CC BY
32
УДК 631.4
Кулижский С.П., Родикова А.В.
Национальный исследовательский Томский государственный университет, г Томск E-mail: [email protected], E-mail: [email protected]
ГЕТЕРОНОМНЫЕ ПОЧВЫ СТЕПНЫХ ИЗОЛЯТОВ ЗАУРАЛЬЯ (НА ПРИМЕРЕ ШИРИНСКОЙ СТЕПИ)
Изолированные степные территории Средней Сибири, находящиеся в ядрах межгорных котловин, - экосистемы очень специфичные, в связи с чем, почвы, формирующиеся в условиях дополнительного поступления вещества со склонов окружающих их гор, могут отличаться по своим базовым свойствам от типовых аналогов европейской части России. Объектами изучения в данной работе послужили почвы гетерономных позиций, развитые в сопряжении с зональными автономными. Состав почв изучаемой территории весьма разнообразен, разнородность составляющих и их генезиса обеспечивает наличие сложнейших механизмов высвобождения элементов из пород в результате выветривания, а также перемещения в результате миграционных процессов, сопровождающихся последующей трансформацией и (или) аккумуляцией их в почвенном профиле. В статье кратко рассмотрены условия почвообразования островной Ширинской степи. С помощью полуколичественного эмиссионного спектрального анализа, выполненного в аккредитованной лаборатории геоэкоцентра ГГП «Березовгеология» г. Новосибирска, определена часть валового элементного состава почв, на базе чего произведена оценка геохимического сопряжения гетерономных и автономных почв с помощью одноименного коэффициента. Представлены данные статистической обработки среднего и модального содержания микроэлементов в почвах элювиальных, трансэлювиальных и супераквальных ландшафтов. Рассмотрены возможные варианты латеральной миграции элементов с Kr >1 и особенности их поведения в изучаемых объектах, функционирующих в аридных условиях.
Ключевые слова: почвы степей, гетерономные почвы, почвы подчиненных позиций, микроэлементы, Средняя Сибирь, Хакасия, Ширинская степь.
Уникальность изолированных степных массивов Зауралья неоднократно упоминается в трудах многочисленных исследователей [5], [8] и др. Особые условия формирования (в ядрах межгорных котловин) отражаются в свойствах почвенных объектов, придавая им определенную специфику.
В условиях достаточно расчлененного рельефа почвы подчиненных позиций занимают значительные площади и являются конечными пунктами геохимической миграции веществ, в связи с чем, их изучение помогает наиболее полно раскрыть особенности почвенного покрова в целом.
Исследования проводились в рамках научно-исследовательских экспедиций НИ П 'У. Объектами изучения послужили почвы, сформированные в пределах островной Ширинской степи. Содержание представленных элементов в горизонтах почв определено в аккредитованной лаборатории Геоэкоцентра ГГП «Березовгеология», г. Новосибирск на спектрографе ДФС-8.
Ширинская степь находится в центре Чулымо-Енисейской впадины, являющейся орографическим структурным элементом Минусинского межгорного прогиба. Административно она принадлежит республике Хакасия.
Морфологически территория представляет собой субравнину с сочетанием структурных останцово-денудационных форм и слобовс-холмленных мелкобугристых равнин. Вертикальное расчленение рельефа изменяется от 200-250 до 400 м. Из-за наличия значительного количества озер широко развиты процессы, приводящие к формированию особых форм рельефа: береговых валов, озерных котловин, террас. Озерные ванны подвержены циклическим колебаниям усыхания-наполнения, вызывая, соответственно, изменения формирования прибрежных почв. Климат умеренно континентальный, засушливый со среднегодовым количеством осадков по станции Шира - около 327 мм. [6]. Почвообразующие породы представлены разнообразными отложениями девона, часто засоленными, местами гипсоносными [8], что отражается на составе как твердой, так и жидкой фаз почв. В широких долинообразных понижениях и вокруг озер широко развиты такие процессы как заболачивание, солифлюкция, дефлюкция, интенсивная дефляция, обвально-осыпные процессы [5]. Приуроченность почв к подчиненным позициям в рельефе способствует аккумуляции в профилях привнесенных веществ, как физико-химического, так и меха-
нического характера. Увлажнение этих объектов осуществляется с окружающих склонов (подточное), а также имеет почвенно-грунтовое и временное поверхностное происхождение. В профилях часто наблюдается чередование горизонтов различного гранулометрического состава и наличие погребенных масс, что связано с приносом материала извне. Как правило, они засолены, но глубина засоления, его характер и количество солей варьируются. Зональным типом катены является ряд: неполноразвитые степные почвы возвышенностей - черноземы обыкновенные и южные - полугидроморфные и гидроморфные почвы понижений (луговые, лугово-болотные, аллювиальные, солончаки).
Сопряжение почвенных тел подчиненных и автономных ландшафтов обуславливает наличие миграционных потоков от природных систем, направленных от более высоких гипсометрических позиций к относительно низким. Эффект геохимического сопряжения оценивается одноименным коэффициентом (Кг), который представляет собой отношение концентрации элемента в гумусовом горизонте почв геохимически подчиненного ландшафта, к его
концентрации в органическом горизонте почв автономных позиций [3]. Для почв изучаемой территории рассчитаны статистические параметры содержания ряда элементов (среднее и модальное), на базе чего выведен Кг (табл. 1).
Согласно полученным данным, накопление на участках с низкими высотными отметками, относительно повышенных элементов рельефа характерно для ряда элементов Sг>Ag>Sn>Be(>Ga>Mo) (для средних значений) или Ag>Sг>Sn>Be(>Mo>Ga) (для модальных значений).
Из обозначенных элементов наибольшими датами коэффициента водной миграции (Кв) обладают серебро и стронций, хотя, при этом, исследователи отмечают, что перемещение элементов с высокими значениями Кв происходит, как правило, преимущественно, не в растворенном состоянии, а, к примеру, в виде взвесей [3]. Учитывая аридный климат территории, необходимо принимать, что миграция веществ на изучаемой территории, в связи с обозначенными особенностями почвообразования, осуществляется в большей степени благодаря другим процессам, например, проявляющимся эоловому,
Таблица 1. Оценка эффекта геохимического сопряжения почв (Кг), Ширинская степь
Элементы Автономные почвы (выборка 31 обр.) Гетерономные почвы (выборка 49 обр.) Кг
Статистические параметры
М1, Хср.1, М2, Хср.2, Кг модал. Кг средн.
мг/кг
Р 766,21 761,29 760,88 738,78 0,99 0,97
Б 5470,43 5451,61 4672,98 4571,43 0,85 0,84
Мп 692,40 680,65 575,52 569,39 0,83 0,84
Ва 650,50 638,71 551,96 544,90 0,85 0,85
Бг 557,62 554,84 906,43 867,35 1,63 1,56
V 168,15 164,84 120,48 120,61 0,72 0,73
№ 48,03 46,77 32,04 31,31 0,67 0,67
Со 13,44 13,03 11,25 10,76 0,84 0,83
гг 228,44 220,65 147,02 142,04 0,64 0,64
№> 16,36 15,68 13,25 12,71 0,81 0,81
Li 66,20 65,16 46,29 44,90 0,70 0,69
Y 34,24 34,84 28,88 28,88 0,84 0,83
Оа 14,09 14,06 14,12 14,36 1,00 1,02
Си 37,81 36,45 27,89 28,73 0,74 0,79
РЬ 14,07 13,48 12,58 12,55 0,89 0,93
гп 49,62 50,32 46,10 47,35 0,93 0,94
Ве 2,33 2,33 2,50 2,56 1,07 1,10
Бс 17,00 16,61 13,45 13,10 0,79 0,79
Бп 3,44 3,52 3,98 3,98 1,16 1,13
Ag 0,02 0,03 0,04 0,04 2,00 1,33
Мо 2,93 2,84 2,97 2,88 1,01 1,01
«Проблемы экологии Южного Урала»
или экзогенным факторам, упомянутым ранее. Аккумуляция развеваемого материала, впрочем, в Ширинской степи происходит маломощная, основная его часть выносится за пределы Минусинского межгорного прогиба. Механизм отложения гранулометрических фракций связан с наличием на пути ветра препятствий, что вынуждает его оставлять часть переносимых частиц, выпадающих у подножия крутых склонов, при этом, воздушные массы влияют на перераспределение мелкозема на разных экспозициях возвышенностей [5]. Немалое транспортное значение имеют склоновые процессы, характеризующиеся ясной сезонной и многолетней ритмичностью и частым чередованием, и приводящие к формированию различных по генезису погребенных горизонтов, смещению масс внутри почвенного профиля почв нижней части и подножий склонов, формированию почв на двучленах. К примеру, в вертикальном распределении микроэлементов по почвенному профилю геохимическая дифференцирован-ность отмечена для неполноразвитых степных почв подножий куэстов, развивающихся на контакте сероцветных и красноцветных отложений девона.
Акцентируя внимание на отдельных элементах можно отметить что стронций, как элемент галогеохимических ассоциаций, характерен для ландшафтов засоленных территорий [9]. Этот весьма подвижный элемент в почвах сухих степей накапливается в условиях испарительного концентрирования, при определенных условиях может задерживаться почвенными коллоидами и фиксироваться в кристаллических решетках устойчивых минералов [2]. В целом, для территории исследуемой степи характерно значительное содержание Sr, что может быть связано с специфическими особенностями сред-непалеозойского седиментогенеза [1].
Такой элемент как серебро легко высвобождается при выветривании, осаждается в щелочных восстановительных средах, и в средах, богатых сульфатами и хлоридами, образуя с ними комплексные анионы AgCl2-, Ag(SO)43- и др., присутствующие в почвенном растворе, поэтому почвы засоленных территорий обогащены серебром [10].
В целом, для изучаемой степи характерен обычный уровень содержания Ag (0,02-0,04
мг/кг), составляющий по данным А. Кабата-Пендиас 0,03-0,09 мг/кг [4].
О присутствии в почвах олова сведений немного. Растворимая его фракция по поведению близка к железу и алюминию и остается в продуктах выветривания вместе с гидроксидами этих элементов. Некоторые авторы указывают на способность олова к образованию как растворимых, так и нерастворимых комплексов с органическими соединениями, в связи с чем, в биогенных почвах (торфе) его может находиться до 300 мг/кг [4]. В изучаемых образцах диапазон концентраций составляет 0,0-6,0 мг/кг (при обычном диапазоне 1-11 мг/кг [4]), с максимумом в горизонтах почв, сформированных либо в понижениях, либо под воздействием интенсивного антропогенного влияния. Это дает возможность предположить некоторое поступление Sn в природные ландшафты в связи с деятельностью человека, использующего территории вокруг озер как рекреационные.
Такой элемент как бериллий может связываться с органическим веществом, накапливаясь в органогенных горизонтах, что характерно, в нашем случае для почв плакоров. В почвах понижений картина представлена более разнообразно для различных горизонтов почв, что связано, видимо с их полигенетичностью.
Для накопления Мо в продуктах выветривания и почвах необходима восстановительная слабощелочная обстановка. Большая часть его в зоне гипергенеза переходит в подвижное состояние и выносится грунтовыми водами. В аридном климате этот процесс происходит в несколько раз боле интенсивно, чем в гумид-ном. В гидрокарбонатных водах почвенного разреза со сменой сверху вниз окислительной обстановки на глеевую, что характерно для ги-дроморфных почв степей, подвижные формы молибдена сменяются нерастворимыми [2]. по некоторым данным молибден может активно сорбироваться гумусовыми веществами, что характерно для множества микроэлементов [7]. В пределах изучаемой территории содержание молибдена относительно невысокое - около 3 мг/кг, для сравнения: в черноземах заповедника «Аркаим» Челябинской области его значения достигают 4-8 мг/кг почвы [7]. и молибден и галлий, согласно полученным статистическим данным, практически не накапливаются
в гетерономных почвах. В этом случае необходимо помнить, что автономное положение почв рассматриваемых степей весьма условно, в связи с их нахождением в гетерономных позициях по отношению к почвам в целом Чулымо-Енисейской котловины и Минусинской впади-
ны. В связи с этим, процессы, формирующие перераспределение элементов на рассматриваемой аридной территории являются лишь частью более масштабных, происходящих в межгорном прогибе.
9.09.2015
Список литературы:
1. Архипов, А.Л. Загрязнение почв тяжелыми металлами в рекреационной зоне Ширинского района республики Хакасия [Текст] / А.Л. Архипов, Н.В. Полех: мат-лы науч. конф., посвященной 120-летию ТГУ 1-4 апреля 1998 г. - Томск: ТГУ 1998. - С. 248-255.
2. Гавриленко, В.В. Геохимические циклы токсичных элементов [Текст] / В.В. Гавриленко, И.А. Сорокина. - Л: Ленингр. Ун-т., 1988. - 84 с.
3. Добровольский, В.В. Ландшафтно-геохимические критерии оценки загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами [Текст] / В.В. Добровольский // Почвоведение, 1999. - №5. - С. 639-645.
4. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях [Текст] / А. Кабата-Пендиас, Х. Кабата-Пендиас: пер. С англ. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
5. Мистрюков, А.А. Геоморфологическое районирование Назаровско-Минусинской межгорной впадины [Текст] / А.А. Мистрю-ков. - Новосибирск: ОИГГМ СО АН СССР, 1991. - 130 с.
6. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3. Многолетние данные. Ч.1-6. Вып. 21. Кн. 1. Красноярский край, Тувинская АССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 624 с.
7. Некрасова, О.А. Содержание микроэлементов в черноземах обыкновенных и их гуминовых кислотах (на примере Южного Урала) [Текст] / О.А. Некрасова, М.И. Дергачева [Электронный ресурс] // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2011. №4(16). - С. 7-16. - Электрон. верс. печат. публ. - Доступ с сайта НИ ТГУ.
8. Танзыбаев, М.Г. Почвы Хакасии [Текст] / М.Г. Танзыбаев. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1993. - 256 с.
9. Худяев, С.А. Возможные причины различного содержания стабильного стронция в подземных и грунтовых водах на территории Новосибирской области [Текст] / С.А. Худяев // Вестник Томского государственного университета. Приложение. Мат-лы международ., всероссийских и региональных науч. конф., симпозиумов, школ, проводимых в ТГУ - Томск: Томский государственный университет, 2005. - №15. - С. 126-128.
10. Kabata-Pendias, A. Trace Elements from Soil to Human / A. Kabata-Pendias, B. A. Mukherjee. - Berlin, Heidelberg: SpringerVerlag Berlin Heidelberg, - 2007. 560 p. [Электронный ресурс] http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-540-32714-1 // Springer Link: - Зарубежные сетевые ресурсы. - Доступ с внутренней сети НБ ТГУ - URL: Формат документа: PDF. (дата обращения 16.03.2014).
Сведения об авторах: Сергей Павлинович Кулижский, проректор по социальной работе Национального исследовательского Томского государственного университета, заведующий кафедрой почвоведения и экологии почв Биологического института Национального исследовательского Томского государственного университета, доктор биологических наук, профессор, 03.02.13 634041, г. Томск, пр. Ленина, 36 ауд. 138, тел.: (38-22) 534 866, e-mail: [email protected]
Родикова Анна Викторовна, доцент кафедры почвоведенияи экологии почв Биологического института Национального исследовательского Томского государственного университета, кандидат биологических наук, 03.02.13 634041, г. Томск, пр. Ленина, 36 ауд. 138, тел.: (38-22) 529 654, e-mail: [email protected]
