CC BY
35
Раздел 4 ЭКОЛОГИЯ. ФЛОРА. ФАУНА
Section 4 ECOLOGY. FLORA. FAUNA
УДК 910.3
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ АЛТАЯ
И.А. Архипов
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: [email protected]
Выявлены закономерности геохимического поведения ряда микроэлементов в фоновых почвах Алтая, формирующихся на разных почвообразующих породах и в различных ландшафтно-геохимических условиях. Рассматриваются основные черты природных условий, дается характеристика районов и особенности поведения изучаемых элементов в данных конкретных условиях. Изучаемые комплексы существенно отличаются по составу четвертичных отложений. В этой связи большое внимание уделено исследованию различных по генезису почвообразующих пород - аллювиальных, элювиальных, элювио-делювиальных, делювиальных, пролювиальных и озерно-аллювиальных отложений, которые существенно отличаются по химическому и минералогическому составу. На рассматриваемой территории нами изучены следующие типы и подтипы почв: горно-луговые альпийские и субальпийские, горно-лесные черноземовидные, горнолесные бурые, черноземы обыкновенные, черноземы южные, каштановые почвы.
Ключевые слова: почвенный покров, микроэлементы, генетический горизонт, ландшафтно-геохимические условия, особенности миграции.
DOI: 10.24411/2410-1192-2019-15306 Дата поступления 17.05.2019
На территории Алтая рассмотрены микроэлементов в границах следующих достаточно четко выделяющихся трех биогеохимических поясов: пояс высокогорных тундр и альпийских лугов (занимает верхние ярусы главных хребтов Алтая) на останцово-холмисто-увалистых пенепленизированных высокогорьях с маломощным суглинистощебнистым покровом с альпийскими и субальпийскими низкотравными и высокотравными лугами на горно-луговых почвах (1); горно-лесной биогеохимический пояс (разделяется на два биогеохимических района - Северо-Восточный и Центральный) среднегорных лесных с лиственничными и березово-
особенности геохимического поведения лиственичными лесами на горно-лесных черноземовидных почвах (2); пояс степных и сухостепных межгорных котловин и речных долин с ковыльными разнотравно-злаковыми степями на черноземах обыкновенных и южных, днищах котловин, сложенных делювиальными и аллювиальными отложениями, с лап-чатково-полынно-мелкодерновинно злаковыми степями на темно-каштановых и каштановых почвах. В задачи исследований входило определить степень влияния природных (биогеохимических, литологических и др.) условий на распределение элементов в почвах различных типов, а также выявить закономер-
ности распределения комплекса микроэлементов по профилям различных почв. Различия в содержании микроэлементов, обусловленные возрастом и составом пород, определенным образом влияют на геохимические особенности всех составных компонентов рассматриваемых биогеохимических поясов, особенно четко это проявляется в почвенном покрове [1].
При выполнении полевых работ использованы сравнительно-географический и сравнительно-генетический методы [2]. В результате многолетних полевых исследований собран фактический материал по основным компонентам ландшафтов. Заложено 189 почвенных разрезов, отобрано 944 почвенных образца. Маршруты проведения экспедиционных исследований и схема расположения эталонных площадок представлены на рисунке. Экспедиционные работы проводились на территории 5 физико-географических провинций и 25 физико-географических районов, в границах каждого высотного пояса. Таким образом, отражена наиболее характерная черта почвенного покрова Алтая -
высотная поясность. Полнопрофильные почвенные разрезы закладывали в системе геохимически сопряженных ландшафтов.
Пробы почв отбирали по генетическим горизонтам. Их физико-химические свойства определяли общепринятыми в почвоведении методами, содержание микроэлементов - методом количественного плазменно-спектрального анализа в лаборатории биогеохимии почв ИПА СО РАН. Геохимические профили почв были построены на основе элювиально-аккумулятивных коэффициентов [3].
Результаты и их обсуждение
В пределах горных стран различные структуры почвенного покрова обычно контролируются разнообразием макро-, мезо- и микроформ рельефа. Как следствие, возникает определенная последовательность высотных почвенных поясов с ярко выраженными типами почв и характерными физическими, химическими и биогеохимическими признаками [4].
Рис. Физико-географические районы Алтая и схема расположения эталонных площадок:
составлена с использованием материалов Г.С. Самойловой (1973, 1982, 1990).
Почвы пояса высокогорных тундр и альпийских лугов (элювиальных ландшафтов) в основном маломощные. Генетическая дифференциация профилей горнолуговых почв слабовыражена, вместе с тем, почвы отличаются мощным грубогумусным горизонтом, с содержанием гумуса от 5 до 14,5 %. Реакция среды почв - кислая (рН 5). В таблице приведены геохимические формулы интегрированного профиля горнолуговых почв. Характер распределения элементов в профиле практически не меняется. Значения элювиальноаккумулятивных коэффициентов показывают что, элементы: Zn; Pb; Ni; Cr, активно накапливаются в гумусовом горизонте.
Несмотря на то, что гумусовый горизонт почв горно-луговых ландшафтов обогащен рядом микроэлементов, профиль в конечном итоге обедняется ими, поскольку элементы подвижны в горнолуговых условиях и удаляются из ландшафта. В качестве иллюстрации распределения микроэлементов в профиле горно-луговых почв приведены геохимические формулы этих почв, составленные на основании величин элювиально-аккумулятивных коэффициентов. Для всех рассмотренных микроэлементов величина этого коэффициента больше либо равна 1 (табл.).
Таким образом, в почвах горнолуговых ландшафтов наблюдается обогащение гумусовых горизонтов микроэлементами с высоким коэффициентом биологического поглощения, что свидетельствует о значительной роли растений в перераспределении микроэлементов в горно-луговых ландшафтах.
Условия горно-лесного биогеохимического пояса существенно отличаются от горно-луговых особенностями процессов перераспределения химических элементов. Почвенный покров здесь сравнительно мощный, дифференцированный, представлен горнолесными черноземовидными и бурыми лесными почвами.
Таблица
Геохимические формулы горно-луговых
__________________почв__________________
Горизонт______Геохимические формулы_____
Альпийские и субальпийские горно-луговые почвы А Zn Pb Ni Cr Co V
В Cr Ni Pb V Co Zn
Горно-лесные черноземовидные почвы
А
Ni Co Pb
В Zn Ni Co
V Pb
Г орно-лесные бурые почвы
А
V Ni Co Pb
В Co Zn Ni V
Pb
Черноземы обыкновенные
А V Zn
Ni Co Pb
В Pb Z
V Ni Co
Черноземы южные
А Ni Pb V Zn Co
В --- Zn Ni Co
Pb V
Zn V
Zn
Темно-каштановые почвы речных долин
А
В
А
В
Pb
V Ni Co Zn Mo
Ni Co Pb Zn
V Be Mo
Каштановые почвы котловин Zn V Co Ni Pb
V
Ni Co
Pb Zn
Примечание: числитель - микроэлементы, имеющие значение элювиально-аккумулятивного коэффициента больше 1, знаменатель - значение меньше 1, в строке - значение почти равно 1.
Ареал распространения горнолесных черноземовидных почв ограничивается среднегорными районами, а внутри этих районов - поверхностями пологих склонов, конусов речных выносов, котловин и наклонных террас долин рек Катунь, Кокса, Абай а также их притоков. Исследуемые почвы развиты
под парковыми лиственничными лесами. Почвообразующими породами являются делювиальные, элювиоделюви-альные и аллювиальные отложения, лессовидные карбонатные отложения щебнисто-суглинистого и песчаного состава. Почвенный профиль имеет следующее строение: А0 - А (Ад - Ai) - АВ - В - ВС - С.
Содержание микроэлементов в этих почвах так же зависит от состава подстилающих пород. Но наряду с этим под влиянием почвообразовательных процессов происходит заметное перераспределение микроэлементов в профиле горно-лесных почв (см. табл.).
Горно-лесные бурые почвы формируются в средней, наиболее увлажненной части лесного пояса и занимают значительные площади у верхней границы леса [5]. Процессы почвообразования осуществляются под влиянием различных формаций бореальной тайги. Почвы развиты на элювио-делювии и элювии хлоритово-серицитовых сланцев и песчаниках интрузивных пород. Дифференциация на генетические горизонты слабая. Гумус равномерно распределен по профилю. В составе гумуса отмечается резкое преобладание фуль-во-кислот над гуминовыми кислотами. Профиль горно-лесных бурых почв ненасыщен основаниями. Максимальное содержание подвижных оксидов железа приурочено к гумусовому горизонту. Гранулометрический состав средне и тяжелосуглинистый. Горно-лесные бурые почвы имеют, кислую реакцию среды, и характеризуются высоким содержанием подвижного железа. Профиль построен следующей системой генетических горизонтов: А0-Ад-А1(АВ)-В1-ВС-С.
Почвенный покров среднегорных котловин и речных долин сформирован почвами черноземного типа. Естественная растительность представлена преимущественно разнотравно-злаковыми и разнотравными луговыми степями. Почвообразующими породами являются
маломощные скелетные часто карбонатные покровные суглинки делювиального, пролювиального и аллювиального происхождения. На них развиты черноземы типичные, обыкновенные и южные [5]. Преобладающая часть территории занята среднемощными обыкновенными черноземами [6]. Строение профиля: Ад - А - А1А2 - А2В - Вi - ВС - С. Для южных черноземов, вследствие окарбоначенности профиля, снижается подвижность микроэлементов. Строение профиля: Ад - А1 - АВк - Вк - ВСк -Ск (СДк).
Природная обстановка (незначительное количество осадков, нейтральная среда почвенного раствора, наличие карбонатного горизонта в профиле) не способствуют миграции элементов по профилю почвы, так и за пределы пояса. Водная миграция элементов, вследствие сухости климата котловин и выравнен-ности поверхностей практически исключена.
Степные котловины и речные долины - характерный элемент рельефа Алтая. По схеме структурно-геоморфологического районирования они относятся к внутригорным эрозионно-тектоническим впадинам и располагаются на высотах 900-2500 м [7]. Различия в климатическом режиме разных гипсометрических уровней определяют формирование разнообразных по свойствам и признакам каштановых почв. В условиях сухих котловин и речных долин наиболее четко границы различий проявляются на высоте 900-1000 м, 1200-1500 м и более.
Плакорные участки Чуйской и Ку-райской котловин и террасы Чуи покрывают опустыненные злаковые степи, которые по окраинам котловин и шлейфам гор переходят в настоящие мелко-дерновинные злаковые степи [8-10]. Почвенный покров представлен тремя подтипами каштановых почв. Почвы карбонатные, со щелочной реакцией среды. В аккумулятивных участках наблюдается засоление. Геохимические
формулы горно-каштановых почв показаны в таблице.
Уровень содержания, аспекты миграции, аккумуляции и биологического поглощения микроэлементов в каштановых почвах котловин определяет ряд факторов: непромывной водный режим, осложняющий водную миграцию и способствующий накоплению элементов в верхних горизонтах; окислительная обстановка, предполагающая увеличение содержания подвижных форм; сорбционный и испарительный геохимические барьеры, обусловливающие концентрацию микроэлементов при широком интервале рН; низкое содержание органического вещества; наличие мощных карбонатных горизонтов [11]. В каштановых почвах можно наблюдать карбонатно-сульфидную аккумуляцию микроэлементов в некоторых горизонтах почв и пород, чему способствует и испарительная концентрация.
Следовательно, аридные условия, щелочная реакция, импермацидный гидрорежим (как следствие восходящая
миграция влаги и солей), высокая зольность растительных остатков способствуют обогащению горно-каштановых почв некоторыми микроэлементами: Zn, V, Co.
Выводы
Исследуемая территория различается как по уровню содержания, так и по характеру распределения микроэлементов.
Валовые содержания микроэлементов в почвах обусловлены их первичным содержанием в почвообразующих субстратах, однако характер распределения этих элементов в ландшафте обусловлен рядом внешних природных условий (гидрорежимом, особенностями биологического поглощения, степенью гумификации растительных остатков, особенностями местных геохимических барьеров).
Наблюдается накопление элементов в почвах, когда содержание их в почвообразующих породах невелико (Zn, Ti, V, Mn, Ba, Co в каштановых почвах).
Список литературы
1. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими элементами. - М.: Минздрав СССР, 1987. - 25 с.
2. Роде А.А. Система методов исследований в почвоведении. - Новосибирск: Наука, 1971. - 92 с.
3. Микроэлементы в почвах Советского Союза. - М., 1973.
4. Мальгин М.А. Биогеохимия микроэлементов в Горном Алтае. - Новосибирск: Наука, 1978. -272 с.
5. Почвы Горно-Алтайской автономной области. - Новосибирск: Наука, 1973. -352 с.
6. Хмелев В.А. Черноземы Горно-Алтайской Автономной области. - Новосибирск: Наука, 1968. - 115 с.
7. Ерофеев В.С. Геологическая история южной периферии Алтая в палеогене и неогене. - Алма-Ата, 1969. -147 с.
8. Огуреева Г.Н. Ботаническая география Алтая. - М.: Наука, 1980. - 189 с.
9. Ревушкин А.С. Высокогорная флора Алтая. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1988. - 319 с.
10. Седельников В.П. Высокогорная растительность Алтае-Саянской горной области. - Новосибирск: Наука, 1988. - 222 с.
11. Касимов Н.С. Латеральная миграция микроэлементов в степных и пустынных ландшафтах. // Вестн. МГУ. Серия география. - 1981. - № 5. - С. 69-74.
References
1. Metodicheskiye ukazaniya po otsenke stepeni opasnosti zagryazneniya pochvy khimicheskimi elementami. - M.: Minzdrav SSSR, 1987. - 25 s.
2. Rode A.A. Sistema metodov issledovany v pochvovedenii. - Novosibirsk: Nauka, 1971. - 92 s.
3. Mikroelementy v pochvakh Sovetskogo Soyuza. - M., 1973.
4. Malgin M.A. Biogeokhimiya mikroelementov v Gornom Altaye. - Novosibirsk: Nauka, 1978. -272 s.
5. Pochvy Gorno-Altayskoy avtonomnoy oblasti. - Novosibirsk: Nauka, 1973. - 352 s.
6. Khmelev V.A. Chernozemy Gorno-Altayskoy Avtonomnoy oblasti. - Novosibirsk: Nauka, 1968. - 115 s.
7. Yerofeyev V.S. Geologicheskaya istoriya yuzhnoy periferii Altaya v paleogene i neogene. - Alma-Ata, 1969. -147 s.
8. Ogureyeva G.N. Botanicheskaya geografiya Altaya. - M.: Nauka, 1980. - 189 s.
9. Revushkin A.S. Vysokogornaya flora Altaya. - Tomsk: Izd-vo Tomskogo un-ta, 1988. - 319 s.
10. Sedelnikov V.P. Vysokogornaya rastitelnost Altaye-Sayanskoy gornoy oblasti. - Novosibirsk: Nauka, 1988. - 222 s.
11. Kasimov N.S. Lateralnaya migratsiya mikroelementov v stepnykh i pustynnykh land-shaftakh. // Vestn. MGU. Seriya geografiya. - 1981. - № 5. - S. 69-74.
BIOGEOCHEMICAL FEATURES DEFINING LANDSCAPE-GEOCHEMICAL BEHAVIOR OF TRACE ELEMENTS IN ALTAI SOILS
I.A. Arkhipov
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: [email protected]
The regularities in geochemical behavior of some trace elements in Altai background soils formed on different soil-forming rocks and under different landscape-geochemical conditions were revealed. The main natural features, the areas and the behavior of the elements under study in these specific conditions were considered. The studied complexes differed significantly by the composition of Quaternary deposits. In this regard, much attention was paid to investigation of soil - forming rocks of different genesis, i.e. alluvial, eluvial, eluvial-deluvial, deluvial, proluvial and lacustrine-alluvial deposits distinguished by different chemical and mineralogical composition. We studied the following types and subtypes of soils: mountain-meadow alpine and subalpine, mountain-forest chernozem-like, mountain-forest brown, common chernozems, southern chernozems and chestnut soils.
Key words: soil cover, microelements, genetic horizon, landscape-geochemical conditions, migration features.
Received May 17, 2019
