CC BY
12
DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2018.10.3.192-197 УДК 631.4
МОРФОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТОРФЯНО-ГЛЕЕЗЕМА В ПОЙМЕ РЕКИ ГРЁНДАЛЕН ОСТРОВА ЗАПАДНЫЙ ШПИЦБЕРГЕН
Т. И. Литвинова, Г. М. Кашулина, Н. М. Коробейникова
ФБГУН Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н. А. Аврорина КНЦ РАН
Аннотация
Представлена полная морфолого-генетическая характеристика торфяно-глеезема кочковатого болота в пойме реки Грёндален. Приведены сведения о гранулометрическом составе минеральной части профиля, валового химического состава, физико-химических свойств и данные по количественному и качественному составу органического вещества всех почвенных горизонтов. Из-за близости моря в составе почвенно-поглощающего комплекса увеличивается доля Na+ по сравнению с более удаленными от берега моря разрезами. Распределение органического вещества, а также химического элементного состава по профилю обусловлено долей минеральной примеси. Ключевые слова:
торфяно-глеезем, морфология, валовой состав, физико-химические свойства, содержание и состав органического вещества, Шпицберген.
HISTIC GLEYSOL OF THE HILLY BOG AT THE COASTAL AREA OF THE GRENFJORD, SVALBARD: MORPHOLOGY AND CHEMISTRY
Tatyana I. Litvinova, Galina M. Kashulina, Natalia M. Korobeynikova
Avrorin Polar-Alpine Botanical Garden and Institute of KSC RAS
Abstract
Keywords:
This article presents morphological and chemical characteristics of the Histic Gleysol of a hummocky bog near the mouth in the Grendalen River. The data of the granulometric composition of the mineral part of the profile, total chemical composition, physico-chemical properties, and data on the quantitative and qualitative composition of the organic matter of all soil horizons, are presented. Because of the sea proximity in the composition of the soil-absorbing complex the proportion of Na+ increases compared to the sites more remote from the sea coast. Distributions of the organic matter as well as the chemical composition follow to the proportion of the mineral particles.
Histic Gleysol, morphology, chemical composition, physico-chemical properties, organic matter content and composition, Svalbard.
Введение
Архипелаг Шпицберген — один из участков арктической суши в Северном Ледовитом океане, наиболее близко расположенный к Северному полюсу. За счет влияния теплого атлантического течения западное побережье острова Западный Шпицберген характеризуется относительно мягким и влажным для таких широт климатом, а также более сомкнутым растительным покровом. На участках под сплошным растительным покровом формируются серогумусовые грубогумусные почвы, которые к настоящему времени уже достаточно хорошо изучены [1, 2]. В силу сложного рельефа заболоченные почвы занимают относительно небольшие площади. В данной статье будет представлена полная морфолого-генетическая характеристика торфяно-глеезема кочковатого болота около устья Грёндален.
Материалы и методика исследований
Разрез был заложен в июле 2013 г. Координаты места заложения разреза: 78°01'32'' с. ш., 14°19'41'' в. д., абсолютная отметка — 5 м над ур. м. В полевых условиях было проведено морфологическое описание разреза и отобраны образцы основных генетических горизонтов. Подготовка проб и химический анализ образцов проводились в лаборатории почвоведения Полярно-альпийского ботанического сада-института КНЦ РАН (ПАБСИ КНЦ РАН) традиционными методами [3, 4]. Химический анализ фракции менее 1 мм воздушно-сухих образцов почвы включал определение общего содержания Сорг и ^рг, группового и фракционного состава органического вещества, валового химического состава и физико-химических свойств (рН водной вытяжки, гидролитическую кислотность, обменные Са++, Mg++, Na+, K+). В минеральном горизонте был также определен гранулометрический состав.
Результаты и их обсуждение
Обследованный торфяно-глеезем сформировался на морской глине в условиях избыточного увлажнения, представлен в виде торфяной кочки высотой 26 см (рис. 1). Растительный покров — ивково-травяно-моховое сообщество. Проективное покрытие ивки (Salix sp.) составляет 10 %, травянистых растений — 30 %, гигрофитных мхов — 90 %.
Рис. 1. Разрез торфяно-глеевой почвы кочковатого болота в пойме реки Грёндален Fig. 1. Studied Histic Gleysol at hummocky bog near the mouth of the Grendalen River
Почва характеризуется следующим набором горизонтов:
Ть 0-6 см. Зеленовато-коричневый торфяный горизонт сложен из слабо разложившихся остатков мхов трав и листьев ивки, сохранивших свои морфологические особенности, рыхлый, сырой, минеральная примесь, много корней, переход постепенный.
Т2, 6-12 см. Серовато-коричневый, более высокая степень разложения: фрагментированные растительные остатки, рыхлый, сырой, минеральная примесь, много корней.
Т3, 12-20 см. Темно-коричневый, среднеразложившийся торфяный горизонт, рыхлый, сырой, много корней, переход постепенный.
Т4, 20-25 см. Темно-коричневый, среднеразложившийся торфяный горизонт, рыхлый, сырой, многочисленные корни, минеральная примесь с ржавыми пятнами, переход заметный.
Т5, 24-26 см. По центру кочки, темно-коричневый, хорошо разложившийся торфяный горизонт с высоким содержание минеральных частиц, уплотнен, густо переплетен корнями растений, сырой, переход заметный.
CG, 26-32 см. Сизовато-серый с охристыми пятнами, тяжелый суглинок, компактный, бесструктурный, сырой, редкие корни.
Гранулометрический состав CG-горизонта по содержанию физической глины (частиц <0,01 мм) — 45 % классифицируется как тяжелый суглинок. Преобладающими фракциями мелкозема (<1 мм) являются мелкий песок (0,25-0,05 см) — 25,1 % и крупная пыль (0,050,01) — 24,8 %.
Валовой химический состав почвы. Горизонт CG, как и в почвах, сформированных на континентальных отложениях [1, 5, 6], характеризуется высоким содержанием SiO2 и экстремально низким содержанием щелочноземельных элементов — CaO и MgO. Отличительной особенностью морского суглинка является сравнительно высокое содержание MnO благодаря преобладанию восстановительных условий.
Химический состав торфяной толщи значительно варьирует с глубиной. Самым низким содержанием SiO2 (около 60 % на прокаленную навеску) и высоким содержанием важных для растений CaO, MgO K2O, P2O5, MnO и SO3 характеризуется самый верхний слой торфа — Т1 (табл. 1). Следующий слой торфа — Т2 резко отличается от остальных торфяных горизонтов самым высоким содержанием SiO2 и низким — важных для растений элементов. Это обусловлено высоким содержанием минеральной примеси эолового происхождения. Как было показано ранее [6], минеральная пыль с оголенных поверхностей гор и грунтов оказывает существенное влияние на химический состав растений и верхних органогенных горизонтов почв в регионе. Остальные слои торфа почв также в различной степени обогащены минеральными частицами.
Таблица 1 Table 1
Валовой химический состав основных горизонтов торфяно-глеезема, % от прокаленной навески Total chemical composition of the major soil horizons, % of ash
Горизонт Horizon Глубина, см Depth, cm SiO2 A2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO P2O5 MnO K2O SO2
Т1 0-6 60,23 12,79 5,58 0,98 7,9 3,2 1,27 0,35 3,05 3,76
Т2 6-12 72,49 14,09 5,11 0,69 1,84 1,31 0,31 0,12 2,11 0,97
Т3 12-20 62,33 15,73 7,46 0,65 5,12 2,01 0,77 0,39 2,28 0,69
Т4 20-25 61,37 15,93 10,59 1,03 2,67 2 0,6 0,15 2,38 1,2
Т5 24-26 67,68 14,75 8,08 0,69 1,84 1,79 0,62 0,09 2,23 0,9
CG 26-32 70,46 14,16 6,14 1,40 0,61 0,87 0,20 0,87 2,52 2,35
Физико-химические показатели почвы. Обследованный торфяно-глеезем характеризуется слабокислой реакцией среды: актуальная кислотность (рНн0) в торфяной части профиля варьирует от 5,8 (гор. Т3) до 5,5 (гор. Т4), а в минеральном горизонте CG — 5,3 рН-единицы (табл. 2). Содержание обменного И+ в значительной степени определяется содержанием органического вещества. Наибольшими показателями отличаются торфяные горизонты: в них содержание обменного Н+ варьирует от 19,6 до 26,1 мг-экв/100 г, а в минеральном горизонте CG содержание обменного Н+ составляет всего 2,61 мг-экв/100 г. В составе обменных оснований — как в торфяной части профиля, так и в минеральном горизонте CG — доминирует кальций. В верхних торфяных горизонтах содержание обменного Са варьирует от 19,6 до 40,4 мг-экв/100 г. Содержание обменного Мg в торфяных горизонтах почвы варьирует от 10,4 до 22,9 мг-экв/100 г, а в минеральном горизонте CG его содержание составляет 2,9 мг-экв/100 г.
Особенностью состава почвенно-поглощающего комплекса (ППК) торфяной части торфяно-глеезема является довольно значительная доля обменного что обусловлено
влиянием морских аэрозолей в силу близкого расположения к берегу моря.
Таблица 2 Table 2
Физико-химические показатели торфяно-глеевой почвы Physico-chemical properties of Histic Gleysol
Горизонт Horizon Глубина, см Depth, cm (pH^c) Н+ Са++ Mg++ K+ Na+
мг-экв/100 г / mg-eq/100 g
Ti 0-6 - - - - - -
Т2 6-12 5,7 19,6 19,6 10,4 0,85 4,02
Тз 12-20 5,8 26,1 40,4 22,9 1,12 6,35
Т4 20-25 5,5 26,1 32,04 16,6 0,85 6,03
Т5 25-26 - - 26,6 14,9 - -
CG 26-32 5,3 2,6 4,6 2,9 0,21 0,37
Примечание. Прочерк означает, что параметр не был определен.
Note: A dash means that the parameter was not defined.
Органическое вещество почвы. Количество и состав содержащихся в почве органических веществ тесно связаны с направлением процесса почвообразования. Распределение органического вещества в торфяной части профиля обычно обусловлено степенью разложения растительных остатков, возрастающего с глубиной, однако в данном случае распределение органического вещества обусловлено долей минеральной примеси. Наиболее высокие концентрации органического вещества определены в верхней части — горизонте Т1 (Сорг =36,6 %), который состоит из слабо разложившихся растительных остатков (рис. 2, а). Содержание Сорг в слое 6-12 см торфа резко снижается. Именно здесь морфологически фиксируется наиболее высокое содержание минеральных частиц. В средней торфяной части (горизонты Т3, Т4) содержание Сорг выше (26,1 и 26,3 % соответственно) из-за меньшей доли минеральной примеси. В нижнем торфяном горизонте Т5 содержание минеральной примеси снова увеличивается и Сорг снижается до 20,3 %. В минеральном горизонте CG на глубине 26-32 см концентрация органического вещества 1,34 %.
а б
Рис. 2. Распределение общего содержания органического углерода Сорг (а) и азота Морг (б) по профилю торфяно-глеезема, % а.с.н.
Fig. 2. Total organic carbon Corg (a) and nitrogen Norg (б) distribution in the soil profile, % of absolutely dry soil ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2018 (10) 195
Преобладающая часть почвенного азота находится в составе органического вещества, поэтому наблюдается тесная корреляция между показателями содержания в почве углерода и азота [2]. В торфяной части профиля концентрация органического азота варьирует незначительно — от 0,47 до 0,58 % (рис. 2, б). Поскольку большая часть азота сосредоточена в органическом веществе, то и распределение органического азота (Корг) носит тот же характер, что и распределение органического углерода: наиболее высокие содержания Корг отмечены в верхнем горизонте Т и в средней части органогенной части профиля, т. е. в горизонте Т3, — 0,57 и 0,58 %, соответственно. Минеральный горизонт СG обеднен органическим азотом, содержание Корг здесь составляет всего 0,16 %.
Соотношение С^ характеризует обогащенность органического вещества азотом и является важным диагностическим показателем. Эта величина в торфяных горизонтах торфяно-глеезема варьирует от 28 до 64, то есть органическое вещество характеризуется экстремально низким содержанием азота. В минеральной части профиля обогащенность органического вещества азотом значительно выше — С:К = 8.
Состав органического вещества. Характерной чертой обследованного торфяно-глеезема является высокая доля негидролизуемого остатка (НО). Распределение НО в торфяной части почвы хорошо отражает степень гумификации органического вещества, повышающееся с глубиной, при этом доля НО снижается от 79,5 % в верхней части (Т1) до около 60 % в средней части (Т1-Т4) и до 15 % в нижней части (Т5) (табл. 3). В минеральной части профиля доля НО в составе органического вещества возрастает и составляет 54,5 %, такое значение показателя здесь может быть обусловлено прочностью связи с глинистыми частицами, содержание которых в почвообразующем материале высокое.
Групповой и фракционный состав гумуса торфяно-глеезема, углерод фракции Groups and fractions of the organic matter, % of total Corg
Таблица 3 Table 3 , % от общего Сорг
Горизонт Horizon ГК1 ГК2 ГК3 1ГК ФК1а ФК1 ФК2 ФК3 1ФК НО Сгк:Сфк
Т1 1,8 0,0 1,2 3,0 1,8 2,8 3,0 2,0 9,6 79,5 0,3
Т2 3,5 0,0 2,8 6,3 5,3 2,4 11,3 7,0 26,1 59,6 0,2
Тз 5,9 0,0 3,4 9,4 2,0 3,7 8,4 8,1 22,1 62,9 0,4
Т4 8,4 0,0 1,9 10,3 3,0 6,0 5,1 9,3 23,3 60,8 0,4
Т5 13,2 0,0 2,9 16,0 3,8 9,8 25,0 19,3 57,9 15,0 0,3
CG 9,0 3,7 4,5 17,2 6,0 0,0 11,2 0,7 17,9 54,5 1,0
В обследованном торфяно-глееземе в составе гумуса фульвокислоты значительно преобладают над гуминовыми кислотами: соотношение СГК:СФК варьирует от 0,2 до 0,4. В минеральном горизонте CG соотношение СГК:СФК равно 0,97 и гумус характеризуется как гуматно-фульватный. Как и серогумусовые грубогумусные почвы в регионе [1, 2], обследованный торфяно-глеезем характеризуется низким содержанием в профиле наиболее агрессивной и подвижной фракции фульвокислот ФК1а. Среди гуминовых кислот во всем профиле преобладает свободная и связанная с подвижными соединениями железа и алюминия фракция ГК1. Среди фульвокислот в торфяной части профиля преобладают фракции, связанные с кальцием ФК2 и с устойчивыми соединениями железа и алюминия. В минеральном горизонте CG фульвокислоты представлены в основном фракцией ФК2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Переверзев В. Н. Почвы побережий фьордов острова Западный Шпицберген. Апатиты, 2012. 122 с. 2. Литвинова Т. И., Кашулина Г. М. Органическое вещество почв побережий фьордов острова Западный Шпицберген. Апатиты: КНЦ РАН, 2015. 122 с. 3. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с. 4. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с. 5. Кашулина Г. М. Геохимические особенности почв окрестностей пос. Баренцбург, Шпицберген // Комплексные исследования природы Шпицбергена: сб. материалов VI Междунар. конф. Апатиты: КНЦ РАН, 2006. Вып. 6. С. 321-330. 6. Комплексные биогеохимические исследования окружающей среды на острове Западный Шпицберген / Г. М. Кашулина [и др.] // Вестник КНЦ РАН.
2017. Вып. 4. С. 75-80.
Сведения об авторах
Литвинова Татьяна Ивановна — младший научный сотрудник Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н. А. Аврорина КНЦ РАН E-mail: lita_0409@mail.ru
Кашулина Галина Михайловна — доктор биологических наук, главный научный сотрудник Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н. А. Аврорина КНЦ РАН E-mail: galina.kashulina@gmail. com
Коробейникова Наталья Михайловна — младший научный сотрудник Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н. А. Аврорина КНЦ РАН
Author Affiliation
Tatyana I. Litvinova — Junior Researcher of Avrorin Polar-Alpine Botanical Garden and Institute of KSC RAS E-mail: lita_0409@mail.ru
Galina M. Kashulina — Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher of Avrorin Polar-Alpine Botanical Garden and
Institute of KSC RAS
E-mail: galina.kashulina@gmail. com
Natalia M. Korobeynikova — Junior Researcher of Avrorin Polar-Alpine Botanical Garden and Institute of KSC RAS Библиографическое описание статьи
Литвинова, Т. И. Морфолого-генетическая характеристика торфяно-глеезема в пойме реки Грёндален острова Западный Шпицберген / Т. И. Литвинова, Г. М. Кашулина, Н. М. Коробейникова // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2018. — № 3 (10). — С. 192-197.
Reference
Litvinova Tatyana I., Kashulina Galina M., Korobeynikova Natalia M. Histic Gleysol of the Hilly Bog at the Coastal Area of the Grenfjord, Svalbard: Morphology and Chemistry. Herald of the Kola Science Centre of the RAS,
2018, vol. 3 (10), pp. 192-197 (In Russ.).
