CC BY
36
БОТАНИКА И ПОЧВОВЕДЕНИЕ
УДК 631.415.12:631.44.551.432
БУФЕРНОСТЬ ГОРНЫХ ПОЧВ СУБАЛЬПИЙСКОГО ПОЯСА К КИСЛОТНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ (ЗАПОВЕДНИК «БАСЕГИ»)
И. А. Самофалова, канд. с.-х. наук, доцент; М. А. Кондратьева, канд. геогр. наук,
ФГБОУ ВО Пермская ГСХА,
ул. Петропавловская, 23, г. Пермь, Россия, 614990
Е-шай: [email protected]. [email protected]
Аннотация. Исследование кислотности и катионообменных свойств как наиболее информативных показателей состояния лесных почв является важнейшей частью их мониторинга, что особенно актуально для почв особо охраняемых территорий. Наиболее уникальными горными ландшафтами на Урале считаются ландшафты субальпийского (подгольцового) пояса. Специфической особенностью почв является высокая кислотность, в связи с чем они неустойчивы по отношению к потенциальным кислотным воздействиям со стороны промышленных узлов Пермского края. Цель исследований - изучение кислотных свойств горных почв и их буферной способности к кислотным воздействиям. Объекты исследований - почвы подгольцового пояса хребета Басеги, который входит в состав природного заповедника «Басеги» в Пермском крае. Использовали классификацию почв России 2004 г. Аналитические исследования выполнены на кафедре почвоведения Пермской ГСХА. Буферные свойства почв определяли методом потен-циометрического титрования солевых суспензий, приготовленных в соотношении 1:2,5. Установлено, что увеличение кислотной нагрузки горных почв субальпийского пояса приводит к снижению их поглотительной способности. В структуре буферности пороговыми значениями рН являются 3,9; 3,0 и 2,5. В интервале рН от начальной точки титрования до 3,0 основными буферными реакциями являются вытеснение протоном обменных катионов; в гумусовых горизонтах к ним добавляются реакции диссоциации органоминеральных комплексов с последующим протонированием органических лигандов; при понижении рН ниже 2,5 единиц возможны реакции, связанные с растворением смешаннослойных глинистых минералов. Почвы субальпийского пояса обладают низкой и очень низкой буферной способностью, и. как следствие, -слабой эколого-геохимической устойчивостью к кислотным воздействиям. Для оценки буферных свойств наиболее объективным показателем является приведенная буферная способность, позволяющая сравнивать почвы, формирующиеся в разных экологических условиях.
Ключевые слова: кислотность, буферность, поглотительная способность, метод непрерывного титрования, почвенные суспензии, протонирование, горные почвы, субальпийский пояс.
Введение. Одним из показателей поглотительной способности почв является кислотно-основная буферность. Изучение кислотно-основной буферности почв имеет большое теоретическое и практическое значение в связи с прогрессивным подкислением почв в различных регионах планеты под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов. Изучение буферности рекомендуют проводить для получения информации о современном почвообразовании и генезисе почв [5, 8, 11, 13. 17. 18. 24-26. 28-31].
Большинство естественных почв гумид-ных областей таежно-лесной зоны характеризуется кислой реакцией среды и низкой насыщенностью основаниями [14, 15, 35]. Это широкий ряд почв: подзолистые, дерново-подзолистые, дерново-глеевые, бурые лесные, болотно-подзолистые, торфяные болотные. Кроме естественного кислого фона лесных почв, существует источник подкисления антропогенного характера - кислотные дожди. Большинство исследователей считают это одной из современных важнейших региональ-
ных проблем [32-34, 36, 37]. Проблема кислотных дождей связана с явлением трансграничного переноса кислотообразующих пол-лютантов из промышленных развитых регионов Центральной Европы, а также с загрязнением атмосферы от собственных источников выбросов [9]. Кислые растворы имеют прямое и косвенное влияние, которое проявляется в дисбалансе поступления элементов в растения в связи с разной интенсивностью их мобилизации в почвенный раствор под воздействием кислых осадков [23].
Главные механизмы буферных реакций изучают в основном методом потенциометри-ческого титрования (НПТ) [12, 16, 22]. Химические реакции, которые обуславливает бу-ферность, очень многообразны и включают взаимодействия ионов Н+ и ОН- с твердыми составляющими почвенного тела и с компонентами почвенного раствора [27]. Для каждого типа почв характерен свой набор механизмов таких взаимодействий. Эффективность кислотно-основной буферности обусловлена способностью почвенных систем гасить высокую амплитуду активности протонов в реакциях, идущих в почвенных растворах по схеме: кислота ^ основание+протон [11].
Буферность почв и факторы почвенной кислотности активно изучали в дерново-подзолистых почвах [18]. В некоторых публикациях имеются данные по буферности к кислоте и основанию почв разной степени гидро-морфизма республики Коми [13], органогенных горизонтов почв с нарастающей степенью гидроморфизма [28, 31]. Существуют данные по буферным возможностям серой лесной почвы [26], черноземов [25]. Методом равновесного потенциометрического титрования изучали буферные системы в темногумусово-глеевой почве Приханкайской равнины, где наибольшая буферность к основанию отмечена в гумусовом горизонте [24].
Для более глубокого понимания природы кислотности и оптимизации системы ее показателей необходимо искать зависимости между отдельными показателями. Так, между значениями рН водной и солевой вытяжек в органогенных и элювиальных горизонтах выявлена достоверная прямая корреляция, но теснота связи уменьшается при переходе от менее кислых дерново-подзолистых почв к более кислым почвам других таксонов [30].
Глобальная антропогенная трансформация природных экосистем сопровождается
негативными воздействиями. Освоение минеральных ресурсов стало одним из ведущих факторов развития Пермского региона, что способствовало возникновению предприятий горно-промышленного профиля, которые влияют на экологическую обстановку. Длительные техногенные нагрузки привели к существенной техногенной трансформации природных геосистем на значительной территории Пермского края, а в отдельных горнодобывающих районах - к коренному преобразованию геологической среды, которая по своим масштабам оказывает воздействие на все элементы окружающей среды и экологическую обстановку в целом.
Исследование кислотности и катионооб-менных свойств как наиболее информативных показателей состояния лесных почв является важнейшей частью их мониторинга [3, 6, 9]. Эта работа особенно актуальна для почв особо охраняемых территорий в связи со специфическими особенностями и задачами их функционирования [7]. Заповедные территории сохраняют средообразующие функции природы и биоразнообразие экосистем [4]. Кроме того, сохранность самих ООПТ зависит от состояния и охраны окружающей среды как на сопредельных, так и на достаточно удаленных территориях. ООПТ могут компенсировать неблагоприятные антропогенные воздействия, так как природа способна к самовосстановлению.
В Пермском крае существует два крупных государственных заповедника, в которых в заповедном режиме находятся естественные леса Среднего и Северного Урала. Почвенный покров Урала начали изучать позже, чем других горных территорий, и исследования были не постоянными, не систематическими, разрозненными [21]. Наиболее уникальными горными ландшафтами на Урале считаются ландшафты субальпийского (подгольцового) пояса, где горные почвы формируются в особых экологических условиях, связанных с подвижностью обломочного материала на склонах, провальной фильтрацией при интенсивном промывном водном режиме, значительным количеством травянистого опада [19, 20]. Специфической особенностью почв является высокая кислотность, в связи с чем они неустойчивы по отношению к потенциальным кислотным воздействиям со стороны промышленных узлов Пермского края (г. Губахи, г. Лысьвы и г. Чусового). С этой точки зрения, представляется важным изучение кислотных
свойств данных почв и их буферной способности к кислотным воздействиям.
Методика. Объекты исследований - почвы подгольцового пояса хребета Басеги, который расположен между 58о 50' и 60о с.ш., западнее от водораздельной части Урала и входит в состав природного заповедника «Басе-ги». Территория относится к области грядово-останцового низкогорья Среднего Урала. Ме-ридианально вытянутый хребет состоит из трех гор: Северный Басег (951,9 м), Средний Басег (994,7 м) и Южный Басег (851 м). Климат холодный и влажный, с проявлением кон-тинентальности. По зональному распределению растительного покрова территория относится к подзоне средней тайги бореально-лесной зоны, и выделяют горно-лесной, под-гольцовый (субальпийский) и горнотундровый (гольцовый) пояса. Субальпийский пояс выражен слабо, включает три подпояса: парковое редколесье, субальпийские луга, криволесье.
Территория заповедника удалена от промышленных центров. В радиусе 42-73 км западнее хребта расположены Кизеловско-Губахинский и Лысьвенско-Чусовской промышленные узлы с развитой горнодобывающей, химической и металлургической промышленностью, которые являются источниками техногенного загрязнения, а так как преобладающее направление ветра - западное, юго-западное, то возможен аэральный перенос загрязнителей на заповедную территорию.
Почвенные разрезы заложены в подголь-цовом поясе на горах Северный Басег и Ба-сежата. Использовали классификацию почв России 2004 г. Аналитические исследования
выполнены на кафедре почвоведения Пермской государственной сельскохозяйственной академии. Буферные свойства почв определяли методом НПТ солевых суспензий, приготовленных в соотношении 1:2,5. Титрование производили 0,1 н раствором HCl, общее количество кислоты составило 10 мл и соответствует нагрузке 100 ммоль/кг почвы. Время взаимодействия кислоты с суспензией 2 минуты. По результатам НПТ расчетным методом определяли количество поглощенных протонов; графическими методами вычисляли буферные площади и степень приведенной буферной способности. На основании графического анализа были определены буферные площади, а также показатель приведенной бу-ферности, который определяется относительно эталона с абсолютной буферностью, принятой за 100%. График буферности эталона имеет вид горизонтальной прямой со значением рН=7. Для оценки буферных свойств почв использовали шкалы, приведенные в работах [1, 2, 11]. Статистическая обработка проведена в программах Microsoft Excel и STATISTICA 8.
Результаты. Почвы имеют укороченный слабо дифференцированный на горизонты профиль со значительным содержанием щебня. Исследуемые почвы относятся к стволу постлитогенного почвообразования. На основании морфогенетической характеристики почв выделены следующие отделы: литоземы (мощность менее 30 см), органо-аккумулятивные (срединный горизонт как самостоятельное генетическое образование не выражен), структурно-метаморфические
(наличие диагностического горизонта ВМ) (табл. 1).
Таблица 1
Природные условия формирования почв
Номер разреза, alt, м; Э, К, название почвы Горизонты МП, см Растительность, рельеф
г. Северный Басег
Р. 54, 755, южная, 20, Литозем серогумусовый AYrAY2-AY3 17 Березове криволесье горлецовое; умеренно дренированный выровненный участок
Р. 49, 617, южная, 3-5; Серогумусовая метаморфизи-рованная AY-Aym-CLM 40 Разнотравно-злаковый луг; слабо дренированный выровненный
Басежата
Р. 62, 641, западная, 5; Серая метаморфическая AY-AEL-BMj -BM2-CLM 65 Полевице-разнотравный луг; дренированный покатый
Р. 58, 597, западная, 5; Бурозем элювиированный AYrAY2-AYel-BM-CLM 91 Зверобойно-разнотравный луг; дренированный пологий участок
Р. 60, 589, западная, 5; Серогумусовая погребенная AY-AYm-AY(CLM)-[AY]-[CLM] 56 Полевице-разнотравный луг; слабо дренированный пологий
Примечание: Э - экспозиция склона; К - крутизна склона, МП - мощность профиля
Почвы отличаются повышенным содержанием гумуса и растянутым гумусовым горизонтом: в верхних горизонтах содержание гумуса 3,5-4,5%, и постепенно убывает вниз по профилю. Состав гумуса преимущественно фульватный (отношение Сгк:Сфк 0,2-0,3). Содержание фульвокислот в почвах колеблется от 20 до 50 % от общего содержания органического углерода. Большое содержание кислых гумусовых веществ является результатом их продуцирования на месте, а также поступления с почвенными растворами, стекающими по склону.
Считают, что увеличение кислотных свойств карбоксильных групп фульвокислот горных почв связано с высотой местности, величины рК таких групп 3,47-5,11, а общее содержание 5,7 ммоль/кг [8].
Актуальная кислотность в почвах характеризуется рНН2о (4,8-5,6 единиц). Более высокие значения рН в литоземе на высоте более 700 м (разрез 54), вероятно связаны с характером растительного опада в березовом криво-лесье, более насыщенном основаниями. Значения рН солевых вытяжек изменяются в пределах профиля от 3,5 до 4,2. Показатели гидролитической кислотности составляют 10-22 мг-экв/100 г. Почвенный поглощающий комплекс сильно не насыщен основаниями, степень ненасыщенности оснований достигает в ряде разрезов 80-90%. Биологическая аккумуляция оснований не компенсирует их вынос с внутрипочвенным стоком, хотя в гумусовых горизонтах отмечается некоторое снижение степени ненасыщенности.
Метод НПТ позволяет регистрировать преимущественно быстро протекающие буферные реакции, к числу которых относят реакции ионного обмена, протонирования-депротонирования, зависимых от рН обменных позиций и диссоциации органо-минеральных соединений в твердой фазе. По результатам НПТ было определено количество поглощенных протонов по формуле: Н+погл. = Н+исх. + Н+добавл. - Н+кон., где Н+исх. - исходное количество протонов Н+ в суспензии; Н+добавл. - добавленное количество протонов; Н+кон. - конечное количество протонов в суспензии после взаимодействия с твердой фазой почвы.
Значения рН почвенных суспензий после добавления максимального количества кислоты снизились в среднем до 2,50-3,16 (табл. 2). При кислотном воздействии на первые (верхние) гумусовые горизонты значения рН сдвигаются на 1,1-1,3 единицы относительно исходных значений. В нижних гумусовых горизонтах ЛрН составила 0,90-1,45. При этом наибольшее значение рН отмечено в литоземе серогумусовом (р. 54) с менее выраженными кислотными свойствами. В соответствии со шкалой [2], по показателю ЛрН буферность горных почв оценивается выше средней. При понижении рН свойства почв ухудшаются, так как в составе почвенных растворов появляются ионы алюминия и железа в концентрациях, токсичных для биоты. Сколько-нибудь значительной связи показателя со свойствами почв - содержанием органического вещества, ила, рН суспензий - не выявлено.
Таблица 2
Поглотительная способность почв заповедника «Басеги»
№ разреза, высота м Горизонт, глубина, см Н+добавл., ммоль/кг почвы рНнтт рНктт ЛрН
54,755 АУ1 2-9 100,0 4,26 3,16 1,09
ЛУ2 9-17 100,0 4,00 2,54 1,45
62,641 АУ 3-15 100,0 3,58 2,52 1,06
ЛЕЬ 15-32 80,0 3,80 2,50 1,3
49, 617 АУ! 5-14 80,0 3,70 2,50 1,2
58, 597 АУ! 2-25 100,0 3,86 2,57 1,29
ЛУ2 25-34 80,0 3,80 2,90 0,90
В гумусовых горизонтах ДрН в большей степени зависит от уровня гидролитической кислотности (г=-0,85), от содержания илистой (г=-0,89) и пылеватой (г=-0,83) фракций, от выноса пылеватой фракции (г=-0,92) и накопления песчаной фракции (г=0,65), а также от содержания консервативной части органического вещества (г=-0,71).
Количество поглощенных протонов в конце титрования составило в среднем 7090 ммоль/кг почвы, что соответствует 75-95 % от количества добавленных (рис.). По мере
увеличения концентрации протонов в растворе поглотительная способность падает: в суспензиях из гумусовых горизонтов она снижается с 97 до 70%. Увеличение интенсивности поглощения отмечаются при значениях рН ниже 3,9-3,6; 3,0 и 2,5. Поглощение протонов в этих диапазонах рН по данным [23] происходит в результате реакций вытеснения обменных оснований, диссоциации органоми-неральных комплексов с последующим про-тонированием органических лигандов, растворения минералов.
100
£ 50
о
- о
Разрез 54 гор. АУ1
91
83
99 99 99 97 97 96 95 96
ПТ-1
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Н+добавл., моль/кг
Разрез 54 гор. АУ2
97 96 94 92 89 Я7 100 ___92 89 87 77 75 77 75 4
50
сс
и
+ 0
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Н+добавл., моль/кг
50 0
97 97 96
а) литозём серогумусовый
Разрез 58 гор. АУ1
84 87 89 84 81 79
-
3 т *
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Н+добавл., моль/кг
Разрез 58 гор. АУ2
97 98 97 97 96 94 93 90
-
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,0 Н+добавл., моль/кг
100 50 0
б) бурозём элювиированный
Разрез 62 гор. АУ
96 96 95
85 83
77 4 3 2 1
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Н+добавл., моль/кг
50 0
Разрез 62 гор. АЕ1.
0 0,01 0,02
0,03 0,04 0,05 0,06 Н+добавл., моль/кг
0,07
67 4 3 2 1
0,08
в) серая метаморфическая
Рис. Изменение поглотительной способности и рН при титровании кислотой почвенных суспензий гумусовых горизонтов почв субальпийского пояса
В целом, эти зоны характеризуются высокой емкостью, на что указывают значения ДрН (табл. 3). На основании графического анализа были определены буферные площади, а также показатель приведенной буферности. Данный показатель определяется относительно эталона с абсолютной буферностью, принятой за 100%. График буферности эталона имеет вид горизонтальной прямой со значением рН=7. Площадь буферности является низ-
кой, и это указывает на то, что почва слабо «буферит». Показатель приведенной буферной способности составил 7-27% от площади эталона с абсолютной буферной способностью, что соответствует очень низкой и низкой буферности почв к кислотному воздействию. Необходимо отметить, что буферность горных почв к кислотному воздействию снижается с уменьшением высоты местности
(г=0,76).
100
71
100
0
1
0
97
91
96
93
92
90
89
80
81
73
76
100
0
Таблица 3
Буферные площади и степень приведенной буферной способности в гумусовых горизонтах в горных почвах
Разрез № Горизонт, глубина, см рН НТТ Площадь буферности, см2 Степень приведенной буферной способности АрН
54 АУ! 2-9 4,3 9,0 27,0 (низкая) 1,4
62 АУ 3-15 3,6 7,0 22,0 (низкая) 1,2
49 АУ! 5-14 3,7 6,0 20,0 (очень низкая) 1,2
58 АУ1 2-25 3,9 6,0 19,2 (очень низкая) 1,5
АУ2 25-34 3,8 4,3 15,8 (очень низкая) 1,2
60 АУ 3-10 3,3 1,1 6,8 (предельно низкая) 1,9
Приведенная буферная способность в большей степени зависит от содержания ила (г=0,73), средней и мелкой пыли ((г=0,53), а также от накопления пыли (г=0,82) и выноса песчаной фракции (г=-0,56). Буферные свойства почв субальпийского пояса имеют среднюю связь с содержанием кремния (г=0,46) и обратную связь - с содержанием железа (г=-0,68). Таким образом, буферные свойства связаны с минералогическим составом почв, на что указывает и связь приведенной буферной способности с энтропией валового состава (г=-0,70). При максимально неравномерном распространении компонентов системы энтропия стремится к нулю, что способствует повышению буферной устойчивости почв. Приведенная буферная способность имеет прямую связь с содержанием органического вещества (г=0,76) и его консервативной частью (г=0,64), а со степенью гумификации -обратную (г= -0,67).
В исследуемых гумусовых горизонтах пики интенсивности буферности хорошо выражены в интервале рН 2,7-2,45, причем значения согласуются с содержанием гумуса. Очевидно, что буферные реакции в данном интервале связаны с органоминеральными производными гумусовых кислот.
Падение рН раствора вызывает снижение отрицательного заряда органических соединений за счет ослабления ионизации групп СО-ОН, а также уменьшения протонизации глинистых минералов в почвах. Ученые считают, что при перезарядке коллоидных частиц Ре(ОН)3 и А1(ОН)3 и органических коллоидов амфолитоидной природы повышается также их положительный заряд [10]. В результате
происходит снижение емкости катионного обмена и уменьшаются прочность связи металлов с почвой, коэффициент селективности, что, в свою очередь, влечет увеличение доли металлов в ППК, и поглощение элементов в целом падает.
На титрование суспензий в интервале рН 2,7-2,45 затрачено от 20 до 80 и более ммоль/кг кислоты. Среди анализируемых почв наибольшей буферностью по отношению к кислоте обладают структурно-
метаморфические почвы: бурозем элювииро-ванный (р. 58), серая метаморфическая (р. 62). Органо-аккумулятивная почва (р. 49) и лито-зем серогумусовый (р. 54) проявляют меньшую устойчивость по отношению к кислоте.
Выводы. Увеличение кислотной нагрузки горных почв субальпийского пояса приводит к снижению их поглотительной способности. Таким образом, почвы горных ландшафтов чувствительны к кислотным воздействиям.
В структуре буферности пороговыми значениями рН являются 3,9; 3,0 и 2,5. В интервале рН от начальной точки титрования до 3,0 во всех горизонтах основной буферной реакцией является вытеснение протоном обменных катионов. В горизонтах, содержащих органическое вещество, к ней добавляются реакции диссоциации органоминеральных комплексов с последующим протонированием органических лигандов. При понижении рН ниже 2,5 единиц происходит растворение полуторных окислов железа. В минеральных горизонтах (АБЬ) возможны реакции, связанные с растворением смешаннослойных глинистых минералов.
Почвы субальпийского пояса обладают низкой и очень низкой буферной способно-
стью, и, как следствие, - слабой эколого-геохимической устойчивостью к кислотным воздействиям. Для оценки буферных свойств наиболее объективным показателем является приведенная буферная способность, позволяющая сравнивать почвы, формирующиеся в разных экологических условиях. Использование относительного сдвига рН для оценки бу-
ферности оправдано только для почв с близкими значениями кислотности.
Показатели оценки буферности и поглотительной способности почв могут быть использованы как объективные критерии оценки качественного состояния почвы для почвенно-экологического мониторинга.
Литература
1. Богданова М. Д. Сравнительная характеристика буферности почв России по отношению к кислотным воздействиям // Почвоведение. 1994. №5. С. 93-101.
2. Глазовская М. А. Опыт классификации почв Мира по устойчивости к техногенным кислотным воздействиям // Почвоведение. 1990. № 9. С. 82-96.
3. Гришина Л. А., Копцик Г. Н., Моргунов Л. В. Организация и проведение почвенных исследований для экологического мониторинга. М. : Изд-во МГУ, 1991. 82 с.
4. Почвенный покров охраняемых территорий. Состояние, степень изученности, организация исследований / Г. В. Добровольский [и др.] // Почвоведение. 2003. № 6. С. 645-654.
5. Зайцева Т.Ф. Буферность почв и вопросы диагностики // Известия СО АН СССР. Серия биол. н. 1987. № 14. Вып. 2. С. 69-80.
6. Копцик Г. Н., Копцик С. В. Мурашкина-Миис М. А. Изменение химического состояния подстилок лесных экосистем под воздействием атмосферного загрязнения // Лесоведение. 2001. № 6. С. 12-20.
7. Копцик Г. Н., Ливанцова С. Ю. Кислотность и катионообменные свойства почв лесных экосистем национального парка «Русский север» // Почвоведение. 2003. № 6. С. 670-681.
8. Растворенное органическое вещество лизиметрических вод горно-лесных почв Южного Сихотэ-Алиня / Луценко Т.Н. [и др.] // Почвоведение. 2014. №6. С. 705-715.
9. Макаров М. И., Недбаев Н. П., Окунева Р. М., Чуенкова В. В. Трансформация соединений алюминия и железа в лесных почвах под воздействием кислых осадков // Почвоведение. 1994. № 4. С. 129-136.
10. Мотузова Г. В. Природа буферности почв к внешним воздействиям // Почвоведение. 1994. № 4. С. 46-53.
11. Надточий П. П. Кислотно-основная буферность почвы - критерий её качественного состояния // Почвоведение. 1998. №9. С. 1094-1102.
12. Надточий П. П. Определение кислотно-основной буферности почв // Почвоведение. 1993. № 4. С. 34-39.
13. Певный А. А., Соколова Т. А. Кислотно-основное состояние почв водораздельных территорий среднетаежной зоны республики Коми // Почвоведение. 1997. № 8. С. 943-951.
14. Подзолистые почвы центральной и восточной частей европейской территории СССР (на суглинистых почвообразующих породах). Л. : Наука, 1980. 301 с.
15. Подзолистые почвы центральной и восточной частей европейской территории СССР (на песчаных почвообразующих породах). Л. : Наука, 1981. 200 с.
16. Понизовский А. А., Пампура Т. В. Применение метода потенциометрического титрования для характеристики буферной способности почв // Почвоведение. 1993. № 3. С. 106-113.
17. Почвы и почвенный покров Печоро-Илычского заповедника (Северный Урал) / Отв. ред. С. В. Дегтева, Е. М. Лаптева. Сыктывкар, 2013. 328 с.
18. Савченко Т. И. Буферность и факторы почвенной кислотности // Химизация сельского хозяйства. 1989. № 2. С.40-43.
19. Самофалова И. А., Лузянина О. А. Почвы заповедника «Басеги» и их классификация // Пермский аграрный вестник. 2014. № 1 (5). С. 50-60.
20. Самофалова И. А., Лузянина О. А. Эколого-генетическая характеристика почв горно-лесного пояса на Среднем Урале // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013.Т. 15. № 3(4). С. 14261431.
21. Элементный состав почв в ненарушенных экосистемах на Среднем Урале / Самофалова И. А. [и др.] // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (115). С. 67-74.
22. Соколова Т. А., Пахомов А. П., Терехин В. Г. Изучение кислотно-основной буферности подзолистых почв методом непрерывного потенциометрического титрования // Почвоведение. 1993. №7. С. 97-106.
23. Соколова Т. А., Толпешта И. И., Трофимов С. Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе. Тула: Гриф и К, 2012. 124 с.
24. Толстокаева Е. Н., Жарикова Е. А. Буферность к основанию природной и ангрогенно-измененной темногумусово-глеевой почвы Приморья // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1066-1072.
25. Уфимцева Л. В., Покатилова А. Н. Методические аспекты оценки кислотно-основной буферности почвы // Вестник РАСХН. 2005. № 6. С. 37039.
26. Ушаков Р. Н. Буферность серых лесных почв к подкислению в зависимости от их плодородия // Плодородие. 2005. № 1. С. 28-29.
27. Филеп Д., Рэдли М. Формы кислотности и кислотно-основной буферности почв // Почвоведение. 1989. № 4. С. 40-45.
28. Шамрикова Е. В., Соколова Т. А., Забоева И. В. Идентификация буферных реакций при титровании водных суспензий целинных и пахотных горизонтов подзолистых почв кислотой и основанием // Почвоведение. 2002. №4. С. 412-423.
29. Шамрикова Е. В., Казаков В. Г., Соколова Т. А. Варьирование показателей кислотно-основного состояния автоморфных суглинистых почв таежной и тундровой зон Республики Коми // Почвоведение. 2011. № 6. С. 1-14.
30. Шамрикова Е. В., Соколова Т. А. Взаимосвязь между различными формами кислотности автоморфных суглинистых почв тундры и тайги // Почвоведение. 2013. № 5. С. 556-569.
31. Шамрикова Е. В., Соколова Т. А., Забоева И. В. Кислотно-основная буферность органогенных горизонтов подзолистых и болотно-подзолистых почв республики Коми // Почвоведение. 2003. № 7. С. 797-807.
32. Acidification research in Finland. Review of the results of the Finnish Acidification Research Programme (HAPRO). 1985-1990. Helsinki, 1991. 48 p.
33. Acidification today and tomorrow // A Swedish study prepared for the 1982 Stockholm conference on the acidification of the environment. 1982. 231 p.
34. Derome J. Atmospheric deposition and the mobility of cations in forest soil // Environmental geochemistry in Northern Europe. Espoo, 1991. P. 29-39.
35. Forest Soil Conditions in Europe. Results of a Large-Scale Soil Survey. EC-UN/ECE. Brussels, Geneva, 1997. 261 p.
36. Tamm C.O., David M.B. Effect of acid treatment on dissolved organic carbon retention by a spodic horizon // Soil Sci. Soc. Am. J. 1989. V. 53. P. 124-1247.
37. Wisniewcki J., Keitz E. Acid rain deposition patterns in the continental United States // Water, Air, Soil Pollut. 1983. V. 19. P. 327-339.
BUFFERING OF MOUNTAIN SOILS IN THE SUBALPINE BELT TO ACID TREATMENT (RESERVE "BASEGI")
I. A. Samofalova, Cand. Agr. Sci., Associate Professor;
M. A. Kondrateva, Cand. Geo. Sci., Associate Professor,
Perm State Agricultural Academy
23 Petropavlovskaya St., Perm 614990 Russia
E-mail: [email protected], [email protected]
ABSTRACT
Research on acidity and cation-exchange properties is the most informative indicators of the state of forest soils, what is an essential part of their monitoring, which is especially important in soils of specially protected areas. Landscapes of subalpine belt are considered to be the most unique mountain landscapes in the Urals. A specific feature of soil is high acidity, and therefore, they are unstable with respect to potential of acid effects from the industrial centers of the Permskii krai. The purpose of research was the study of acid properties of mountain soils and their buffer ability to the acidic effects. Objects of research were soils of sub-alpine zone in the backbone Basegi, which is a part of the nature reserve "Basegi" in the Permskii krai. We used the classification of soils of Russia 2004. Analytical studies were performed at the Department of Soil Science of the Perm State Agricultural Academy. Buffering properties of the soil were measured by method of continuous titration of salt suspensions prepared at a ratio of 1: 2.5. So, an increase in the acid of load in mountain soils of the sub-alpine belt reduces their absorbency. The structure of the buffering threshold values are pH 3.9; 3.0 and 2.5. The pH range from the starting point of the titration buffer to 3.0 of basic displacement reactions are displacement of a proton exchange cations; in humus horizons are added to them the dissociation of organic complexes, followed by protonation of organic ligands; pH is lowered below 2.5 units. The reaction may be associated with the dissolution of mixed-clay minerals. Soils of subalpine zone have low and very low buffering capacity, and as a consequence, low environmental-geochemical resistance to acid exposure. To evaluate the buffering properties, the most objective is indicator of the reduced buffering capacity that allows comparing soils formed under different environmental conditions. Key words: acidity, buffering capacity, absorption capacity, continuous titration method, soil suspensions, protonation, mountain soils, subalpine belt.
References
1. Bogdanova M. D. Sravnitel'naya kharakteristika bufemosti pochv Rossii po otnosheniyu k kislotnym vozdeistvi-yam (Comparative characteristics of Russia's soils buffering towards to acid effect), Pochvovedenie 1994, No. 5, pp. 93-101.
2. Glazovskaya M. A. Opyt klassifikatsii pochv mira po ustoichivosti k tekhnogennym kislotnym vozdeistviyam (Ex-perinece of world's soil classification to technogenic acid effect), Pochvovedenie, 1990, No. 9, pp. 82-96.
3. Grishina L. A., Koptsik G. N., Morgunov L. V. Organizatsiya i provedenie pochvennykh issledovanii dlya ekologicheskogo monitoring (Organization and maintenance of soil investigations for ecological monitoring), Moscow, Izd-vo MGU, 1991, 82 p.
4. Dobrovol'skii G.V., Chernova O.V., Bykova E.P., Matekhina N.P. Pochvennyi pokrov okhranyaemykh territorii. Sostoyanie, stepen' izuchennosti, organizatsiya issledovanii (Top layer of pretected areas. State, scrutiny degree, investigation design) Pochvovedenie, 2003, No. 6, pp. 645-654.
5. Zaitseva T.F. Bufernost' pochv i voprosy diagnostiki (Soil buffering and diagnosis issues), Izvestiya SO AN SSSR, Seriya biol. n, 1987, No. 14, Vyp. 2, pp. 69-80.
6. Koptsik G. N., Koptsik S. V. Murashkina-Miis M. A. Izmenenie khimicheskogo sostoyaniya podstilok lesnykh ekosistem pod vozdeistviem atmosfernogo zagryazneniya (Change of climatic state of forest ecosystem litter under influence of atmosphere pollution), Lesovedenie, 2001, No. 6, pp. 12-20.
7. Koptsik G. N., Livantsova S. Yu. Kislotnost' i kationoobmennye svoistva pochv lesnykh ekosistem natsional'nogo parka "Russkii sever" (Acidity and cation-exchange properties of forest ecosystems in the national park "Russkii sever") Pochvovedenie, 2003, No. 6, pp. 670-681.
8. Lutsenko T.N., Arzhanova V.S., Bratskaya S.Y. Rastvorennoe organicheskoe veshchestvo lizimetricheskikh vod gorno-lesnykh pochv Yuzhnogo Sikhote-Alinya (Solved organic substances of lizimetric waters in mountain-forest soils of Southern Sikhote-Alinya), Pochvovedenie, 2014, No. 6, pp. 705-715.
9. Makarov M. I., Nedbaev N. P., Okuneva R. M., Chuenkova V. V. Transformatsiya soedinenii alyuminiya i zheleza v lesnykh pochvakh pod vozdeistviem kislykh osadkov (Transformation of alluminium and iron compounds in forest soils under effect of acid rainfall), Pochvovedenie, 1994, No. 4, pp. 129-136.
10. Motuzova G. V. Priroda bufernosti pochv k vneshnim vozdeistviyam (Nature of soil buffering to external influence), Pochvovedenie, 1994, No. 4, pp. 46-53.
11. Nadtochii P. P. Kislotno-osnovnaya bufernost' pochvy - kriterii ee kachestvennogo sostoyaniya (Acid-base soil buffering - criteria of its qualitative state), Pochvovedenie, 1998, No. 9, pp. 1094-1102.
12. Nadtochii P. P. Opredelenie kislotno-osnovnoi bufernosti pochv (Determining acid-base soil buffering), Pochvovedenie, 1993, No. 4, pp. 34-39.
13. Pevnyi A. A., Sokolova T. A. Kislotno-osnovnoe sostoyanie pochv vodorazdel'nykh territorii srednetaezhnoi zony respubliki Komi (Acid-base soil buffering state of watershed territories of middle taiga zone in Komi Republic), Pochvovedenie, 1997, No. 8, pp. 943-951.
14. Podzolistye pochvy tsentral'noi i vostochnoi chastei evropeiskoi territorii SSSR (na suglinistykh pochvoobrazuyushchikh porodakh) (Podzolic soils of central and eastern part of European territory of USSR (on loamy soil-forming types)), Leningrad, Nauka, 1980, 301 p.
15. Podzolistye pochvy tsentral'noi i vostochnoi chastei evropeiskoi territorii SSSR (na peschanykh pochvoobrazuyushchikh porodakh) (Podzolic soils of central and eastern part of European territory of USSR (on sandy soil types)), Leningrad, Nauka, 1981 200 p.
16. Ponizovskii A. A., Pampura T. V. Primenenie metoda potentsiometricheskogo titrovaniya dlya kharakteristiki bufernoi sposobnosti pochv (Application of titration potentiometric method for characterizing soil buffering), Pochvovedenie, 1993, No. 3, pp. 106-113.
17. Pochvy i pochvennyi pokrov Pechoro-Ilychskogo zapovednika (Severnyi Ural) (Soils and soil cover in Pechoro-Ilychskogo reserve (Northern Urals), Otv. red. S. V. Degteva, E. M. Lapteva, Syktyvkar, 2013, 328 p.
18. Savchenko T. I. Bufernost' i faktory pochvennoi kislotnosti (Buffering and soil acidity factors), Khimizatsiya sel'skogo khozyaistva, 1989, No. 2, pp. 40-43.
19. Samofalova I. A., Luzyanina O. A. Pochvy zapovednika «Basegi» i ikh klassifikatsiya (), Permskii agrarnyi vest-nik, 2014, No. 1 (5), pp. 50-60.
20. Samofalova I. A., Luzyanina O. A. Ekologo-geneticheskaya kharakteristika pochv gorno-lesnogo poyasa na Sred-nem Urale (Ecological and genetic characteristics of mountain-forest belt in the Middle Ural), Izvestiya Samarskogo nauch-nogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk, 2013, T. 15, No. 3(4), pp. 1426-1431.
21. Samofalova I. A., Luzyanina O. A., Kondrat'eva M. A., Mamontova N. V. Elementnyi sostav pochv v nenarushen-nykh ekosistemakh na Srednem Urale (Soil elementar compound in inviolate ecosystems of the Middle Urals), Vestnik Al-taiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2014, No. 5 (115), pp. 67-74.
22. Sokolova T. A., Pakhomov A. P., Terekhin V. G. Izuchenie kislotno-osnovnoi bufernosti podzolistykh pochv metodom nepreryvnogo potentsiometricheskogo titrovaniya (Studying of acid-base buffering by the method of continuous potentialametric titartion), Pochvovedenie, 1993, No.7, pp. 97-106.
23. Sokolova T. A., Tolpeshta I. I., Trofimov S. Ya. Pochvennaya kislotnost'. Kislotno-osnovnaya bufernost' pochv. Soedineniya alyuminiya v tverdoi faze pochvy i v pochvennom rastvore (High soil acidity. Acid-base soil buffering. Allu-minium compounds in soil solid phase in soil solution), Tula, Grif i K, 2012, 124 p.
24. Tolstokaeva E. N., Zharikova E. A. Bufemost' k osnovaniyu prirodnoi i angrogenno-izmenennoi temnogumusovo-gleevoi pochvy Primor'ya (Buffering to the base of natural and agrogenically changed dark-humus gley soil in Primorie), Pochvovedenie 2009, No. 9, pp. 1066-1072.
25. Ufimtseva L. V., Pokatilova A. N. Metodicheskie aspekty otsenki kislotno-osnovnoi bufernosti pochvy (Methodical aspects for assessment of acid-base soil bufferin), Vestnik RASKhN, 2005, No. 6, pp. 37039.
26. Ushakov R. N. Bufernost' serykh lesnykh pochv k podkisleniyu v zavisimosti ot ikh plodorodiya (Buffering of grey forest soils to acidification in dependence on their productivity), Plodorodie, 2005, No. 1, pp. 28-29.
27. Filep D., Redli M. Formy kislotnosti i kislotno-osnovnoi bufernosti pochv (Forms of acidity and acid-base buffering of soils), Pochvovedenie, 1989, No. 4, pp. 40-45.
28. Shamrikova E. V., Sokolova T. A., Zaboeva I. V. Identifikatsiya bufernykh reaktsii pri titrovanii vodnykh suspenzii tselinnykh i pakhotnykh gorizontov podzolistykh pochv kislotoi i osnovaniem (Indentification of buffering reactions in titration of water suspensions of virgin and arable horizons of podzolic soils by acid and base), Pochvovedenie, 2002, No. 4, pp. 412-423.
29. Shamrikova E. V., Kazakov V. G., Sokolova T. A. Var'irovanie pokazatelei kislotno-osnovnogo sostoyaniya avtomorfnykh suglinistykh pochv taezhnoi i tundrovoi zon Respubliki Komi (Varying of indicators of acid-base state of au-tomorphic loamy soils of taiga and tundra zones in Komi Republic), Pochvovedenie, 2011, No. 6, pp. 1-14.
30. Shamrikova E. V., Sokolova T. A. Vzaimosvyaz' mezhdu razlichnymi formami kislotnosti avtomorfnykh suglin-istykh pochv tundry i taigi (Interaction between various forms of acidity of automorphic loamy soils of tundra and taiga), Pochvovedenie, 2013, No. 5, pp. 556-569.
31. Shamrikova E. V., Sokolova T. A., Zaboeva I. V. Kislotno-osnovnaya bufernost' organogennykh gorizontov pod-zolistykh i bolotno-podzolistykh pochv respubliki Komi (Acid-base buffering of organogenic horizons in podzolic and swamp-podzolic soils of Komi Republic), Pochvovedenie, 2003, No. 7, pp. 797-807.
32. Acidification research in Finland. Review of the results of the Finnish Acidification Research Programme (HAPRO), 1985-1990, Helsinki, 1991, 48 p.
33. Acidification today and tomorrow, A Swedish study prepared for the 1982 Stockholm conference on the acidification of the environment, 1982, 231 p.
34. Derome J. Atmospheric deposition and the mobility of cations in forest soil, Environmental geochemistry in Northern Europe, Espoo, 1991, P. 29-39.
35. Forest Soil Conditions in Europe. Results of a Large-Scale Soil Survey. EC-UN/ECE, Brussels, Geneva, 1997, 261 p.
36. Tamm C.O., David M.B. Effect of acid treatment on dissolved organic carbon retention by a spodic horizon, Soil Sci. Soc. Am. J., 1989, V. 53, pp. 124-1247.
37. Wisniewcki J., Keitz E. Acid rain deposition patterns in the continental United States, Water, Air, Soil Pollut., 1983, V. 19, pp. 327-339.
