CC BY
59
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2007 Биология Вып. 5 (10)
Почвоведение
УДК 631.4
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОЧВЕННОГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
О. З. Ерёмченко, Н. В. Москвина, Н. В. Орлова, Р. В. Кайгородов,
О. А. Лымарь, А. Н. Власов
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Описаны основные направления почвенно-генетических исследований на биологическом факультете в 1930-2005 гг.
В 30-90-е гг. XX в. научные работы почвоведов хронность периодических колебаний, обусловлен-
Пермского государственного университета были связаны преимущественно с проблемой генезиса и сельскохозяйственного использования солонцов лесостепного Зауралья. Под руководством профессора А.И. Оборина на территории Троицкого заказника Пермского госуниверситета были организованы стационарные научные исследования. Разработаны приемы повышения плодородия луговых солонцов: безотвальная обработка, химическая мелиорация, предложена система внесения удобрений; произведен подбор наиболее перспективных сельскохозяйственных культур для освоения солонцов (Оборин, 1958, 1971, Оборин и др., 1972). В 1959 г. при участии А.И. Оборина были составлены первые рекомендации по ведению сельского хозяйства в зауральском регионе; в последующем материалы его работ использовались Г оспланом СССР.
Основным достижением проф. А.И. Оборина в области генезиса почв было создание учения о периодичности развития процессов засоления - рассоления солонцов, обусловленных многолетними колебаниями увлажненности климата и уровня минерализованных грунтовых вод. Это учение получило развитие в работах ученицы А.И. Оборина профессора О.З. Ерёмченко (1991, 1995, 1997). Многолетняя цикличность развития почвообразовательных процессов и периодичность изменений мелиоративных свойств солонцов Южного Зауралья обусловлены 20-22-летними циклами увлажненности климата. Минерализованные грунтовые воды наряду с климатом определяют направленность развития процессов засоления и рассоления в луговых солонцах. Низкий уровень грунтовых вод в экосистемах солонцовых комплексов лесостепного Зауралья отмечался в 1934-1939, 1952-1959, 19741986, 1995-1998 гг., а высокое стояние грунтовых вод - в 1940-1951, 1960-1973, 1987-1994 гг.; глубина залегания грунтовых вод по периодам изменялась в среднем на 1-2 м. В динамике минерализации грунтовых вод прослежена некоторая асин-
ная горизонтальным и вертикальным переносом солей в почвах и грунтах почвенной катены; минерализация меняется по периодам в несколько раз. Процессы засоления - рассоления в целинных солонцах развиваются асинхронно, обусловливая перераспределение водорастворимых солей в почвенном профиле. В гумусовом и солонцовом горизонтах засоление развивается после влажных многоводных, а также сухих маловодных периодов; рассолению благоприятствует средняя увлажненность климата и среднее стояние грунтовых вод. Распашка почв солонцов с разрушением солонцового горизонта изменила характер зависимости процессов от увлажненности климата и уровня грунтовых вод: засоление максимально проявляется через несколько лет после многоводных периодов, а рассоление - после маловодных периодов. В мелиорированных солонцах процессы засоления - рассоления развиваются в целом так же, как и в немелио-рированных солонцах. Были составлены математические зависимости для системы солонец - факторы среды, положенные в основу прогноза направленности развития почвообразовательных процессов. Режимообразующие факторы и направленность процессов засоления - рассоления в широком интервале и взаимосвязанно изменяют основные параметры мелиоративного состояния солонцов: степень и химизм засоления горизонтов, глубину залегания солевых горизонтов, карбонатность, долю обменного натрия в поглощающем комплексе. От колебаний параметров засоления и солонцеватости зависят родовые и видовые признаки, отраженные в генетической классификации солонцов. В динамике эффективного плодородия луговых солонцов лесостепного Зауралья проявляяется цикличность изменений, обусловленных 20-22-летними колебаниями увлажненности климата и направленностью развития процессов засоления - рассоления. Максимальная эффективность гипсования (прибавки урожая около 3 ц корм. ед./га) получена при относительно
© О. З. Ерёмченко и др., 2007
пониженной испаряемости и развитии процессов рассоления; при доминировании процессов засоления в гипсованных солонцах, особенно сульфатного химизма, прибавки урожая становятся минимальными, недостоверными. Предложена система прогноза развития процессов почвообразования на основе данных многолетней цикличности, включающая следующие этапы: 1) выявление цикличности изменений климатических условий и характера увлажненности периода; 2) определение периода водности минерализованных грунтовых вод; 3) выявление направленности развития процессов засоления-рассоления в почвах; 4) оценка эффективности агротехнических и мелиоративных приемов земледелия на ближайшие несколько лет (Ерёмченко, 1999).
У агросолонцов лесостепного и степного Зауралья отмечено формирование новых генетических свойств: повышенная изменчивость основных параметров засоления и солонцеватости в зависимости от ритмов поступления в почву тепла и влаги; значительная однородность обрабатываемых горизонтов по морфологическому строению, химическому и гранулометрическому составам; проявление признаков засоления и солонцеватости в поверхностном слое (по количеству подвижных соединений натрия, карбонатов, рН, насыщенности натрием, дисперсности частиц); высокая изменчивость химического состава подпахотных горизонтов из-за подвижности в профиле водорастворимых солей, карбонатов и гипса; снижение гумусирован-ности, особенно содержания лабильных соединений, с некоторым накоплением гумуса в подпахотных горизонтах по сравнению с целиной. В профиле агрогенно-преобразованных солонцов диагностированы изменения свойств генетических горизонтов, обусловленные характером земледельческих воздействий. Деградационные изменения физико-химических и химических свойств солонцов и снижение уровня их плодородия связаны с развитием агрогенно-индуцированных процессов засоления, карбонатизации, ощелачивания, дегумификации и водно-эрозионных процессов. Прогрессивные изменения в профиле солонцов обусловлены устойчивым развитием процессов рассоления, декарбонизации и нейтрализации щелочности (Ерёмченко,
1997, 1999).
Восстановление плодородия деградированных солонцов происходит в залежном состоянии за счет природно-естественных механизмов. В залежных солонцах лесостепного и степного Зауралья на фоне периодичности изменений содержания водорастворимых солей и насыщенности натрием развивалось направленное рассоление и рассолон-цевание по обменному натрию (Ерёмченко и др., 2004). Контроль над процессами восстановления солонцовых экосистем в залежах Южного Зауралья продолжается по настоящее время.
На территории Троицкого заказника начаты исследования закономерностей формирования совре-
менного уровня содержания тяжелых металлов. Повышенное количество тяжелых металлов в почвах заказника в значительной степени связано с химизмом почвообразующих пород. Кроме того, накопление РЬ, Си, 2п, Мп, Sr в поверхностном слое почв, по сравнению с нижележащими горизонтами и материнской породой, свидетельствует о загрязнении этими элементами воздушной среды в зауральском регионе. Обнаружена также повышенная аккумуляция поллютантов в верхнем слое солонцовых почв пониженной равнины вследствие их перераспределения по элементам рельефа.
В конце XX в. получили развитие исследования, связанные с антропогенной трансформацией почвенного покрова в регионе. Многообразие форм деятельности человека обусловливает разнообразие изменений в профиле и свойствах почв. Антропогенные факторы могут индуцировать развитие новых почвообразовательных процессов, вести к деградации и полному уничтожению почв. В техногенных ландшафтах роль почв выполняют поверхностные почвоподобные образования, которые, несмотря на глубокую трансформацию, остаются биокосными многофазными системами, состоящими из твёрдой, жидкой и газообразной фаз с непременным участием живой фазы. Они выполняют определённые экологические функции, в первую очередь, они пригодны для произрастания растений, способны сорбировать в толще загрязняющие вещества и удерживать их от проникновения в грунтовые воды, а также от поступления пыли в воздух.
Современные направления почвенно-генетических исследований на кафедре физиологии растений и микроорганизмов связаны с наиболее масштабными техногенными факторами: селитебными, индустриальными и водно-мелиоративными.
Первое направление - изучение процессов формирования свойств почв и техногенных поверхностных образований (ТПО) на территории городов и поселков Пермского края. В формировании почвенного покрова селитебных ландшафтов проявляются некоторые общие закономерности: уничтожаются природные почвы, перемешиваются грунты, почвы загрязняются органическими и минеральными веществами, в их состав включается много бытового и строительного мусора и др. В то же время специфика почв и ТПО зависит от региональной направленности процессов почвообразования, истории и возраста формирования селитебного ландшафта, местных форм современной техногенной деятельности человека. Почвы приобретают новый комплекс свойств и режимов, от которого зависит их способность к выполнению экологических функций.
Города таежно-лесной зоны Прикамья (Пермь, Соликамск, Березники) расположены на холмистоувалистой эрозионной равнине и песчаных террасах р. Камы. В почвенном покрове преобладали подзолистые суглинистые и супесчаные почвы. Дерново-
карбонатные и дерново-бурые глинистые почвы располагались на участках с максимальной крутизной и имели небольшие ареалы (Коротаев, 1962; Скрябина, 1998).
В многоэтажных районах городов, застроенных в 30-60 гг. ХХ столетия, почвенный покров был трансформирован в связи с выравниванием склонов, засыпкой логов и долин малых рек, разнообразным строительством. В настоящее время в профиле городских почв и ТПО редко встречаются органогенные и гумусовые, а также подзолистые горизонты. Сохранившиеся иллювиальные горизонты почв и материнские породы (пески древнеаллювиального происхождения и элювиальноделювиальные суглинки) перемешаны с привезенными грунтами, бытовым и строительным мусором.
На местах, не затронутых строительством в последние десятилетия, в профиле городских почв образовались маломощные гумусовые горизонты. На клумбах и газонах для повышения плодородия поверхность почв покрывается 5-10-сантиметровым слоем смеси низинного торфа с песком.
Выделенные почвенные разности с территории жилых районов города были соотнесены с классификацией, разработанной М.Н. Строгановой и др. (Почва, ..., 1997) для городских почв таежнолесной зоны (на примере г. Москвы). К блоку естественно-антропогенных почв, классу поверхностно-преобразованных были отнесены урбо-дерно-во-подзолистые и урбо-дерново-карбонатные почвы, сохранившие диагностические горизонты, но включающие много мусора и характеризующиеся повышенным уплотнением. Кроме того, в этот же класс включены погребенные почвы, сохранившие генетические горизонты, но покрытые с поверхности суглинистыми или песчаными грунтами. Блок естественно-антропогенных почв относительно слабо представлен в почвенном покрове, поскольку, как правило, преобразование затрагивает большую часть профиля.
Блок антропогенно-преобразованных почв, класс антропоземы, тип урбаноземы представлен собственно урбаноземами и экраноземами. Собственно урбаноземы обладают профилем, состоящим из минерально-гумусового субстрата разной мощности и качества с примесью городского мусора, и характеризуются отсутствием генетических горизонтов. Экраноземы залегают под асфальтобетонным покрытием.
К блоку техногенных поверхностных образований, классу техноземы, типу почвогрунты, подтипу реплантоземы отнесли почвоподобные тела, сформированные на рекультивируемых после строительства территориях и покрытые с поверхности слоем торфокомпоста.
О частоте встречаемости основных подтипов городских почв можно судить по материалам съемки территории (масштаб 1:5000) одного из районов г. Перми. Урбопочвы и культуроземы не занимали значительных площадей, и выделить их
контуры при съемке практически было невозможно. Грунты под зданиями занимали 17% площади. Преобладали в почвенном покрове района собственно урбаноземы (около 60%) с разной степенью включения строительного и бытового мусора и перемешивания грунтов. Примерно в равной степени представлены экраноземы, закрытые асфальтобетоном (14%), и реплантоземы на газонах с маломощными органогенно-гумусовыми горизонтами (10%) (Ерёмченко, Москвина, 2005). В районах одноэтажной частной застройки городов, на территории поселков значительные площади занимают агроподзолистые почвы с гумусовыми горизонтами повышенной мощности.
Городские почвы и ТПО, несмотря на перемешивание грунтов и создание насыпных слоев, наследовали природную закономерность в дифференциации гранулометрического состава. Почвы и ТПО молодых террас р. Камы имели, как правило, более легкий (песчаный, супесчаный) состав. На водоразделах и коренных склонах речной долины преобладали городские почвы и ТПО преимущественно суглинистого состава. Кроме того, в почвенном профиле встречались слои, резко отличающиеся по гранулометрическому составу, образовавшиеся за счет привезенных грунтов при устройстве поверхности.
Почвы и ТПО жилых районов наиболее часто характеризуются слабощелочной, реже - сильнощелочной (рН>8.5) реакцией почвенного раствора. Нейтральной реакцией (рН=6-7) отличались преимущественно свежие органоминеральные слои на поверхности реплантоземов, некоторые подповерхностные горизонты урбопочв и культурозе-мов. В большинстве разрезов щелочная среда почвенных растворов достигает глубины не менее метра. Как правило, отсутствовала гидролитическая форма кислотности.
Преобладающая часть почв показала реакцию на присутствие карбонатов - «вскипание» от соляной кислоты. Содержание карбонатов в почвенном мелкоземе колеблется в пределах от 1 до 4% и выше. Карбонаты представлены солями кальция и магния, их количество, извлекаемое 0.02-нормаль-ной солянокислой вытяжкой, достигало 100-200 мг-экв/100 почвы. Окарбоначивание и щелочная реакция почв в городах Пермской области связаны с повсеместным использованием карбонатного щебня при укладке дорог, засыпке строительных площадок.
Гумус считают главным показателем плодородия почвы, поскольку в нем сосредоточено до 9599% всех запасов азота, значительная часть фосфора и серы, а также калий, кальций, магний, железо, многие микроэлементы. При минерализации гумуса эти элементы переходят в формы, доступные для питания растений и микроорганизмов. От уровня содержания и состава гумусовых веществ зависит связывание (понижение доступности) токсичных соединений многих ТМ, органических
загрязнителей. Городские почвы наследуют часть гумуса от природных почв, кроме того, процесс гумусообразования идет непосредственно в городской среде при участии живых организмов (растений, животных, микроорганизмов). Человек привносит в почвы города органогенные вещества: торф, навоз, органические загрязнители, сажу, которые со временем могут трансформироваться биотой в гумус. Содержание валового органического углерода в поверхностных горизонтах почв и ТПО городов Пермь, Березники, Соликамск колеблется в очень широких пределах. Урбо-дерно-во-подзолистые почвы наследовали не более 2-3% углерода гумуса. Под асфальтобетоном в экрано-земах количество органического углерода составляло 0.5-2%. Минимальным количеством органического углерода (менее 1%) характеризовались собственно урбаноземы. В городских почвах со сложными профилями и погребенными горизонтами присутствовал общий углерод - несколько максимумов, либо гумусовые горизонты залегали под минеральными слоями.
«Молодые» реплантоземы имели черные, рыхлые органогенные слои, содержащие от 10 до 16% валового органического углерода; мощность их редко превышала 10 см. С «возрастом» окраска и мощность органогенного слоя изменялись; он становился бурым, уплотненным, образовалась дернина слоем до 2-3 см; содержание органического углерода снижалось до 2-6%.
Физико-химическая поглотительная способность почв имеет большое значение как фактор, удерживающий в почве минеральные удобрения, органические и неорганические загрязнители. В органо-минеральных горизонтах реплантоземов емкость катионного обмена составляла до 60-85 мг-экв/100 г почвы, в минеральных суглинистых слоях она находилась в пределах 20-30 мг-экв/100 г, а в супесчаных почвах и слоях - менее 20 мг-экв/100 г почвы.
В почвах и ТПО городов наряду с высокой изменчивостью содержания питательных элементов, в том числе азота, отмечается и увеличение их запасов. В районах многоэтажной застройки городов Пермской области валовое содержание азота в верхних горизонтах почв и ТПО составляло преимущественно 0.10-0.20 %, лишь в реплантоземах увеличивалось до 0.24-0.46%. В погребенных горизонтах содержание валового азота достигало второго максимума - 0.11-0.39 %.
Изучение доступности для растений элементов питания показало, что городские почвы и ТПО обеспечены подвижными формами калия; обогащение калием идет за счет антигололедных солей, строительных материалов, бытовых отходов. Содержание валового фосфора невысокое, но на этом фоне может иметь место относительно повышенное содержание подвижного фосфора, возможно обусловленное фосфорорганическими загрязнителями (детергенты).
В зимний период для борьбы с гололедом на дорогах региона применяются галитовые отходы. Наибольшее количество солей реплантоземы придорожных полос г. Перми содержали в весенний период, при этом количество хлоридов не превышало 0.8 мг-экв/100 г почвы. Наибольшее количество обменного натрия в придорожных реплантозе-мах достигало 1.4 мг-экв/100 г почвы и в среднем составляло 0.6-0.8 мг-экв/100 г. Реплантоземы возле дорог отличались от реплантоземов, расположенных во дворах, более высокой величиной рН.
Количество микроэлементов в почвах определяется, прежде всего, их содержанием в исходной почвообразующей породе, кроме того, под влиянием почвообразующего процесса происходит их дальнейшее перераспределение. В Пермском крае почвообразующие суглинистые и глинистые породы элювиально-делювиального происхождения содержат больше Сг (приблизительно в 1.5-2.0 раза), Мп (1.5-2.0 раза), 2г (1.5 раза), но меньше Sr (2.5 раза), Ве (2-3 раза), Sn (2.5-5 раз), V и № (1.31.6 раза) чем кларки осадочных пород (по Виноградову). Древнеаллювиальные пески молодых террас р. Камы характеризуются значительно меньшими запасами микроэлементов, чем элювиально-делювиальные суглинки и глины.
В содержании микроэлементов почв и ТПО жилых районов исследуемых городов прослежена высокая степень изменчивости. Так, установлено, что в поверхностных слоях количество № колебалось в интервале от 30 до 300 мг/кг; преобладали почвы с содержанием № 30-100 мг/кг (около 80%). Количество Сг в почвах жилой зоны изменялось от 20 до 700 мг/кг; чаще встречались почвы с содержанием Сг 150-280 мг/кг. Особенно сильно колебалось содержание РЬ - от 6 до 1500 мг/кг; преобладали почвы и ТПО с количеством РЬ 6-70 мг/кг (около 90%) и т.д. В суглинистых пробах из почв и ТПО по сравнению с супесчаными в среднем повышено количество всех исследуемых микроэлементов, за исключением Sr.
На фоне высокой изменчивости микроэлемент-ного состава почвенного покрова жилых районов городов, обусловленной различиями в химизме “почвообразующих” грунтов, в г. Перми проявилась тенденция к техногенному загрязнению РЬ, 2п, Си, Sn, в городах Березники и Соликамск - РЬ и 2п (Еремченко, Москвина, 2004). Органо-ми-неральные слои реплантоземов обогащались Мп и Т за счет применения торфокомпоста. Если в минеральных горизонтах почв и ТПО содержание Мп составляло около 600-1000 мг/кг, а Т - 40004500 мг/кг почвы, то в верхнем слое репланто-земов их количество возрастало до 1500-2000 и 5000-10000 мг/кг соответственно. Накопление Мп в торфе является результатом болотного почвообразования; Т^ по-видимому, попадает в торфокомпост с минеральным компонентом (в регионе перерабатывается титановая руда). Высокий уровень содержания хрома является фоновым для
территории таежно-лесной зоны Прикамья, так как он наследуется от почвообразующих пород.
Второе направление почвенно-генетических исследований в регионе - изучение деградации почвенного покрова на территории промышленных зон, связанной с механическим разрушением почв и химическим загрязнением. На территории Пермского края специфическим загрязнителем являются солевые отходы Соликамско-Березни-ковского экономического района. На Верхнекамском месторождении солей ведется добыча минерального сырья для получения калийных удобрений, технической и пищевой соли, для магниевого производства. Солевые отвалы ежегодно занимают более 20-25 га. Основной компонент отходов -галит (NaCl 90.55-94.54%, KCl 3.2-7.34%, MgCl2 0.07-0.08%, CaSO4 1.34-1.48 %).
При организации площадок для складирования отходов производилось выравнивание поверхности, отсыпка водоотводных ложбин, перемешивание грунтов; в результате были уничтожены природные почвы и на поверхности сформировались ТПО, выполняющие функции почв. Исследованные ТПО зоны солеотвалов городов Соликамск и Березники были отнесены к группе натурфабрика-тов (Классификация почв...., 2000). Они включали абралиты, представляющие собой вскрытый минеральный материал суглинистого или супесчаного состава, лишенный гумусированного слоя, литост-раты - насыпные, перемешанные минеральные грунты на выровненной грунтовой площадке, созданной для солеотвала, органостраты, состоящие из низинного торфа, и органолитостраты - из перемещенных торфоминеральных грунтов.
Содержание органического вещества в минеральных ТПО низкое - 0.5-1% гумуса, органоли-тостраты отличаются присутствием торфа, количество которого колеблется от 2 до 50%. У минеральных ТПО емкость катионного обмена зависит от гранулометрического состава: у суглинистых она составляла 20-25 мг-экв/100 г, у супесчаных уменьшалась до 13-15 мг-экв/100 г почвы.
Реакция почвенного раствора минеральных ТПО колеблется от нейтральной (рН=6) до щелочной (до рН=8.7). В торфяных слоях органолитост-ратов проявляется кислотность (3.9-6.7 рН).
Засоленность ТПО сопровождается вхождением натрия в почвенно-поглощающий комплекс. Количество обменного натрия варьирует в широких пределах и зависит от уровня засоленности; при низком засолении его количество составляет 1-2 мг-экв/100 г, а при высоком - достигает 10-15 мг-экв/100 г почвы.
Обеспеченность ТПО доступным для растений калием высокая, а обеспеченность доступным фосфором низкая.
Отходы горной промышленности зачастую существенно влияют на уровень химического загрязнения ландшафтов. Изучение микроэлемент-ного состава ТПО возле солеотвалов г. Соликам-
ска показало, что в поверхностном слое ТПО наблюдается повышенное содержание Cu, Mn, Pb, V, Sr, Ni, Co, Ba (в 1.2-2.5 раза) по сравнению с их содержанием в дерново-подзолистой почве. Повышенное количество указанных тяжелых металлов содержится и в нерастворимом остатке солевых отходов, которые участвуют в формировании микроэлементного состава ТПО. Количество Zn, Cr, Sn и Ti в минеральных ТПО ниже уровня их содержания в природной почве.
От устройства площадки для складирования солеотвалов зависит степень засоления и радиус воздействия солей на корнеобитаемые горизонты ТПО. При хорошем оттоке соленых поверхностных и грунтовых вод влияние засоления минимально. Высоким и средним засолением преимущественно характеризуются ТПО, находящиеся на расстоянии около 1-5 м от солеотвалов. ТПО, расположенные в радиусе нескольких десятков метров, были преимущественно не засолены, реже имели слабую или среднюю засоленность хлоридами натрия. При отсутствии водостоков от соле-отвалов значительное засоление распространяется на всю территорию разлива соленых вод.
Свойства ТПО определяют разнообразие и продуктивность растительности, произрастающей возле солеотвалов. С другой стороны, под влиянием растительности улучшаются свойства почвог-рунтов (накапливаются гумус, питательные элементы, формируется структура и др.), происходит биологическая рекультивации техногенных территорий. При устройстве территории для солеотва-лов растительность большей частью была уничтожена, в настоящее время здесь сформировались сообщества синантропных видов растений. Растительные сообщества, произрастающие в условиях устойчивого повышенного засоления ТПО, характеризуются низким проективным покрытием (1030%) и низким видовым разнообразием (не более 10 видов). Характерными видами являлись Pucci-nellia distans, Lactuca tatarica, Lepidium latifolium, Chenopodium glaucum, кроме того, встречаются злаки (Agropyron repens, Calamagrostis epigeios), другие маревые (Atriplex patula, A. сalotheca), представители разнотравья (Leucanthemum vulgare, Artemisia vulgaris, Hieracium umbellatum). Таким образом, к условиям техногенного засоления приспособились преимущественно синантропные, адвентивные растения, в данном регионе они произрастают у дорог, жилья, в посевах сельскохозяйственных растений. Некоторые из них (Puccinellia distans, Lactuca tatarica, Chenopodium glaucum, Atriplex patula) характеризуются эффективными механизмами солеустойчивости, так как обитают в солонцовых и солончаковых экосистемах лесостепного Зауралья.
ТПО с низким и неустойчивым засолением занимали рудеральные сообщества с преобладанием многолетних злаков (Calamagrostis epigeios, Bro-mopsis inermis, Agropyron repens, Phleum pratense,
Anthoxanthum odoratum) и элементами разнотравья (Lathyrus pratensis, Leucanthemum vulgare, Matricaria recutita, Melilotus albus, Trifolium repens, Rumex confertus, Hieracium umbellatum), представляющие собой предшествующую лугам стадию восстановительных сукцессий.
Третье направление почвенно-генетических исследований связано с изучением массового подтопления и заболачивания почв в прибрежных зонах водохранилищ Пермского края. Камское водохранилище, созданное в 1956 г., затопило аллювиальные и болотные почвы 1-й и 2-й террас р. Камы. Почвы 3-й террасы оказались преимущественно в условиях подтопления (Крюгер, Лютин, 1936). Ширина зоны подтопления с глубиной залегания грунтовых вод не более 1.5-2 м в среднем составляет 500-800 м и определяется в основном подпором подземных вод и водоподъемной способностью почвогрунтов. Здесь наиболее отчетливо выражены изменения в растительном покрове - отмирание древесной и формирование болотной растительности. Ширина зоны подтопления с уровнем грунтовых вод менее 2 м - от 600 до 1000 м и более (Ма-тарзин и др., 1981). В нижнем течении притоков р. Камы (Косьва, Обва, Иньва, Пож, Нижний Лух и др.) были затоплены поймы с аллювиальными лугами и почвами. По берегам образовавшихся заливов в аллювиальных и гидроморфных условиях оказались подзолистые почвы. Так, подъем грунтовых вод в долинах рек Н. Лух и Висим привел к заболачиванию супесчаных подзолов и подзолистых почв, современная их площадь составляет около 4000 га; 7000 га таких почв находится в долинах соответствующих рек (Ерёмченко, 2002).
По классическим представлениям, процесс заболачивания почв проявляется в виде оглеения и торфообразования (Зайдельман, 1998). Исследовалась трансформация свойств подтопленных подзолистых супесчаных и суглинистых почв на берегах заливов по рекам Н. Лух, Чусовая и Пожва. В гид-роморфных условиях (при уровне грунтовых вод менее 1 м) сформировались почвы с признаками дерново-грунтово-глееватой и лугово-болотной оглеенной. У дерново-грунтово-глееватых почв несколько увеличилась мощность гумусового горизонта по сравнению с таковым у автоморфных подзолистых почв. Признаки оподзоливания почти не выражены в морфологических признаках профиля супесчаных почв, у суглинистых почв могли присутствовать морфологические признаки слабого оподзоливания. В лугово-болотных почвах под оглеенным гумусовым горизонтом мощностью 1020 см расположен переходный оглеенный горизонт пестрой сизо-светло-коричневой окраски, сильно-обводненный. Накопление гумуса в гидроморфных почвах обусловлено не только усилением дернового почвообразовательного процесса под травами, но и закономерными изменениями гумусонакопления при смене гидрологического режима. В глеевой среде резко тормозится процесс минерализации и
идет накопление органических веществ (Зайдель-ман, 1998).
У подтопленных почв отмечено заметное снижение всех показателей кислотности и повышение степени насыщенности основаниями. Уменьшение кислотности связано со снижением интенсивности элювиальных процессов и поступлением кальция из грунтовых вод. Определенное значение в этом плане имеет также смена типа растительности (лесной на луговую).
В зоне подтопления с уровнем грунтовых вод более 2 м (застойно-промывной водный режим) в дерново-подзолистых суглинистых почвах отмечено усиление процессов оподзоливания: подзолистый горизонт характеризуется белесо-серой окраской и непрочно-пластинчато-пылеватой структурой, возросла его мощность по сравнению с мощностью слоя в автоморфной дерново-подзолистой почве. Одновременно появился мощный подзолисто-иллювиальный горизонт с обильной белесой кремнеземистой присыпкой на ореховатых отдельностях. Если почва водораздела диагностирована как дерново-неглубокоподзолистая, в условиях застойно-промывного режима она приобрела признаки дерново-глубокоподзолистой почвы.
Вторичная эволюция почв на фоне застойнопромывного режима непременно завершается формированием профилей со светлыми кислыми элювиальными горизонтами, обладающими низким плодородием (Структурно-функциональная роль..., 2003). Модельными и натурными исследованиями выявлено, что возникновение застойнопромывного режима является причиной глубоких деградационных изменений и усиления признаков подзолообразования (Зайдельман, 1998). По-видимому, в зоне подтопления Камским водохранилищем периодически возникающий анаэробис способствовал развитию элювиально-глеевых процессов и увеличению мощности светлого элювиального горизонта в дерново-подзолистых почвах. В.И. Каменщиковой и др. (2002) также установлено увеличение мощности оподзоленных горизонтов подтопленных дерново-подзолистых почв 3-й камской террасы.
По Ф.Р. Зайдельману (1998), в условиях застойно-промывного режима при усилении элюви-ально-глеевых процессов резко снижается рН, уменьшаются содержание поглощенных кальция, магния, степень насыщенности основаниями, содержание илистой фракции, возрастают гидролитическая кислотность и подвижность алюминия. В дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почвах, оказавшихся в условиях застойно-промывных режимов, возросла величина актуальной и потенциальной кислотности в иллювиальных горизонтах по сравнению с кислотностью зональной почвы. Значительное повышение гидролитической кислотности прослежено также в дерновоподзолистых почвах зоны подтопления на право-
бережье Камского водохранилища (Каменщикова и др., 2002).
Периодическое подтопление привело к снижению емкости катионного обмена у дерновоподзолистых суглинистых почв по сравнению с емкостью такого обмена у зональной почвы водораздела. Подобное разрушение поглощающего комплекса почв - одно из проявлений подзолистого почвообразовательного процесса, оно связано с кислотным гидролизом тонкодисперсных частиц в верхней части профиля почвы и выносом продуктов разрушения в нижележащие горизонты или грунтовые воды. В профиле дерново-глубокоподзолистой почвы при застойно-промывном режиме возросла мощность элювиального горизонта с низким содержанием ила, по-видимому, с этим связано увеличение содержания илистой фракции в нижних горизонтах (более чем на 40%) по сравнению с его содержанием в почве водораздела. Подобная закономерность в изменении емкости поглощения и гранулометрического состава дерново-подзолистых почв зоны подтопления была отмечена в работе В.И. Каменщиковой и др. (2002).
Изучение почв и почвенного покрова Пермского края вносит определенный вклад в решение проблем генетического почвоведения и прикладной экологии.
Список литературы
Ерёмченко О.З. Динамика почвенно-мелиоративных свойств солонцов Зауралья // Почвоведение. 1991. № 2. С. 89-98.
Ерёмченко О.З. Природно-антропогенные изменения солонцов в Южном Зауралье. Пермь, 1997. 317 с.
Ерёмченко О.З. Природно-антропогенная эволюция солонцов: Автореф. дис...д-ра биол. наук. Новосибирск, 1999. 32 с.
Ерёмченко О.З. Эволюция почв в зоне подтопления Камского водохранилища // Вопросы фи-
зической географии и экологии Урала: Межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 2002. С.50-56.
Ерёмченко О.З., Москвина Н.В. Свойства почв и техногенных поверхностных образований в районах многоэтажной застройки г. Перми // Почвоведение. 2005. № 7. С. 782-789.
Ерёмченко О.З., Орлова Н.В., Кайгородов Р.В. Динамика процессов восстановления залежных солонцовых экосистем Южного Зауралья // Экология. 2004. № 2. С. 99-106.
Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.: Изд-во МГУ,
1998. С. 86-125.
Каменщикова В.И., Назаров Н.Н., Кувшинская Л.В., Каменщикова Н.Ю. Трансформация свойств дерново-подзолистых почв, находящихся в зоне подтопления Камского водохранилища// Вопросы физической географии и геоэкологии Урала: Межвуз. сб. науч. тр., Пермь, 2002. С. 57-62.
Классификация почв России. М., 2000. 236 с.
Коротаев Н.Я. Почвы Пермской области. Пермь: Кн. изд-во, 1962. 225 с.
Крюгер В.А., Лютин А.А. Почвенно-геоботани-ческие исследования в долине р. Камы и ее притоков в связи с постройкой Левшинской плотины // Изв. Биол. НИИ при Перм. ун-те. 1936. Т. 10, вып. 9-10. С. 417-453.
Матарзин Ю.М., Богословский Б.Б., Мацкевич И.К. Формирование водохранилищ и их влияние на природу и хозяйства: Учеб. пособие. Пермь, 1981. 96 с.
Почва, город, экология. М., 1997. 320 с.
Скрябина О.А. Почвы надпойменных террас реки Камы в пределах Краснокамского района Пермской области // Вопросы физич. географии и геоэкологии Урала; Межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 1998. С. 56-69.
Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. М.: Наука, 2003.
Поступила в редакцию 04.05.2006
The basic directions of soil - genetic researches
O.Z. Eremchenco, N.V. Moskvina, N.V. Orlova, R.W. Kaygorodov, O.A. Lymar, A.N. Vlasov The basic directions of soil - genetic researches at biological faculty in 1930-2005 are described.
