CC BY
109
Т.И. Васильева, А.П. Чевычелов
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Проведен анализ минералогического состава почв и расчёт их относительного количественного содержания с использованием методики Т. А. Соколовой. Образцы почв были отобраны из трёх разрезов на участке 30-километровой почвенно-растительной катены, заложенной в окрестностях г. Якутска, в пределах среднетаёжной подзоны мерзлотно-таёжной области бореального пояса Восточной Сибири. Выявлены закономерности распределения минералов по почвенному профилю в пределах исследуемой катены Центрально-Якутской равнины и проведена интерпретация полученных результатов.
Ключевые слова: почвы; генезис; вещественный состав; первичные и вторичные глинистые минералы.
Известно, что в автоморфных условиях почвообразования основным источником формирования вещественного состава зональных типов почв являются почвообразующие породы. При этом почвы, наследуя состав первичных минералов, в процессе почвообразования в значительной степени трансформируются под влиянием факторов-почвообразователей в соответствии с направлениями и темпами протекания элементарных почвообразовательных процессов [1]. Поэтому вещественный состав автоморфных типов почв вообще и состав первичных и вторичных глинистых минералов в частности определяется, в конечном счете, ландшафтно-климатическими и литолого-геохимическими особенностями почвообразования конкретных почвенных провинций. В связи с этим основная цель данной статьи заключается в выявлении особенностей формирования минералогического состава и его внутрипро-фильного изменения в основных типах мерзлотных почв Центральной Якутии в условиях степного, лесостепного и таёжного типов зонального почвообразования.
Объекты и методы
Исследования проводились в условиях криоаридной территории Центральной Якутии на трёх участках почвенно-растительной катены (профиль «пос. Хатассы -оз. Б. Чабыда»), заложенной в долине Туймаада в окрестностях г. Якутска. Для анализа рассмотрены три типа почв: разрез 1ЧТ-03 солодь, 2ЧТ-03 чернозём и разрез 3ЧТ-03 палево-бурая оподзоленная. Почвообразующими породами для всех трех исследованных типов почв являлись аллювиальные отложения песчаного гранулометрического состава разновозрастных террас долины среднего течения р. Лены [2]. При этом почвенный профиль чернозема был сформирован на второй надпойменной террасе голоценового возраста на песчаных отложениях, главным образом, слюдисто-полевошпатового минералогического состава, в то время как профили солоди и палево-бурой оподзоленной почвы сформированы на сильно выветрелых древнеаллювиальных отложениях плейстоценового возраста комплекса высоких террас преимущественно кварцевого состава.
Разрез 1ЧТ-03 заложен на пологом склоне к оз. Б. Чабыда местного водораздела среднего уровня аллювиальной равнины. Координаты местозаложения разреза: широта (Ы) - 61°59'29,8", долгота (Е) -129°22'55,3", абсолютная высота (Н) - 206,7 м. Лиственничник кустарничковый. В подросте - береза и сосна, в подлеске - береза кустарниковая и роза иглистая.
В напочвенном покрове - толокнянка, брусника, а также спорадически - лишайники и осока.
А0, 0-2 см. Темно-бурая, рыхлая, лесная подстилка, слабо увлажнена, переход ясный.
А1А2, 2-12 см. Белесовато-светло-серый, бес-
структурный, песчаный, слабо увлажнен, переход заметный.
А2, 12-38 см. Палево-белесоватый с отдельными включениями черных древесных углей, бесструктурный, мучнистый на ощупь, песчаный, слабо увлажнен, переход заметный.
Bt, 38-52 см. Коричневато-светло-бурый, непрочно-комковато-пылеватый, легкосуглинистый, слабо увлажнен, плотнее предыдущего, переход заметный по цвету и механическому составу.
ВС, 52-91 см. Светло-бурый, бесструктурный, супесчаный, слабо увлажнен, переход постепенный.
С, 91-130 см. Белесовато-светло-бурый, бесструктурный, песчаный, слабо увлажнен.
Почва: солодь.
Разрез 2ЧТ-03 заложен на вершине гривного повышения в пределах второй надпойменной террасы р. Лены, в долине Туймаада в окрестностях г. Якутска. Координаты местозаложения разреза: N 61°54'22,3", Е 129°33'29,2", Н 102,7 м. Типчаково-осочковая степь, в составе разнотравья также присутствуют полынь якутская, вероника седая, кермек, гвоздика пестрая.
Ad, 0-1 см. Буровато-темно-серая, рыхлая дернина, переход в следующий горизонт заметный.
А, 1-24 см. Серый, непрочно-мелкокомковатый, с поверхности супесчаный, а глубже легкосуглинистый, пронизан сеткой мелких корней, слабо увлажнен, языками и затеками гумуса серого цвета переходит в следующий горизонт, переход заметный.
AB, 24-35 см. Буровато-светло-серый, непрочномелкокомковатый, легкосуглинистый, слабо увлажнен, с 30 см от поверхности отмечаются выделения СаСОз в форме псевдомицелия, ближе к нижней границе вскипает от HCl, вскипание слабое, переход заметный.
Вса, 35-57 см. Серовато-светло-бурый, непрочно-мелкокомковато-пылеватый, легкосуглинистый, слабо увлажнен, вскипает от HCl, вскипание среднее, переход в следующий горизонт постепенный.
ВСса, 57-75 см. Белесовато-светло-бурый, бесструктурный, супесчаный, слабо увлажнен, вскипает от HCl, вскипание среднее.
С, 75-150 см. Неоднородный по цвету и механическому составу, представляет собой чередование белесовато-светло-серого мелкозернистого песка, который абсолютно преобладает по объему, с тонкими, толщиной 1-3 см прослойками светло-бурой супеси.
Почва: чернозём.
Разрез 3ЧТ-03 заложен на ровной водораздельной поверхности верхнего уровня древней аллювиальной равнины. Географические координаты: N 62°05'17,9", Е 129°12'58,3", Н 253,9 м. Смешанный сосноволиственничный лес лишайниково-кустарничковый. Лишайники - кладонии, кустарнички - толокнянка и брусника, присутствуют также спорадически зеленые мхи, голубика, багульник, роза иглистая.
А0А1, 0-4 см. Темно-бурый органогенный, рыхлый, влажный, с включением черных древесных углей, переход заметный.
А1А2, 4-9 см. Белесовато-светло-серый, бесструктурный, супесчаный, слабо увлажнен, пронизан сеткой корней с включением черных древесных углей, переход постепенный.
А2В, 9-21 см. Белесовато-бурый неоднородный по окраске, с охристыми пятнами и натёками Ре203, непрочно-мелкокомковатый, средний суглинок, слабо увлажнен, переход заметный.
B, 21-53 см. Белесовато-светло-бурый, неоднородный, с коричневыми натёками гумусово-железистых соединений, непрочно-мелкокомковатый, среднесуглинистый, плотнее предыдущего, слабо увлажнен, переход ясный по цвету и механическому составу.
ВС, 53-86 см. Неоднородный, в большей массе буровато-охристая супесь с линзами белесовато-светлосерого песка, бесструктурный, слабо увлажнен, с включением кварцевой гальки различных размеров, переход заметный по цвету и механическому составу.
C, 86-144 см. Белесовато-светло-серый среднезернистый песок, бесструктурный, слабо увлажнен, с включением кварцевой гальки различных размеров до 10% от объема.
Почва: палево-бурая оподзоленная.
Минералогический состав первичных минералов определялся на качественном уровне методом рентгенофазового анализа, а вторичных глинистых - на количественном уровне по методике Т. А. Соколовой [3], при этом оценивалось содержание иллита, каолинита и минералов с лабильными решетками (монтмориллонита и вермикулита). Съемка проводилась на установке ДРОН-2, уточнение состава некоторых фаз производилось на приборе УРС-0,3 [4].
Результаты и их обсуждение
Климат г. Якутска и его окрестностей резко континентальный и засушливый с длительной, крайне морозной и малоснежной зимой, с коротким относительно жарким и засушливым летом. При этом среднемесячная 1 июля (1и) составляет 18,7°С, января (1я) -(-43,2°С), среднегодовая 1 (1г) - (-10,3°С), среднегодовое количество осадков (рг) - 202 мм, количество осадков за вегетационный период (Рв) - 143 мм, испаряемость (Е) - 502 мм, коэффициент увлажнения (Ку) -0,3, коэффициент континентальности (Кк) - 302 и сумма активных 1 (£1 > 10°С) - 1565°С.
Состав и количество минералов исследуемых мерзлотных почв приведены в табл. 1 и 2. Все почвы формируются на легких песчаных отложениях близкого
гранулометрического состава. В пределах исследуемой почвенной катены в процессе педогенетического анализа довольно точно и однозначно оценивается направление и интенсивность процессов внутрипочвен-ного выветривания и почвообразования. Почвообразующие породы почв, развитых на высоких террасах плейстоценового возраста (разр. 3ЧТ-03 и 1ЧТ-03) являются более выветрелыми, чем таковые (разр. 2ЧТ-03), сформированные на более молодых голоценовых аллювиальных отложениях. Об этом убедительно свидетельствуют данные минералогического состава (см. табл. 1). Поэтому также не случайно, что наиболее бедный полевошпатово-кварцевый состав гор. С характерен для почвы разр. 3ЧТ-03, а наиболее богатый -для почвы разр. 2ЧТ-03, где зафиксировано наличие всех изучаемых групп первичных и вторичных минералов (табл. 1).
Почва разреза 1ЧТ-03 имеет преимущественно као-линитовый состав, также в ней содержится гидрослюда и смешаннослойный минерал типа гидрослюда-монтмориллонит и следовое количество хлорита в нижних горизонтах почвы. Содержание каолинита увеличивается от горизонта С к горизонту А2 и уменьшается в горизонте А1А2, т.е. в данной почве идет накопление каолинита. Уменьшение содержания каолинита в горизонте А1А2, также как и слюды, объясняется тем, что из-за расположения разреза на пологом склоне происходит вымывание минералов в составе мелкодисперсных взвесей посредством склонового стока из верхних горизонтов в период дождей и весеннего снеготаяния. Этой же причиной объясняется ложное накопление смешаннослойного минерала в этом горизонте.
Почва разреза 2ЧТ-03 имеет преимущественно као-линит-иллитовый состав с небольшим содержанием хлорита во всей почвенной толще. Кроме того, в данной почве, возможно, содержится смешаннослойный минерал типа слюда-монтмориллонит. Мы считаем, что это своего рода переходный от слюды к монтмориллониту минерал. Общим началом трансформации для всех слюд является образование гидратированных форм исходных слоистых структур, затем идет образование смешаннослойного слюда-монтмориллонита. При этом в основном процессе мы не наблюдаем уменьшения содержания каолинита и слюды и при визуальном осмотре дифрак-тограмм, и при расчёте количества минералов по методике [3]. Наоборот, идёт увеличение их количества, т.к. процесс монтмориллонитизации слюды протекает как в прямую, так и в обратную сторону.
Таким образом, в генезисе мерзлотного чернозема проявляется процесс внутрипочвенного оглинивания, где почти при постоянной доле кварца отмечается изменение относительного содержания других исследуемых первичных и вторичных минералов (табл. 1, разр. 2ЧТ-03). Можно предварительно утверждать, что здесь в условиях слабощелочной реакции среды посредством трансформации полевых шпатов в системе сопряженных горизонтов почвенного профиля (А-АВ-Вса) увеличивается содержание минералов группы слюд и каолинита. А в качестве новообразованных минералов присутствуют смешаннослойные минералы (гор. АВ и Вса) и карбонаты (гор. Вса).
Минералогический состав основных типов автоморфных почв Центральной Якутии
Горизонт Глубина, см Минералогический состав почв
Кварц -в -по ут ра Г е го Э 5 * ¡3 3 лв ае рл ео В 2 Минералы из группы амфиболов Минералы из группы слюд Минералы из группы каолинита Минералы из группы хлорита или монтмориллонита Минералы из группы карбонатов
Солодь, разрез 1ЧТ-03
А1А2 2 7 2 + + + - - - -
А2 20-30 + + + - - - -
В 40-50 + 1 + + + - -
С 110-120 1 + + + - - -
Чернозём, разрез 2ЧТ-03
А 1-11 + + 1 1 + - -
АВ 25-35 + + + 1 I + -
Вса 40-50 + + + 1 1 ■ !
С 140-150 + 1 + + +
Палево-бурая оподзоленная, разрез 3ЧТ-03
А1А2 4-9 + + + - - - -
В 30-40 + + + + + - -
ВС 60-70 + + - - - - -
С 120-130 1 + - - - - -
Примечание. Примерное количественное содержание минералов определялось на двух уровнях: на уровне содержания кварца - полевые шпаты; на уровне амфиболов - остальные минералы. + много; + мало; + среднее содержание; + следовое количество; - не обнаружено.
Почва разреза 3ЧТ-03 имеет каолинит-гидро-слюдистый состав с примесью смешаннослойного минерала типа иллит-монтмориллонита. В данной почве наблюдается четкое накопление минерала с лабильной решеткой от горизонта ВС к верхнему горизонту А1А2. Причем при этом процессе не происходит уменьшения количества иллита, который, наоборот, накапливается, а наблюдается уменьшение количества каолинита. Данный процесс описывался ранее [5], когда в условиях кислой реакции среды и при высоком содержании со-
лей калия и натрия происходит образование смешаннослойного иллит-монтмориллонита.
Во всех почвах отчетливо наблюдается образование вторичных минералов. Так, в палево-бурой оподзолен-ной почве в верхних почвенных горизонтах отмечается рост количества минералов с лабильными решетками, но их наиболее высокое относительное содержание наблюдается в чернозёме и солоде, что объясняется лучшими условиями для глинообразования, которые складываются в данных почвах.
Т а б л и ц а 2
Расчёт относительного количества глинистых минералов в почвах Центральной Якутии по методике Т.А. Соколовой [3]
Тип почвы, разрез Глубина, см Горизонт Количество минералов по методике Т.А. Соколовой, %
Минералы с лабильными решетками (монтмориллонит, вермикулит) Иллит Каолинит
2-12 А1А2 18,3 18,3 63,4
Солодь, 20-30 А2 13,4 18,6 68,0
р. 1ЧТ-03 40-50 В 15,2 26,2 58,5
110-120 С 15,7 27,6 56,7
1-11 А 15,3 40,8 43,9
Чернозём, 25-35 АВ 11,4 35,9 52,7
р. 2ЧТ-03 40-50 Вса 13,3 26,7 60,0
140-150 С 27,0 25,4 47,6
4-9 А1А2 10,8 34,9 54,2
Палево-бурая оподзоленная, 30-40 В 8,9 47,7 42,6
р. 3ЧТ-03 60-70 ВС 4,5 44,9 50,6
120-130 С 13,7 38,2 58,0
Расчёт относительного количества глинистых ми- указанных почвах наблюдается содержание лабильных
нералов показал, что все почвы относительно обогаще- минералов или смешаннослойного минерала (по анали-
ны минералами из группы слюд и каолинита, особенно зу полученных рентгенограмм - слюды-монтмо-
палево-бурая оподзоленная почва (табл. 2). Также в риллонита).
ЛИТЕРАТУРА
1. Горбунов Н.И. Минералогия и физическая химия почв. М.: Наука, 1978. 294 с.
2. Еловская Л.Г., Коноровский А.К. Районирование и мелиорация мерзлотных почв Якутии. Новосибирск: Наука, 1978. 176 с.
3. Соколова Т.А. Глинистые минералы в почвах гумидных областей СССР. Новосибирск: Наука, 1985. 254 с.
4. Рентгенография основных типов породообразующих минералов / Под. ред. В.А. Франк-Каменецкого. Л.: Недра, 1983. 359 с.
5. ГодовиковА.А. Минералогия. М.: Недра, 1975. 520 с.
Статья представлена научной редакцией «Биология» 23 марта 2009 г.
