CC BY
19
УДК 631.4
В.И. Кулагина, Д.В. Иванов, С.С. Рязанов, А.Б. Александрова
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, viksoil@mail.ru
АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ РАЗНЫХ СТАДИЙ ЭВОЛЮЦИИ В КЛАССИФИКАЦИЯХ 1977 и 2004 гг. (НА ПРИМЕРЕ ОСТРОВОВ КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА)
В работе рассматривается диагностика аллювиальных почв, находящихся на промежуточных стадиях эволюции, в двух отечественных классификационно-диагностических системах. Показано, что обе классификации адекватно отражают эволюционные изменения, происходящие с почвами в зонах среднего и сильного подтопления. Поскольку в классификациях используются разные принципы диагностики, эволюционные изменения почв отражаются на разном таксономическом уровне. Некоторые затруднения могут возникнуть только при диагностике слаборазвитых почв в субстантивной классификации.
Ключевые слова: почва; классификация почв; диагностика почв; почвы островов; Куйбышевское водохранилище.
Введение
Соотношение терминов «развитие» и «эволюция» почв - одна из наиболее сложных тем, исторически вызывавших много вопросов и разночтений в почвоведении. По современным представлениям, развитие почв от первичного почвообразования до зрелой почвы, находящейся в равновесном состоянии с окружающей средой, происходит в относительно неизменных условиях, а эволюция - это преобразование уже существующих почв при изменении одного или нескольких факторов почвообразования: климата, растительности, характера грунтового увлажнения и др.
Диагностика почв, находящихся на различных стадиях эволюции может вызывать определенные затруднения, в отличие от зональных климакс-ных почв, фактически завершивших свое развитие. Тем не менее, такая необходимость часто возникает при оценке современного состояния почв, причем как зональных, так и азональных, испытывающих влияние колебания уровня таких крупных водных объектов как водохранилища, а также для прогноза дальнейшего направления преобразования состава, свойств и морфологического облика данных почв. От глубины понимания закономерностей эволюции почвенного покрова во многом зависит и совершенствование классификаций почв (Эволюция почв..., 2015).
При создании водохранилищ, сопровождаемом подъемом уровня воды относительно меженного уровня в речной системе, почвенный покров их прибрежных и островных территорий претерпевает различные эволюционные изменения, об-
условленные преимущественно сменой водного режима почв.
Почвы, подтопленные водохранилищами, находятся на промежуточных стадиях эволюции, когда одни характерные морфологические признаки уже полностью изменились, другие изменились частично, а для статистически доказанного изменения остальных еще прошло слишком мало времени. При этом принципы диагностики таких почв в разных классификационно-диагностических системах могут значительно отличаться, поскольку приоритет отдается разным признакам. Следовательно, и отражаться это в названиях и классификационной принадлежности почв будет по-разному. При этом наиболее сложными для диагностики всегда считались пойменные (аллювиальные) почвы, которые широко распространены на участках сохранившейся в незатопленном виде береговой поймы и на островах водохранилищ.
Цель работы - определить, какая из классификационно-диагностических систем позволяет наиболее полно и адекватно отобразить особенности аллювиальных почв, находящихся на промежуточных стадиях эволюции в результате подтопления водами водохранилищ.
Материалы и методы исследования
Материалами для данного исследования послужили архивные материалы почвенных исследований островных территорий Куйбышевского водохранилища, выполненных в 1988-2015 гг., а также описания почвенных разрезов, которые являются результатами экспедиционных исследова-
28
российский журнал прииой экологии
ний 2018 г.
Объектами исследования являются «Классификация и диагностика почв СССР» (1977 г.) и «Классификация и диагностика почв России» (2004 г.) в разделах, касающихся аллювиальных почв. Поскольку в «Классификацию и диагностику почв России» с момента ее опубликования вносятся дополнения и изменения, мы рассматривали и её обновленный вариант, представленный на сайте, созданном сотрудниками Почвенного института им. В.В. Докучаева (http://soйs.narod. m/appendicesЛibraryЛetter3.html).
Результаты и их обсуждение
Для того чтобы понять, как промежуточные эволюционные изменения отражаются в таксономической принадлежности почв в разных классификационных системах, следует ответить на следующие ключевые вопросы:
1) Какие почвы подвергаются воздействию эволюционных процессов?
2) Каково общее направление эволюционных процессов?
3) К изменению каких признаков почв это приводит?
4) С какой скоростью и в каком порядке изменяются эти признаки?
Почвенный покров пойменных островов, расположенных в Казанском районе переменного подпора, после создания Куйбышевского водохранилища был более однородным и простым (Гри-горьян, 2012). Связано это с тем, что на данном участке акватории острова образованы наиболее высокими фрагментами поймы р. Волги. Низкие участки поймы с аллювиальными луговыми и аллювиальными болотными почвами оказались под водой, и почвенный покров новообразованных островов был представлен преимущественно аллювиальными почвами дернового ряда, не имеющими признаков современного переувлажнения в профиле (Григорьян и др., 2010; Григорьян и др., 1998). Примером такой почвы служит почва разреза 47 (рис. 1).
Разрез 47
Заложен в верхней части песчаной гривы. Высота над НПУ ~1 м. Луг злаково-разнотравный. Проективное покрытие 90%.
Ад 0-3 см рыхлая дернина светло-серого цвета;
А1 3-12 см светло-серый, свежий, супесчаный, бесструктурный, твердоватый, переход заметный;
С 12-65 см желтый, свежий, супесчаный, бес-
Разрез 47 Разрез 15 Разрез 25
Рис. 1. Профили аллювиальных почв островов Куйбышевского водохранилища
структурный, твердоватый, в верхней части ходы беспозвоночных, заполненные более темным материалом, редкие крупные корни.
После заполнения чаши водохранилища часть этих почв оказалась в зоне подтопления и начала эволюционировать в сторону усиления признаков гидроморфизма.
Принято выделять подзоны слабого, среднего и сильного подтопления (Стародубцев, 1986). В условиях лесной и лесостепной зон в них наблюдаются следующие процессы.
В подзоне слабого подтопления верхний край капиллярной каймы устанавливается непосредственно у основания почвенного профиля. Огле-ение может наблюдаться только в самом нижнем горизонте, причем не всегда. Растительность нижних ярусов не испытывает заметных изменений.
В подзоне среднего подтопления зеркало поднятых грунтовых вод колеблется в пределах нижней части почвенного профиля, край капиллярной каймы не доходит до поверхности почвы. Характер почвообразовательных процессов сильно изменяется: нижние, а иногда и средние горизонты почвенного профиля испытывают оглеение, в верхних горизонтах накапливаются гумус, азот и другие элементы. В нижних ярусах растительности господствуют луговые виды. Древостои в зависимости от вида и глубины стояния грунтовых вод реагируют по-разному. Если у них глубокая корневая система - они испытывают угнетение, если поверхностная - увеличивают прирост.
В зоне сильного подтопления уровень грунтовых вод располагается в пределах почвы, а капиллярная кайма доходит до самой поверхности. В этом случае территория подвергается интенсивному процессу поверхностного заболачивания, испытывая часто вначале стадию олугове-ния. Заболачивание сопровождается сильным оглеением всего профиля, накоплением в нем закисных форм железа, марганца и других элементов, а также вредных для многих растений продуктов анаэробного разложения органических веществ. Преобладающая часть прежней растительности исчезает. Из древесных и кустарниковых пород появляются ива, ольха, низкорослая сосна болотной формы, в нижнем ярусе - сфагновые мхи, осоки, вейники, хвощи и др. (Стародубцев, 1986)
Преобразования аллювиальных
почв в зоне слабого подтопления не являлись предметом нашего анализа, поскольку эти изменения, обычно затрагивающие только нижнюю часть профиля почв или почвообразующие породы, очень трудно зафиксировать.
В зонах среднего и сильного подтопления процессы трансформации почв протекают более интенсивно и признаки усиливающегося гидро-морфизма наблюдаются через менее продолжительное время.
По данным Л.О. Карпачевского (1997) и Ф.Р. Зайдельмана (1992), морфологические признаки оглеения в профиле почв проявляются достаточно быстро. Отдельные сизые пятна могут появиться уже через три месяца после начала застойного увлажнения, а через 2 года возникает сплошное поле голубовато-сизых пятен. Отмечается, что в верхних горизонтах непрерывный застойный режим обычно не превышает двух месяцев. При ежегодном повторении застоя в профиле почв это приводит к изменению его цветовой гаммы (Кар-пачевский, 1997).
За последние 5 лет на Куйбышевском водохранилище в летний период поддерживался довольно высокий уровень воды, близкий к НПУ (рис. 2), поэтому морфологические признаки оглеения в подтопленных почвах проявились достаточно четко.
В качестве примера рассмотрим морфологические признаки почв разрезов 15 и 25 (рис. 1). Почвы разреза 15 находится на участке с гипсометрическими отметками, соответствующими зоне среднего подтопления, разреза 25 - сильного подтопления.
Рис. 2. Изменения уровня воды в Куйбышевском водохранилище в 2014-2018 гг.
30
российский журннл ориклнлной экологии
Разрез 15
Песчаная грива, менее 1 м над НПУ. Ивняк разнотравный с вязом. Проективное покрытие 100%.
Ад 0-1 см рыхлая дернина серого цвета;
A1 1-10 см серый, влажноватый, легкосуглинистый, зернисто-комковатый, твердоватый, очень много корней растений, переход резкий;
Вg 10-22 см желтый, влажный, песчаный, бесструктурный, мягкий, корни растений, с обильными ржавыми и сизыми пятнами, гумусовыми затеками, переход постепенный;
G 22-40 см сизо-серый, влажный до мокрого, легкосуглинистый, комковатый, твердоватый, много крупных корней растений, с обильными ржавыми и сизыми пятнами;
С 40 см с передней стенки разреза выступает вода.
Разрез 25
Понижение рельефа вдоль руслового вала. Вя-зовник двукисточниковый. Проективное покрытие 100%.
Ад 0-3 см плотная темно-серая дернина, с поверхности выступает вода;
G 3-20 см сизый, мокрый, супесчаный, бесструктурный, мягкий, с обильными ржавыми пятнами, обваливается и заплывает, передняя стенка разрушается просачивающейся водой;
С 20 см с передней стенки разреза выступает вода и быстро заполняет почвенный разрез.
Глеевая цветовая гамма - это не единственный признак подтопления почв. Режим увлажнения способствует аккумуляции в гумусовых горизонтах органического вещества (Зайдельман, 1992), причем, от собственно гумуса до грубого гумуса и торфа. Изменяются и физико-химические показатели почв, такие как реакция среды, степень насыщенности основаниями, количество подвижных соединений различных веществ, но их изменения происходят медленнее, чем окраски горизонтов. Как показали исследования почвенного покрова островов в районе п. Займище (Кулагина и др., 2016), наличие признаков оглеения в профиле почв проявилось здесь достаточно четко, чтобы использовать его для целей диагностики.
Если содержание гумуса и валового азота, как относительно более устойчивые почвенные признаки, за годы существования Куйбышевского водохранилища не проявили статистически значимых изменений (Кулагина и др., 2016; Григо-рьян, 2012), то реакция среды, сумма обменных оснований и гидролитическая кислотность показали определенную динамику. Так, вариационная
кривая распределения рН островных почв в районе Займища имеет положительную асимметрию. Это значит, что произошла «обрезка» наиболее кислых значений. Такой эффект хорошо объясняется односторонним давлением внешнего фактора - влиянием гидрокарбонатно-кальциевых вод Куйбышевского водохранилища (Кулагина и др., 2016).
Ранее при исследовании островных почв с целью их диагностики и классификации (Экологические ..., 2002, Григорьян и др., 1998) нами использовалась классификация аллювиальных почв Г.В. Добровольского (1968) либо авторский вариант классификации почв островов (Кулагина, 1995), поскольку в рамках классификации 1977 г. при полевых исследованиях невозможно было дать название типа.
В РФ параллельно существуют и широко используются научными и производственными учреждениями для решения различных задач две классификации: «Классификация и диагностика почв СССР» (1977) и «Классификация и диагностика почв России» (2004). Первая базируется на эколого-генетических принципах и в свое время была одобрена в качестве руководства при проведении почвенных обследований и изысканий, работ по государственному учету земель и земельному кадастру.
Субстантивно-генетическая «Классификация и диагностика почв России» (2004), хотя и была рекомендована к внедрению на Съезде Всероссийского общества почвоведов в 2008 г., до сих пор находится в стадии доработки и уточнения.
В классификации 1977 г. деление группы типов аллювиальных почв на дерновые, луговые и болотные производится по характеру увлажнения. Кроме того, для определения типа требуется определить, относится данная почва к кислым, насыщенным основаниями или карбонатным.
Согласно указанной классификации, почву разреза 47 следует отнести к группе аллювиальных дерновых. Как уже отмечалось, именно такими почвами был в основном представлен почвенный покров островов сразу после заполнения чаши водохранилища.
Почва разреза 15 имеет признаки переувлажнения в средней и нижней части профиля, почва разреза 25 - по всему профилю (рис. 1). Таким образом, эти почвы, относившиеся ранее к аллювиальным дерновым, благодаря проявившимся признакам оглеения теперь можно диагностировать как аллювиальные луговые (разрез 15) или лугово-болотные (разрез 25). Появление морфологических признаков оглеения в виде сизых и ржавых пятен, сизых горизонтов, приводят к от-
несению почвы к другой группе типов.
Значительная часть аллювиальных дерновых почв имела кислую и слабокислую реакцию среды. Под действием гидрокарбонатно-кальциевых вод водохранилища рН почв изменяется - этот признак позволяет отнести почву уже к другому типу в пределах группы типов.
Мощность гумусового горизонта и содержание гумуса в данной классификации влияет на диагностику на уровне подтипа. Однако, согласно проведенным ранее исследованиям, достоверных отличий по содержанию гумуса между аллювиальными почвами разной степени подтопления на островах Куйбышевского водохранилища не обнаружено.
Основное направление эволюции почв островов, при поддержании уровня воды в водохранилище в летние месяцы близким к НПУ, в классификации 1977 г. будет выглядеть так:
в зоне среднего подтопления: аллювиальные дерновые кислые ^ аллювиальные луговые кислые ^ аллювиальные луговые насыщенные ^ собственно аллювиальные луговые насыщенные;
в зоне сильного подтопления: аллювиальные дерновые кислые ^ собственно аллювиальные лугово-болотные ^ аллювиальные лугово-болот-ные оторфованные ^ аллювиальные болотные.
В случае длительного снижения уровня воды в водохранилище, что в принципе маловероятно, может наблюдаться возвращение первоначальных признаков почв.
В «Классификации и диагностике почв России» 2004 г. диагностика аллювиальных почв основана на характере гумусового горизонта - серо-гумусового или темногумусового. В случае если гумусовый горизонт не превыает 5 см (дернина в данной классификации отдельным горизонтом не признается и входит в состав гумусового), почва относится к другому отделу - слаборазвитых. Насыщенность и ненасыщенность основаниями рассматривается здесь на уровне рода.
Почва разреза 47 согласно данной классификации относится к типу аллювиальных серогуму-совых или аллювиальных гумусовых, если руководствоваться уточненной версией классификации (http://soils.narod.ru/appendices/library/letter3. html). Подтип - типичные, благодаря отсутствию оглеенных горизонтов в профиле.
Почва разреза 15 - аллювиальная гумусовая (тип) глееватая (подтип).
Диагностика почвы разреза 25 вызывает определенные затруднения. Если бы нами был выделен гумусовый горизонт мощностью более 5 см, то почву можно было бы диагностировать как аллювиальную гумусовую глеевую (тип) типичную
(подтип). Однако мощность дернины составляет 3 см, что предопределяет отнесение данной почвы с определенными оговорками к отделу слаборазвитых, типу слоисто-аллювиальных гумусовых, подтипу глееватых. Описываемая почва, находящаяся на промежуточной стадии эволюции, не соответствует в точности ни одному набору горизонтов субстантивной классификации.
Основное направление эволюции аллювиальных почв остров при поддержании НПУ на проектной отметке в соответствии с классификацией 2004 г. можно представить следующим образом:
в зоне среднего подтопления: аллювиальная гумусовая типичная ^ аллювиальная гумусовая глееватая ^ аллювиальная темногумусовая гле-еватая;
в зоне сильного подтопления: аллювиальная гумусовая типичная ^ аллювиальная гумусовая глеевая.
Заключение
«Классификация и диагностика почв СССР» 1977 г. наиболее чутко реагирует на самые быстро изменяющиеся в результате подтопления признаки почв. Появление глеевой окраски горизонтов отражается на уровне групп типов, изменения реакции среды — на уровне типов почв. Наиболее консервативные признаки - содержание органического вещества и мощность гумусового горизонта - являются диагностическими на уровне подтипа.
«Классификация и диагностика почв России» 2004 г. отражает эволюционные изменения почв островов на более низком таксономическом уровне: оглеение и изменение цветовой гаммы — на уровне типа или подтипа, насыщенности основаниями — на уровне рода.
Обе классификации способны показать эволюционные изменения почв островов водохранилищ, хотя субстантивная классификация не способна предусмотреть все варианты набора горизонтов для почв, находящихся на промежуточных стадиях эволюции. С другой стороны, использование данной классификации позволяет меньше зависеть от быстрых изменений окраски горизонтов в зависимости от сроков переувлажнения.
Выбор классификации зависит от конкретных целей исследования.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-44-160002 .
Список литературы
1. Григорьян Б.Р., Фасхутдинова Т.А., Кулагина В.И.,
32
российский журннл ИМ! экологии
Копосов Г.Ф. Особенности формирования почв островных экосистем Куйбышевского водохранилища // Почвоведение. 1998. № 4. С. 404-411.
2. Григорьян Б.Р., Кулагина В.И. Изменения почвенного покрова островов Куйбышевского водохранилища во времени под влиянием водного режима // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2010. Т. 152, № 4. С. 92-101.
3. Григорьян Б.Р. Генезис и трансформация почв островов Куйбышевского водохранилища. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 93 с.
4. Добровольский Г.В. Почвы речных пойм центра Русской равнины. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1968. 249 с.
5. Зайдельман Ф.Р. Естественное и антропогенное переувлажнение почв. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 287 с.
6. Карпачевский Л.О. Динамика свойств почвы. М.: ЭОС, 1997. 170 с.
7. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
8. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 224 с.
9. Классификация почв России 1997-2004-2008 гг. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://soils.narod. ru/appendices/library/letter3.html, свободный. Проверено 26.08.2018.
10. Кулагина В.И., Иванов Д.В., Григорьян Б.Р., Рязанов С.С. Почвенный покров островов Куйбышевского водохранилища в районе н.п. Займище // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2016. Т.158, кн.3. С. 404-415.
11. Кулагина В.И. Почвы островов Казанского района переменного подпора Куйбышевского водохранилища: Ав-тореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 1995. 16 с.
12. Стародубцев В.М. Влияние водохранилищ на почвы. Алма-Ата: Наука, 1986. 296 с.
13. Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв / Отв. ред. В. Н. Кудеяров, И.В. Иванов. М.: ГЕОС, 2015. 925 с.
14. Экологические системы островов Куйбышевского водохранилища. Казанский район переменного подпора. Казань: Фэн, 2002. 360 с.
Kulagina V.I., Ivanov D.V., Ryazanov S.S., Alexandrova A.B. Different evolution stages of alluvial soils according to the soil classifications of 1977 and 2004: a case study of islands of the Kuibyshev water reservoir.
The paper considers diagnostic aspects of alluvial soil at intermediate stages of evolution using two soil classifications systems. It was shown that two classification systems of 1977 and 2004 reflect evolutionary changes in soil profiles in the zones of medium and strong flooding. Due to different diagnostic principles evolutionary changes of soils are reflected at different taxonomic levels. Some difficulties may occur during diagnosis of underdeveloped soils using substantive classification of 2004.
Keywords: soil; soil classification; soildiagnos-tics; islands soils; Kuibyshev reservoir.
Информация об авторах
Кулагина Валентина Ивановна, кандидат биологических наук, зав. лабораторией, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: viksoil@mail.ru.
Иванов Дмитрий Владимирович, кандидат биологических наук, зам. директора по научной работе, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: water-rf@mail.ru.
Рязанов Станислав Сергеевич, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: erydit@yandex.ru.
Александрова Асель Биляловна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Россия, 420087, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: adabl@mail.ru.
Information about the authors
Valentina I. Kulagina, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: viksoil@mail.ru.
Dmitrii V. Ivanov, Ph.D. in Biology, Deputy Director, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences,28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: water-rf@mail.ru.
Stanislav S. Ryazanov, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: erydit@yandex.ru.
Asel B. Alexandrova, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: adabl@mail.ru
