (ректорит), хлорит и каолинит. Солонцовый процесс привел к текстурной дифференциации илистого материала по элювиально-иллювиальному типу (табл.1), в результате чего произошло разрушение глинистых минералов, прежде всего наиболее выветриваемого компонента ила - упорядоченного смешанослойного образования ректоритового типа. Этот минерал довольно редко встречается в почвах [Градусов, Чижикова, 1967; Градусов и др., 1967, 1968]. Он определен по наличию целочисленной серии отражений, кратных 24 В(2,4 нм), 12В (1,2 нм) и т.д. Элювиальная часть профиля относительно обогатилась хлоритом и гидрослюдой биотитового типа. Однако структурное состояние минералов, фиксируемое по интенсивности рефлексов и их асимметрии, свидетельствует о существенном изменении кристаллической решетки этих минералов под действием солонцового процесса. Последнее подтверждается наличием рентгеноаморфных веществ, которые создают фон на рентгендифрактограммах в пределах от 18 до 31° 20.

В иллювиальной части профиля, в образце с глубины 20-54 см, количество фракции менее 1 мкм увеличено до 17%. Основными компонентами являются гидрослюды биотитового типа, хлорит и сильно разупорядоченное слюда-cмектитовое образование, т.е. солонцовый процесс привел к изменению структурной организации чередования пакетов, превратив ректорит (упорядоченное смешанослойное образование) в неупорядоченное смешанослойное образование слюда-смектитового типа с различной сегрегацией пакетов слюдистого и смектитового типа. Именно это образование мигрирует из элювиальной части с формированием иллювиального горизонта под влиянием солонцового процесса.

Изученная почва слабощелочная, диапазон варьирования значений рН по профилю от 7,7 до 8,5, с пиком в нижних слоях в серии погребенных гумусированных прослоек (табл. 2). Карбонаты (CO₂) присутствуют с поверхности, максимум их приурочен к солонцовому горизонту (6,4 %), а ниже концентрации стабилизируются на уровне 3,1--3,8%.

Таблица 2 Физико-химические свойства солонца зон разлома

ЕКО - емкость катионного обмена.

Содержание легкорастворимых, в т.ч. токсичных, солей достаточно высокое (табл. 3). Наибольшие их концентрации (1,1-1,9%) отмечены в верхних горизонтах. По соотношению анионов во всех горизонтах, кроме 2Cs, доминируют сульфаты, составляя 59-92% от общей суммы анионов. Доля сульфатов с глубиной постепенно снижается. Гидрокарбонаты, как правило, не превышают четверти (626%) от суммы анионов, но в гор. Cs, q их количество возрастает более чем до двух третей (68 %). Среди катионов выделяются кальций и натрий, в меньшей степени -- магний. Доля кальция наибольшая в гумусовом горизонте (70%), а глубже она варьирует от 27 до 45%. Участие натрия, напротив, минимально в верхней части профиля (8%), а глубже составляет около половины от суммы катионов (от 4551 до 65%). Доля магния заметна только в двух верхних горизонтах (17-21%), что может быть обусловлено криогенным выветриванием [Ясько, 1975].

Таблица 3 Результаты анализа водной вытяжки солонца зон разлома

Источником солей в изученном солонце являются расположенные рядом минеральные кучигерские источники. В составе солей вод источников и солонцов и выявлено сходство, которое заключается в высокой доле натрия и сульфатов, но есть и различия: в источниках очень мало кальция, но существенно больше карбонатов и гидрокарбонатов. Очевидно, что в ходе педогенных процессов исходный состав солей, поступающих с грунтовыми водами, трансформируется, т. к. почвы аккумулируют кальций, что характерно для степных и остепненных луговых почв региона. Поэтому доля этого элемента в почвах возрастает, а легкорастворимых карбонатов -- снижается при их осаждении в виде кальцита.

Таблица 4 Химизм и степень засоления зон разлома

Заключение

Развитие засоленных почв в условиях севера Бурятии связано с разломной тектоникой и выклиниванием минерализованных термальных вод Кучигерского источника. Солонцы зон тектонических разломов формируются на высоких остепненных пойменных участках и на низких надпойменных террасах с неглубоким залеганием многолетней мерзлоты на довольно однородном литологическом субстрате, состоящем из гидрослюд биотитового (триоктаэдрического) типа, упорядоченных смешанослойных слюда-смектитовых образований (ректорит), хлоритов и каолинита. Солонцовый процесс приводит к изменению структурной организации чередования пакетов, превратив ректорит (упорядоченное смеша- нослойное образование) в неупорядоченное смешанослойное образование слюда- смектитового типа с различной сегрегацией пакетов слюдистого и смектитового типа.

Процесс сильного засоления почв севера Бурятии связан с рядом факторов, основным из которых является дополнительный источник легкорастворимых солей из разгружающихся кучигерских гидротерм. Задержка солей в профиле почв происходит в значительной степени из-за наличия мерзлотного водоупора.

Литература

1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. Москва: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

2. Базилевич Н. И. Опыт классификации почв по содержанию токсичных солей и ионов / Н. И. Базилевич, Е. И. Панкова // Бюл. Почв. ин-та им. В. В. Докучаева. Вып.5. 1972. С. 36-40.

3. Будагаева В. Г. Гидрологическая и микробиологическая характеристика гидротермы Кучигер / В. Г. Будагаева // Вестник БГУ. № 3. 2005. С. 59-62.

4. Горбунов Н. И. Методика подготовки почв к минералогическим анализам / Н. И. Горбунов // Методы минералогического и микроморфологического изучения почв. Москва: Наука, 1971. С. 5-15.

5. Градусов Б. П. Межслоевые катионы в ректорите из Кули-Колон (Таджикистан) / Б. П. Градусов, Н. П. Чижикова // Рентгенография минерального сырья. № 7. М.-Л.: Наука, 1966.

6. Градусов Б. П., Капитонов М. Д., Чижикова Н. П. Исследования лабильного компонента рек- торита из Кули-Колона, насыщенного межслоевыми катионами // Записки Всесоюзного минералогического общества. Сер. II. Ч. 96. 1967. С. 728-732.

7. Градусов Б. П., Чижикова Н. П., Травникова Л. С. О природе межслоевых промежутков в ректо- рите из Дагестана // Доклады Академии наук СССР. Т. 180. № 21968. С. 446-448.

8. Градусов Б. П. Минералы со смешанослойной структурой в почвах / Б. П. Градусов. Москва: Наука, 1976. 128 с.

9. Касимов Н. С. Геохимия ландшафтов зон разломов (на примере Казахстана) / Н. С. Касимов. Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1980. 119 с.

10. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

11. Плюснин А. М. Гидрохимические особенности состава азотных терм Байкальской рифтовой зоны / А. М. Плюснин и др. // Геология и геофизика. № 5. 2013. С. 647-664.

12. Полевой определитель почв России. Москва: Изд-во Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева, 2008. 182 с.

13. Руководство по рентгеновскому исследованию минералов / под ред. В. А. Франк- Каменецкого. Ленинград: Недра, 1975. 399 с.

14. Соколова Т. А., Дронова Т. Я., Толпешта И. И. Глинистые минералы в почвах. Москва: Недра, 2005. 336 с.

15. Шварцев С. Л. Равновесие азотных терм Байкальской рифтовой зоны с минералами водовмещающих пород как основа для выявления механизмов их формирования / С. Л. Шварцев и др. // Геохимия. № 8. 2015. С. 720-733.

16. Ясько В. Г. Роль современных криогенных процессов в формировании состава подземных вод гидрогеологических массивов Забайкалья / В. Г. Ясько // Вопросы гидрогеологии криолитозоны. Якутск, 1975. С.1133-1142.

17. Biscaye P. E. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clays in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans // Geol. Soc. Am. Bull. 1965. Vol. 76. P. 803-832.

18. Cook H. E., Johnson P. D., Matti J. C., Zemmels I. Methods of sample prep-aration and X-ray diffraction data analysis, X-ray Mineralogy Laboratory, Deep Sea Drilling Project, University of California, Riverside // Hayes D. E., Frakes L. A. et al., Init. Repts. DSDP, 28. Washington: U.S. Govt. Printing Office, 1975. P. 999-1007.

Размещено на Allbest.ru