ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА СОПРЯЖЕННЫХ ПОЧВ НИЗКОГОРИЙ В ПОДЗОНЕ СУХОЙ СТЕПИ (ЕРЕЙМЕНТАУ, КАЗАХСТАН) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 631.4

DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1090-1097

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА СОПРЯЖЕННЫХ ПОЧВ НИЗКОГОРИЙ В ПОДЗОНЕ СУХОЙ СТЕПИ (ЕРЕЙМЕНТАУ, КАЗАХСТАН)

FEATURES OF FORMATION AND SOME PROPERTIES OF CONNECTED SOILS OF LOW MOUNTAINS IN THE DRY STEPPE SUBZONE

(EREYMENTAU, KAZAKHSTAN)

Родикова А.В.

Rodikova A.V.

Томский государственный университет, Томск, Россия Tomsk State University, Tomsk, Russia

E-mail: rodikovaav@mail.ru

Аннотация. На примере зональной катены рассмотрены особенности формирования, морфология и некоторые свойства почв северной оконечности Ерейментауского низкогорного массива. Сопряженный ряд включает в себя неполноразвитый чернозем, луговато-черноземную и торфяно-глеевую почвы. Отмечено, что подобный вариант зональной катены не является единственным для исследуемой территории, но уникален в связи с формированием почв тальвега под реликтовым лесом и под сильным влиянием на гетерономные позиции внутрипочвенного стока, который выклинивается на поверхность ключами. Почвы тальвега, таким образом, обильно увлажнены, формируются под нехарактерной для зоны степей растительностью, что определяет особенности их свойств: сильнокислую реакцию среды и оторфованность верхнего горизонта, отсутствие карбонатов.

Ключевые слова: степные почвы, морфология, сопряжение, свойства почв.

Abstract. Using the example of a zonal catena, the formation features, morphology and some properties of soils at the northern part of the Ereymentau low-mountain massif are considered. The conjugate series includes underdeveloped chernozem, meadow-chernozem and peat-gley soils. It is noted that this variant of the zonal catena is not the only one for the study area, but is special in connection with the formation of thalweg soils under relict forest and under the strong influence on of intrasoil runoff, which wedges out to the surface. The thalweg soils are thus abundantly moist and are formed under vegetation uncharacteristic for the steppe zone, which determines the peculiarities of their properties: a strongly acidic reaction of the horizonts and peaty upper horizon, the absence of carbonates.

Key words: steppe soils, morphology, conjugation, soil properties.

Введение. Степные почвы Центрального Казахстана изучены достаточно хорошо, опубликовано множество работ, посвященных объектам целины, активно осваиваемой в середине прошлого века. Однако, основное внимание авторами уделялось массивам, активно вовлекаемым в сельскохозяйственное использование, при этом «неудобные» земли контрастных форм рельефа затронуты, как правило, вскользь [1-3]. На исследуемой территории Ерейментауского низкогорного массива (син. - горы Ерментау [4], Нияз-Ерментау [3]) кроме горных вариантов черноземов особый интерес для изучения представляют почвы небольших островков реликтовых бореальных лесов - черноольшаников (син. - ольсов, ольховников). Они встречаются небольшими участками в значительном отрыве от основного ареала черной ольхи. В литературе опубликованы сведения о подобных природных системах для Баянаульского горнолесного массива, где они наиболее обильны [5], горы Ерейментау при этом не затронуты описанием. Формирование почв под ольсами происходит при условии постоянного избыточного увлажнения, что связано с выклиниванием на поверхность пресных водоносных слоев, стекающих с возвышенностей и питающих ключи круглогодично. Ареал распространения влаги внутрипочвенного стока при этом затрагивает не только земли, окружающие родники, но и примыкающие к подчиненным позициям участки, что актуализирует изучение почв в их естественном сопряжении.

Горы Ерейментау в целом, и в том числе изучаемая территория, относятся к Экибастуз-Карагандинской провинции, которая занимает северо-восточную часть Центральноказахстанской физико-географической страны. Возвышенность образует орографический барьер на пути западного переноса воздушных масс, в результате чего

формируются ландшафты низкогорного черноземно-степного высотного пояса в подзоне сухой степи [3].

Климат по ст. Ерейментау, согласно данным агрометеорологического справочника [6], континентальный слабо влажный и умеренно теплый (индекс Горчинского =54,2; годовой размах температур 34,3°С, К=0,8-1,0; Еш=23580С). Среднегодовое количество осадков около 380 мм с максимальными значениями с мая по июль. Часты ветра. Метели по ст. Ерейментау случаются более 39 суток в год, до 68; пыльные бури от 12 до 6 суток в год. Средняя месячная скорость ветра в январе-феврале около 6,7 м/с, среднегодовая - 5,1 м/с; максимальная скорость ветра 28 м/с и при порывах до 34 м/с, что способствует процессам латерального перераспределения снежных масс и мелкозема, образуя локальные участки их выдувания и аккумуляции. Средняя месячная температура января -14,4°С, июля +19,9 °С, годовая +3°С. Средняя высота снежного покрова в январе-феврале составляет 26-34 см. Глубина промерзания почвы - от 40-50 см до 1,52,0 м. В связи с малым количеством осадков зимой, а также в засушливые годы процессы замерзания-оттаивания и иссушения приводят к образованию достаточно крупных трещин (рисунок 1).

Рисунок 1. Трещины дневного горизонта степных почв, окрестности г. Ерейментау, июль 2023 г. (Фото А.В. Родиковой).

Неоднократные перераспределения суши и моря, изменения климата, интенсивная вулканическая деятельность обусловили большое разнообразие пород по генезису и петрографическому составу, служащих в качестве материнского субстрата. В целом, в пределах Экибастуз-Карагандинской провинции преобладает маломощная известковисто-обломочная кора выветривания, и лишь у подножия гор местами сформированы облессованные суглинистые и защебненные шлейфы [3].

Объекты и методы. Для понимания генезиса почв зонального сопряжения, и, в особой степени интересных, - почв ольховников, сформированных в подчиненных позициях рельефа, необходимо рассматривать их в связке с почвами транзитных и элювиальных ландшафтов. Объектами исследования послужили находящиеся в сопряжении: торфяно-болотная низинная (торфяно-глеезем) (разрез 1), луговато-черноземная (чернозем глинисто-иллювиальный) (разрез 2) и неполноразвитый чернозем (литозем темногумусовый) (разрез 3), заложенные на территории северной оконечности Ерейментауского горного массива, от аккумулятивной позиции (тальвег, заросший черноольховым лесом) до вершины небольшого водораздела (рисунки 2, 3). Названия почвам даны согласно классификациям 1977 и 2004 года, используемым на территории РФ.

/

) 1_еа11е( | Мар йа!а &

а

625 м

607 м

58дм

572 м

520 м

503 м

487 М

471 м

455 м

440 м

* 425 М

410 и

396 м

382 м

357 м

345 м

335 м

325 М

318 м

(^хтляшяг яг, Ч. _

. 'ШШ ' ! ' . Г !

'Л . ТАШШШ

' I «Наде .' 2023-СЕ^5 / АгЬи5. » ' ; \

^ ^2023 Махай ТесипсГод.ег,, ЙЛ ■ "■>

|Л1адеЮ2023АгЬи5

.....N ЩЩ ' ЩШЯЩЩкя^

Яг?5:?0??лИЬ51 '38ЧД.1 УС 73"СЬ»,46.21 В Высота над уровнем моря: 416 н обзор с-4вьсоты 15.08 им

б

Рисунок 2. Примерное местоположение изучаемой территории на фрагментах карты высот (а) и спутникового снимка (б) [7, 8] (стрелкой обозначено примерное месторасположение изучаемой территории).

Рисунок 3. Исследуемые объекты на геоморфологическом профиле.

Полевое изучение и описание объектов произведено согласно классическим приемам и методическим руководствам, принятым в РФ [9]. Почвы исследовались согласно общепринятым в почвоведении методам и методикам [10-13]. Общее содержание гумуса - методом мокрого сжигания по Тюрину. Потеря при прокаливании - нагреванием почвы до 900°С. Определение рН водной и солевой вытяжки выполнено потенциометрическим методом с помощью рН-метра 8ауепМиШ при отношении почвы к раствору 1:2,5 для минеральных и 1:25 для торфяных горизонтов почв. Определение карбонатов - методом Шейблера. Гранулометрический состав определен методом пипетки с предварительным разрушением солей угольной кислоты в карбонатных почвах (по Качинскому), и с использованием в качестве пептизатора пирофосфата - в некарбонатной. Обменные катионы - комплексонометрическим методом Тюрина.

Результаты и обсуждение. Вариант зональной катены изучаемой территории не единственный, но достаточно уникален и состоит из ряда почв, начинающегося с вершины небольшого водораздела и заканчивающегося на линии тальвега. Как правило, в степях по тальвегам формируются луговые почвы, лугово-черноземные, стратифицированные [14]. В изучаемом же сопряжении присутствуют степные почвы условно автономной и транзитной позиций и почвы, аккумулятивного ландшафта, формирующиеся под реликтовой

растительностью, не характерной для окружающих пространств. Подобная связь определяет генетическую общность описываемых природных систем и одновременно делает их особенными в их единстве. Если степные варианты почв традиционно можно отнести к черноземным, то торфяно-глеевая, постоянно подпитывающаяся выклинивающимися пресными водами, стекающими с гор, отмыта от карбонатов, имеет кислую реакцию среды и оторфована. Однако есть и общие элементы морфологического облика между этими объектами: например, это прослеживается в наличии схожего делювиального материала глубинных горизонтов второго и третьего разрезов: по окраске, по наличию и обилию литоморфов (см. описание профилей далее). Как и любые горные почвы все три характеризуются небольшой мощностью и значительным содержанием грубообломочного материала.

С описанием профилей, особенностями их морфологии и некоторых свойств можно ознакомиться в материале, представленном далее.

Торфяно-болотная низинная (торфяно-глеезем) (разрез 1) (рисунок 4)

Координаты С 51°31'0" В 73°7'27''

Тальвег. Лесной массив. Неподалеку от разреза выклинивается пресноводный родник.

Глубина разреза около 145 см.

Мощность органогенного горизонта около 87 см.

Особенности: Бескарбонатная. Верхняя часть профиля оторфована, нижняя -минеральная, оглеена, липкая, пластичная, бесструктурная, подстилается ярко рыжим делювием, в котором содержится значительное количество литоморфов обломочного характера.

Капиллярная кайма с (30) 40-50 см. Разрез постепенно заполняется водой, близко грунтовые воды.

Растительность. Древесная: ольховый лес (чёрная ольха) с примесью березы и осины по периферии. Диаметр стволов около 30-40 см. Сомкнутость крон около 70-80%. Редко встречается черемуха. Лес сумрачный, влажный и прохладный (по сравнению с березовыми колками). При переходе от леса к степи - полоса кустарников (ширина около 3 м). Травянистая: травяной покров очень разрежен, угнетен (1111 около 20%). Представители: костяника, повелика и др.

Антропогенная деятельность: выпас/прогон скота, интенсивная рекреация. Недалеко расположен населенный пункт, поэтому повсюду следы и помет животных (кони, КРС, овцы, козы). Место, часто посещаемое людьми.

Формула профиля: Т - ААпер - ABgFe - G - CDgFe

Некоторые особенности состава и свойств: Потеря при прокаливании верхних горизонтов составляет: Т - 61,7% и ААпер - 22,0%, что позволило идентифицировать их как торфяной - первый, и, находящийся на рубеже между перегнойным и темногумусовым, - второй. В остальной части профиля ППП изменяется с глубиной в пределах от 7,8% до 3,9%. Актуальная кислотность (рНводн.) изменяется от сильнокислой (4,4 ед) в горизонте Т до слабокислой (6,0 ед) в глубинном (согласно градациям, приведенным в [10]). рНка 3,9-5,1 ед.

Рисунок 4. Торфяно-болотная низинная (торфяно-глеезем) (разрез 1) (Фото А.В. Родиковой).

Морфологическое описание профиля:

Т (0-10 см) Однородный, темно-серый с бурым оттенком. Не вскипает. Корни древесной растительности до 1,5 см (30-50%). Влажный, мажущийся. Рыхлый. Переход в следующий горизонт неясный по степени разложения почвенного органического вещества. Граница волнистая.

ААпер (11-30 см) Однородный, темно-серый с бурым оттенком. Не вскипает. Структура неясно-комковатая, в основной массе - бесструктурный. Рыхлый. Мажущийся, влажный. больше минеральной части. Корни древесной растительности до 1,5 см (20-30 %). Переход в следующий горизонт по плотности. Граница волнистая.

ABgFe (31-87 см) Темно-серый с сизым оттенком, в нижней части охристые пятна. Не вскипает. Бесструктурный. Тяжелосуглинистый. Плотный. Литоморфы до 3 мм (5-7%). Влажный, в верхней части сырой, в нижней - мокрый, мажущийся, липкий, пластичный. Медленно сочится вода. Переход в следующий горизонт ясный по окраске, влажности и количеству литоморфов. Граница языковатая, затечная, местами - слабоволнистая.

G (88-110 см) Неоднородный светло-сизый, со светло-охристыми и темно-серыми пятнами. Не вскипает. Литоморфы до 3 мм (10-12%). Встречаются растительный остатки слабой степени разложения до 2 мм (2%). Бесструктурный. Тяжелосуглинистый. Мокрый. Липкий, пластичный. Переход в следующий горизонт ясный по окраске. Граница волнистая.

CDgFe (111-... см) Неоднородный, светло-охристый с участками светло-сизого цвета. Встречаются серые пятна. Не вскипает. Среднесуглинистый. Мокрый, липкий, пластичный. Литоморфы до 2 см (70-80%).

Луговато-черноземная (чернозем глинисто-иллювиальный) (разрез 2) (рисунок 5) Примерно 50-60 м на юго-восток от разреза 1.

Нижняя часть степного склона небольшого водораздела, северо-западная экспозиция. Угол склона около 5 градусов. Форма склона - ровная. Глубина разреза около 100 см. Мощность гумусового горизонта около 40 см.

Особенности: карбонаты примерно с 40 см, рыхлые скопления; в верхней части профиля

- единичные корочки на литоморфах; в нижней части профиля в полевых условиях видимого вскипания не зафиксировано; в лабораторных условиях обнаружена слабая локальная реакция на соляную кислоту.

С глубиной постепенно увеличивается влажность горизонтов; пакеты с образцами из средней и нижней частей профиля через время при хранении «потеют» изнутри. Средняя часть профиля слегка тяжелее по гранулометрическому составу. Нижняя часть профиля сложена рыжим делювиальным материалом, идентичным вскрытому в нижней части профиля разреза 1, также с обильными литоморфами обломочного характера. В целом, весь профиль содержит значительное количество щебня.

Растительность. Травянистая, степная с редкими представителями разнотравья. Преобладает ковыль, присутствует полынь сизая, подорожник, тысячелистник, клубника, редко

- гвоздика. Проективное покрытие около 80-90%.

Антропогенная деятельность: антропогенная нагрузка невысокая. Редко встречаются следы КРС. В некоторой близости от разреза - противопожарная вспаханная полоса, протягивающаяся вокруг лесного массива.

Формула профиля: А - А' - АВк - BDk - CDk

Некоторые особенности состава и свойств: Реакция среды рНвод. составляет 7,4-7,8 ед. (нейтральная и близкая к слабощелочной). Количество гумуса в поверхностном горизонте небольшое: 3,4%. Максимальное содержание карбонатов характерно для срединной части профиля, и приурочено к глубине 50-60 см: 4,9 % СО2, что характерно для степных черноземов. Возможно именно эта глубина является границей, в пределах которой находящиеся в почвенном растворе соли угольной кислоты выпадают в осадок. В выше- и нижележащих горизонтах СО2 менее 0,7%. Кроме того, возможно подточное (по склону) внутрипочвенное увлажнение профиля, что, вероятно способствует его промыванию пресными водами, стекающими с гор. Среди обменных катионов значительно превалирует кальций (29,0-31,8 мг*экв/100 г почвы) над магнием (0,8-12,2 мг*экв/100 г почвы).

Рисунок 5. Луговато-черноземная (чернозем глинисто-иллювиальный) (разрез 2) (Фото А.В. Родиковой).

Морфологическое описание профиля.

А (0-3 см) Однородный, темно-серый. Не вскипает. Рыхлый, густо переплетен корнями до 2 мм (20%). Сухой. Комковато-пылеватый. Легкосуглинистый.

А' (3-40 см) Однородный, темно-серый. Слабое вскипание: на литоморфах небольшие карбонатные корочки, мелкозем не вскипает. Комковато-пылеватый. Тяжелосуглинистый. Корней заметно меньше. Литоморфы до 10 см (10-15%). Плотный. Сухой. Переход в следующий горизонт заметный, по окраске, формам карбонатов, влажности. Граница слабоволнистая.

АВк (40-68 см) Окраска неоднородная, пепельно-серая с палевым оттенком,

бурыми и белесыми пятнами карбонатов, псевдомицелий (слаборазличим), рыжими включениями (литоморфы). Вскипает. Литоморфы до 5 см (20%) с карбонатными корочками. Корни до 2 мм (5%). Свежий. Мелкокомковато-пылеватый. Тяжелосуглинистый. Переход в следующий горизонт ясный - по обилию литоморфов, окраске, влажности.

BDk (68-80 см) Окраска неоднородная, переслаивается красновато-коричневый

мелкозем и рыжеватый мелкозем с обильными включениями мелкого рыжего и сероватого щебня (до 80% до 2 см). Вскипает не интенсивно, тонкие карбонатные корочки на литоморфах. Корни до 2 мм (3%). Легкосуглинистый. Свежий, слегка более влажный, чем предыдущий. Переход в следующий горизонт ясный - по окраске и размеру литоморфов. Граница волнистая с заклинком из нижележащего горизонта.

CDk (80-100 см) Однородный, рыжий. Вскипает слабо (локально). Мелкокомковатый. Легкосуглинистый. Литоморфы до 7-8 см (80%). Ощутимо влажный.

Неполноразвитый чернозем (литозем темногумусовый) (разрез 3) (рисунок 6)

Примерно 50-60 м на юго-восток от разреза 2.

Вершина небольшого водораздела, небольшой уклон.

Глубина разреза около 35 см.

Мощность гумусового горизонта около 17 (20) см.

Особенности: карбонаты с 25 см, мучнистая форма и корочки на литоморфах.

Профиль содержит значительное количество щебня (30-60%).

Растительность. Травянистая, степная. Преобладает ковыль, присутствуют также типчак, чабрец, карагана, синеголовник, на литоморфах - лишайники. Проективное покрытие около 40%.

Антропогенная деятельность: антропогенная нагрузка невысокая. Редко встречаются следы КРС; в поле зрения - битое стекло.

Формула профиля: А - ББк

Некоторые особенности состава и свойств: Реакция среды (рНводн) составляет 6,6-7,7 ед. (близкая к нейтральной и близкая к слабощелочной). Количество гумуса в поверхностном горизонте составляет около 3,5%, при этом ППП за счет значительного количества корней достигает 14,5%. Максимальное содержание карбонатов характерно для нижней части профиля, и приурочено к глубине 25-35 см: 5,6 % СО2, что связано, скорее всего с карбонатностью материнских пород. Наличие карбонатных корок на щебне скорее всего связано с конденсацией почвенной влаги на нижней поверхности включений с последующим выпадением в осадок солей угольной кислоты. Среди обменных катионов значительно превалирует кальций (25,4-27,2 мг*экв/100 г почвы) над магнием (0,8-5,0 мг*экв/100 г почвы).

Рисунок 6. Неполноразвитый чернозем (литозем темногумусовый) (разрез 3) (Фото А.В. Родиковой).

Морфологическое описание профиля.

А (0-2 см) Однородный, темно-серый. Не вскипает. Литоморфы до 2-3 см (30%). Пылеватый. Супесчаный. Корни до 2 мм (50%). Рыхлый. Сухой. Переход заметный по плотности, обилию корневой системы, окраске, количеству литоморфов. Граница волнистая.

А' (2-15 (23)) Однородный, темно-серый с буроватым оттенком. Не вскипает. Пылеватый. Среднесуглинистый. Литоморфы до 2 см (15%). Корни до 1 см (30-40%). Сухой. Переход по наличию карбонатов, плотности, обилию литоморфов, окраске постепенный.

BDk (23-35) Окраска неоднородная, палевая с белесыми пятнами и корочками на включениях. Небольшое количество засыпавшегося материала из верхних горизонтов.

Литоморфы до 3 см (50-60%). Вскипает достаточно интенсивно, мучнистые карбонаты, корочки на литоморфах. Мелкокомковато-пылеватый. Легкосуглинистый. Сухой.

Заключение. На исследуемой территории в течение длительного времени сформированы ценнейшие природные системы, удивительный аборигенный мир, относящийся к объектам большой научной и рекреационной ценности. И каждый компонент этого мира, в том числе -почвы, нуждаются в тщательном изучении и сохранении.

Благодарности. Автор благодарит отца Виктора Павловича Бахмата и брата

Владимира Викторовича Бахмата без поддержки и помощи которых не мог бы быть реализован полевой этап работ. Хотелось бы также поблагодарить работников лесхоза г. Ерейментау, давших разрешение на натурные исследования почв в лесном массиве. Важный вклад в лабораторно-аналитическое изучение образцов, кроме того, был сделан студенткой кафедры почвоведения и экологии почв БИ ТГУ Полиной Шевелевой.

Список литературы

1. Редков В.В. Почвы Целиноградской области / Почвы Казахской ССР: монография в 16 вып. Алма-Ата: Изд-во «Наука», 1964. Вып. 5. 122 с.

2. Султанбаева У.М., Грабаров П.Г. Содержание важнейших микроэлементов в почвах Кустанайской и Целиноградской областей / Почвенные исследования в Казахстане: сб. работ к VIII Международному конгрессу почвоведов. Алма-Ата: АН СССР; Ин-т почвоведения, 1964. С. 159-172.

3. Николаев В.А. Ландшафты азиатских степей. М.: Изд-во МГУ, 1999. 288 с.

4. Прядко Г.Ф. Ерментау. Алма-Ата: Кайнар, 1987. 176 с.

5. Горчаковский П.Л. Лесные оазисы Казахского мелкосопочника. М.: Наука, 1987. 160 с.

6. Топографическая карта. Астана / topografhic-map.com: сайт. URL: https://clck.ru/36ksED (дата обращения: 24.11.2023).

7. Агроклиматические ресурсы Акмолинской области: научно-прикладной справочник / Под ред. С.С. Байшоланова. Астана, 2017. 133 с.

8. Google Earth Pro: приложение.

9. Базовые шкалы свойств морфологических элементов почв. Методическое руководство по описанию почв в поле / Сост. Э.А. Корнблюм и др.; общ. ред. М.А. Глазовская и Э.А. Корнблюм. М.: Б.и., 1982. 59 с.

10. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 487 с.

11. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.

12. Теории и методы физики почв / ред. Е.В. Шеин, Л.О. Карпачевский. М.: Изд-во «Гриф и К», 2007. 616 с.

13. Агрохимические методы исследования почв / Отв. ред. А.В. Соколов. М.: Наука, 1975. 656 с.

14. Каллас Е.В. Гумусовые профили почв озерных котловин Чулымо-Енисейской впадины. Новосибирск: Изд-во «Гуманитарные технологии». 2004. 170 с.