КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОЧВ НА СЕВЕРНОМ И СРЕДНЕМ УРАЛЕ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 631.4

П.Ш. Сайранова, И.А. Самофалова P.Sh. Sayranova, I.A. Samofalova

Пермский государственный аграрно- Perm State Agro-Technological University

технологический университет 23, Petropavlovskaia str., Perm, 614990

614000, Пермь, ул. Петропавловская, 23

e-mail: s7p51996@yandex.ru, samofalovairaida@mail.ru

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОЧВ НА СЕВЕРНОМ И СРЕДНЕМ УРАЛЕ

Изучены формы кислотности горных почв на Северном Урале. Построены, с помощью программы STATISTICA, и описаны квантили (статистическое распределение) показателей кислотности в горных почвах. Представлены результаты информационно-логического анализа почв.

Ключевые слова: горные почвы, заповедник, кислотность, ионы, информационно-логический анализ.

ACID-BASIC PROPERTIES OF THE MOUNTAIN SOILS IN THE NORTH AND MIDDLE URALS

The acidity forms of mountain soils in the Northern and Middle Urals have been studied. Constructed, using the program STATISTICA, and described quantiles (statistical distribution) of acidity indicators in mountain soils. The results of the information and logical soil analysis are presented. Keywords: mountain soils, reserve, acidity, ions, information and logical analysis.

Горные почвы уникальны и мало изучены, сведения о них недостаточны. В прошлом веке ученые, исследовавшие горные почвы Урала, утверждали, что они очень кислые. Первое научное заключение было дано Р.В. Ризположенским [7] на основании морфологических данных и опроса населения. К.П. Богатырев описывал вертикальную зональность распределения почвенных типов Урала [1]. Е.Н. Иванова в своей статье привела некоторые выводы из работ Уральской комплексной экспедиции Академии Наук СССР [4]. Л.К. Главатских в основном изучала почвы горно-таежного пояса, залегающих на высоте 500-600 м н.у.м. [2]. В.П. Фирсова выявила отличительные особенности почвообразования в горах от прилегающих к ним равнинных территорий [13]. В настоящее время интерес к изучению почв возрастает, так как они обуславливают устойчивость почв к внешним воздействиям и способствуют сохранению биосферных (экологических) функций почв [8,9,11].

Цель исследований - изучить кислотно-основные свойства горных почв Северного и Среднего Урала. Объекты исследования: почвы пяти ключевых участков в горной части Пермского края.

Северный Урал. Ключевой участок А: гора Хомги-Нел хребет Молебный Камень, заповедник «Вишерский». В 2014 г. заложено 8 почвенных разрезов с высоты 920 (горно-тундровый пояс) до 458 м (горно-лесной пояс) на основных элементах рельефа.

Ключевой участок Б: хребет Чувальский Камень, заповедник «Вишерский». В 2017 г. заложено на западном склоне хребта 9 почвенных разрезов с высоты 868 м (горно-тундровый пояс) до 248 м (горно-лесной пояс).

Ключевой участок В: Камень Ветлан, Красновишерский район. В 2015 г. заложено 3 почвенных разреза под разными фитоценозами (луговое разнотравье, смешенный, еловый лес).

© Сайранова П.Ш., Самофалова И.А., 2018

Средний Урал. Ключевой участок Г: хребет Рудянский Спой, Губахинский район. В 2016 г. отобраны почвенные образцы из 5 разрезов, которые были заложены под разной растительностью (березовое криволесье, луговое разнотравье).

Ключевой участок Д: гора Северный Басег, хребет Басеги, заповедник «Басеги». В работе представлены 6 почвенных разрезов, которые были заложены на основных элементах рельефа горы Северный Басег с высоты 950 м (гольцовый пояс) до 430 м (горнолесной пояс).

По факторам почвообразования Северный и Средний Урал различаются. Северный Урал характеризуется более суровыми климатическими условиями и в геологическом отношении встречается больше карбонатных пород. Обследование почв проводилось в трех поясах вертикальной зональности: горно-тундровом, подгольцовом и горно-лесном поясах.

Почвенные образцы были проанализированы в лаборатории на кафедре почвоведения Пермского ГАТУ в 2015-2018 гг. Классификационное положение почв определяли по классификации почв России [5]. Определены: реакция среды почвы рНН2О и рН^ -потенциометрическим методом; гидролитическая кислотность методом Каппена; обменная кислотность и обменный алюминий по методу А.В. Соколова; сумма обменных оснований методом Каппена-Гильковица; обменные катионы Са2+ и Mg2+ по методу вытеснения уксуснокислым аммонием с определением на приборе Спектр 5-3. Статистическая обработка данных исследований проведена в программе «Анализ данных» Microsoft Excel, STATISTICA 6.0 и ALI следующими методами: корреляционный анализ, основные статистические показатели и метод информационно-логического анализа (ИЛА). Данный метод в почвоведении использовали [3, 6, 10, 12].

В целом, для почв ключевых участков, независимо от произрастающей растительности, характерна сильнокислая реакция среды, с максимально кислой

рН в верхних горизонтах (очень сильнокислая). Среднее статистическое значение актуальной (рНвод) и обменной (рНсол) кислотности в почвах на ключевых участках А, Б, Г, Д варьирует в пределах 4,48-4,79 (рис. 1а) и 3,54-4,01 (рис. 1б) соответственно. На ключевом участке В (Камень

Ветлан) рН в почвах является нейтральной (max рНвод=6,89; max рНсол=6,35). Максимальный размах изменчивости по показателям отмечается на ключевом участке В, а минимальный - на участке Г (рис. 1а,б).

а) распределение рНвод б) распределение рНсол

Рисунок 1. Статистическое распределение актуальной и обменной кислотности на Северном и Среднем Урале. Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр. Рудянский Спой; Д -

гора Северный Басег

Важно отметить, что почвы на ключевых участках В и Г тем кислее, чем выше по склону они расположены: теснота связи между показателями кислотности (рНвод, рНсол) и высотой местности характеризуется как сильная и составляет в среднем г= - 0,994.

Дисперсия как показатель варьирования, является наибольшей для почв ключевых участков А и Г. Потенциальная кислотность почв, представленная показателями гидролитической кислотности, является

Рисунок 2 - Статистическое распределение гидролитической кислотности на Северном и Среднем Урале. Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр.

Рудянский Спой; Д - гора Северный Басег

Наименьшее значение данного показателя отмечается в почвах на ключевом участке В (Камень Ветлан) за счет близкого залегания к поверхности

карбонатных пород. В целом по всем объектам гидролитическая кислотность изменяется от 0,22 до 76,59 ммоль/100 г почвы.

Гидролитическая кислотность на г. Хомги-Нел и хр. Рудянский Спой изменяется в почвах в зависимости от положения почвы в ландшафте: чем выше местность, тем меньше Нг почв (г= -0,5; г= -0,3, соответственно).

Типы распределения гидролитической

кислотности указывают на более сложные изменения показателей в почвах Среднего Урала (г. Северный Басег) - S-образная форма графика (рис. 3а). Больше разнообразие типов распределения установлено в почвах на Северном Урале (г. Хомги-Нел) (рис. 3б).

Качественные характеристики кислотности - это содержание обменных катионов И+, Al3+ (кислотные) и Са2+, Mg2+ (основные).

Содержание обменных ионов ^ и Al3+, обуславливающих кислотные свойства почв, варьирует в широких пределах: 0,01-6,90 и 0,03-12,92 ммоль/100 г соответственно. Установлено, что содержание И+ в почвах на хр. Чувальский Камень уменьшается с увеличением высоты местности (г = -0,669), а в почвах на Камне Ветлан, наоборот, увеличивается с высотой (г = 0,958). Наибольшая дисперсия (2,70) и максимальное содержание Н+ (6,90 ммоль/100 г) наблюдается на ключевом участке А (гора Хомги-Нел). Максимальный размах изменчивости по показателям отмечается на ключевых участках Б и Г (рис. 4). Максимальное содержание А13+ наблюдается на хребте Рудянский Спой (ключевой участок Г).

а) г. Северный Басег (Средний Урал) б) г. Хомги-Нел (Северный Урал)

Рисунок 3. Профильное распределение гидролитической кислотности в горных почвах

Box & Whisker Plot

-у-

□ □

□ Median I I 25%-75% ZIZ Noil-Outlier Range

а) распределение H+

Б В Г Д

б) распределение АГ

Рисунок 4 - Статистическое распределение содержания катионов на Северном и Среднем Урале. Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр. Рудянский Спой; Д - гора

Северный Басег

Содержание обменных основных катионов Са + и Mg2+ в исследуемых почвах ключевых участков является низким и составляет в среднем 4,88-15,42 ммоль/100 г. Максимальное среднестатистическое содержание Ca2++Mg2+ отмечается на ключевом участке В и дисперсия как показатель варьирования, является наибольшей для ключевых участка В. Максимальный размах изменчивости по показателям отмечается на ключевом участке Б (рис. 5).

Изучая почвы ключевых участков, нами установлено, что на всех объектах, встречаются почвы отдела альфегумусовые (подбуры, дерново-подбуры, дерново-подзолы). С помощью информационно-логического анализа установлена степень влияния разных показателей на формирование профиля альфегумусовых почв: содержание гумуса > Ca2++Mg2+ > рНсол > Al3+ > Нг. Максимальная информативность Н(В) отмечается для показателей: рНсол > Ca2++Mg2+ > Л13+. Таким образом, от содержания и соотношения катионов зависит формирование типа и профиля альфегумусовых почв (табл. 1).

Рисунок 5. Статистическое распределение содержания суммы обменных оснований (Ca2++Mg2+). Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр. Рудянский Спой; Д - гора Северный Басег

Таблица 1

'езультаты информационно-логического анализа фо рмирования альф гегумусовых почв

Показатели H(A) H(B) T K

Нг 1,9674 0,2502 0,0416 0,1663

рНсол 1,9844 1,6942 0,4531 0,2673

Al3+ 2,1339 1,6553 0,2952 0,1782

Ca2++Mg2+ 1,8686 1,6867 0,5644 0,3345

Гумус 2,4105 1,1674 0,5658 0,4847

Примечание: Показатели информации: Н(А) - неопределенность изучаемого явления; Н(В) - неопределенность изучаемого фактора; Т (общая информативность - количество информации поступающей от фактора к явлению); К (коэффициент эффективности передачи информации от фактора к явлению) [3].

Итак, почвы на Северном и на Среднем Урале являются сильно кислыми. Отмечаются все формы кислотности: актуальная, обменная, гидролитическая. Причем, гидролитическая кислотность очень высокая; содержание обменного алюминия выше водорода в среднем по ключевым участкам в два-четыре раза; обменный кальций превышает содержание обменного магния в два и более раз. Результаты информационно-логического анализа показали, что от содержания и соотношения катионов зависит формирование типа и профиля почв.

Библиографический список

1. Богатырев К.П. О некоторых особенностях развития почв Горных стран. Почвоведение. 1946. №8. С.492-500.

2. Главатских Л.К. Почвенные районы Северовосточной части Вишерского бассейна. Том 148. Вопросы агрохимии, физиологии растений и почвоведения. Пермь, 1959. С. 32-38.

3. Дайнеко Е.К., Фридланд В.М. Опыт применения информационно-логического анализа для выяснения взаимосвязей между факторами почвообразования и некоторыми морфологическими свойствами почв // Структура почвенного покрова, почвенные комбинации, их классификация и методы изучения. М., 1969. С. 56-57.

4. Иванова Е.Н. Почвы Урала. Журнал Почвоведения 1947.№ 4. С.213-227.

5. Полевой определитель почв. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.

6. Пузаченко Ю.Г., Карпачевский Л.А., Взнуздаева Н.А. Возможности применения информационно-логического анализа при изучении почвы на примере ее влажности // Закономерности пространственного варьирования свойств почв и информационно-статистические методы их изучения. М.: Наука, 1970. 220 с.

Р.В.

7. Ризположенский губернии в почвенном отношении. губерн. земства, 1909. С. 248.

8. Сайранова П.Ш., Кислотность горных почв

Описание Пермской Изд. Пермск.

Самофалова И.А. на Северном Урале

(заповедник «Вишерский») // Экология, геохимия и эволюция почв и палеопочв / Мат-лы VII Межд. научной молодежной школы по палеопочвоведению «Палеопочвы- хранители информации о природной среде прошлого» (Россия, Новосибирск-Алтайский край, 1-6 августа 2016). Новосибирск: Издательский дом ООО «Окарина», 2016. С. 75-80.

9. Сайранова П.Ш., Самофалова И.А. Формы кислотности горных почв на Северном Урале (заповедник «Вишерский») // Научный журнал «Антропогенная трансформация природной среды». Пермь: ПГНИУ, 2017. С. 193-195.

10. Самофалова И.А. Информационно -логический анализ дифференциации Почвенного покрова высотных геосистем на Среднем Урале // Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 11 (157). 2017. С. 105-114.

11. Самофалова И.А., Черепанова С.А., Сайранова П.Ш., Аникеев Д.А. Формы кислотности в почвах на горе Хомги-Нел (Северный Урал, заповедник «Вишерский») // Материалы межрегиональной научно-практической конференции посвященной 25-летию заповедника «Вишерский» и 100-летнему юбилею заповедной системы России (1-3 марта 2016 г.) / Пермский ГНИУ. Пермь, 2016. С. 5261.

12. Сорочкин В.М. О применении информационно-логического метода в поч-венных исследованиях // Почвоведение. 1977. № 9. С. 131142.

13. Фирсова В.П. Почвы таежной зоны Урала и Зауралья. М.: Наука, 1977. 175 с.