CC BY
104
УДК 631.4: 551.482.6 (571.54) Е.Ю. Шахматова, М.Ю. Шахматов
ОСОБЕННОСТИ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ В ГИДРОМОРФНЫХ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВАХ ДЕЛЬТЫ СЕЛЕНГИ
В статье показаны особенности формирования гумуса и его состава в пойменных почвах дельты Селенги в связи с положением почв в рельефе, их свойствами, режимами и продуктивностью произрастающих фитосообществ.
Ключевые слова: органическое вещество, гумус, почвы, дельта Селенги.
E.Yu. Shakhmatova, M.Yu. Shakhmatov
PECULIARITIES OF HUMUS FORMATION IN HYDROMORPHIC FLOODPLAIN SOILS OF THE SELENGA
RIVER DELTA
The peculiarities of humus formation and its structure in the floodplain soils of the Selenga river delta in connection with soil position in a relief, their properties, modes and efficiency of the growing phytocommunities are shown in the article.
Key words: organic matter, humus, soils, the Selenga river delta.
Введение. Гумус - информативный показатель почвенного плодородия. В пойменных почвах сложность процессов образования гумуса связана не только с поступлением и разложением растительных остатков, но и периодическим включением в почвообразование аллохтонного органического вещества, состав которого находится в тесной связи с геоморфологией поймы и природными условиями бассейна реки [3].
Имеющиеся данные по гумусообразованию и накоплению органического вещества в пойменных почвах дельты Селенги малочисленны [8,14].
Цель исследований. Изучение особенностей гумусообразования в притеррасных почвах дельты Селенги, приуроченных к различным участкам мезорельефа поймы и существующих экологических связей и условий протекания этого процесса.
Объекты и методы исследований. Селенгинская дельта - уникальное природное образование на юго-востоке оз. Байкал, характеризуется континентальным климатом, несколько смягченным влиянием Байкала. Среднегодовая температура воздуха -1,2°С. Среднегодовое количество осадков 315 мм. Продолжительность вегетационного периода 140-150 дней. [5]. Относительная мягкость климата территории, проявляющаяся в амплитудах суточных и годовых температур воздуха, отражается на продуктивности растительности и процессах гумусообразования и гумусонакопления в почвах.
Исследовались почвы в низкой притеррасной пойме дельты Селенги (на равнине с многочисленными протоками и старицами в окрестностях с. Степной Дворец), которые диагностированы как аллювиальные почвы (перегнойно-глеевые, темногумусовые и слоистые). Классификационное положение почв приводилось согласно [7]. Изучались морфологические, водно-температурные и физико-химические свойства почв с применением сравнительно-географического, ландшафтного, стационарного и химико-аналитического методов. Фиксировались уровни залегания почвенно-грунтовых вод и температура почвы на поверхности и на различных глубинах [11-12]. Определялись влажность почвы высушиванием (весовой метод), гранулометрический состав - пирофосфатным методом, pH - потенциометрическим методом, гумус по методу И.В. Тюрина, групповой и фракционный состав гумуса - по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [1-2, 4], оценивались показатели гумусного состояния почв по шкале Д.С. Орлова с соавторами [9].
Исследовались растительные сообщества: изучался видовой состав, устанавливалась биопродуктивность (первая декада августа с 2001 по 2003 г.) по запасам надземной фитомассы, корней и ветоши. Определение биопродуктивности надземной фитомассы сообществ проводили укосным методом. Травостой срезался с площадок 50x50 см в 10 повторностях. Для учета запасов корней использовали метод почвенных монолитов (на глубину распространения корней) в 4-х повторностях с площадок 25x25 см. Корни отмывали на почвенных ситах различных диаметров, высушивали до воздушно-сухого состояния и взвешивали [6, 10, 13]. Статистическую обработку результатов проводили при помощи пакета программ MS Excel 2003.
Результаты исследований и их обсуждение. Увеличение интенсивности затопления поверхности поймы в дельте способствует формированию гидроморфных почв в ее притеррасной части. Они разнообразны по морфологии и свойствам, что связано с их неоднородностью по глубине профиля, по мощности и количеству генетических горизонтов, окраске, оглеению и другим признакам. Это можно объяснить многими
факторами: возрастом почвы, удаленностью от русла протоки, уровнем залегания грунтовых вод, а также характером подстилающего аллювия и наличием мерзлоты [16].
В понижении поймы под злаково-осоково-пушицевым сообществом при залегании почвенно-грунтовых вод < 1 м, длительном застое паводковых и увлажнении талыми делювиальными водами формируется аллювиальная перегнойно-глеевая почва с перегнойным гумусовым горизонтом средне- и легкосуглинистого гранулометрического состава (содержание ила 4-5 %) и сильно оглеенными минеральными супесчаными горизонтами. Реакция среды варьирует по глубине профиля от слабощелочной до слабокислой.
На повышенном кратковременно затопляемом участке поймы под злаково-разнотравно-осоковой ассоциацией при залегании почвенно-грунтовых вод на глубине 1,5 м формируется аллювиальная темногумусовая почва с оструктуренным гумусовым горизонтом средне- и легкосуглинистого гранулометрического состава (содержание ила 3-4 %) и супесчаными с признаками оглеения нижними горизонтами. Почва характеризуется слабо выраженной слоистостью профиля и нейтрально-слабощелочной реакцией среды.
Вдоль протоки под мелкозлаково-разнотравно-осоковым сообществом формируется аллювиальная слоистая почва со слаборазвитым гумусовым супесчаным горизонтом (содержание ила < 3 %), сменяющимся слоистой толщей песчаных аллювиальных наносов и супесчаных погребенных органогенных прослоев [14]. Почвенно-грунтовые воды залегают на глубине < 1 м, обусловливая оглеение нижней части профиля почв, и в межень опускаются на значительную глубину так, что растения испытывают недостаток влаги, и формирующиеся фитосообщества малопродуктивны. Реакция среды слабощелочная в верхних карбонатных горизонтах и нейтральная - в нижней части профиля.
Гумус и фитоценоз существуют в едином экологическом ритме, где растительности, как источнику органического вещества и основных элементов питания, в почвенном профиле принадлежит ведущая роль. Видно, что по уровню общей биологической продуктивности согласно степени градации [6] исследованные фитосообщества поймы подразделяются на высокопродуктивные (7927 г/м2) - на аллювиальной пере-гнойно-глеевой почве, среднепродуктивные (4402 г/м2) - на аллювиальной темногумусовой, низкопродуктивные (2198 г/м2) - на аллювиальной слоистой почве. Подземная фитомасса в фитосообществах в 4-8 раз преобладает над надземной, что обусловлено способностью многолетних трав формировать широко разветвленную корневую систему (рис. 1).
Большой запас подземной фитомассы злаково-осоково-пушицевого сообщества определяется хорошей обеспеченностью влагой и питательными веществами почв, значительным участием в создании подземной фитомассы многолетних корневищных осоковых видов, а также накоплением здесь отмерших полу-разложившихся корней, как результат неблагоприятных водно-воздушных свойств почв и сравнительно слабой их прогреваемости.
злаково-осоково-пушицевое на аллювиальной перегнойно-глеевой почве
злаково-разнотравно-осоковое на аллювиальной темногумусовой почве
6854,7
3580,6
211,2
мелкозлаково-разнотравно осоковое на аллювиальной слоистой почве
861,6
1939,2
□ надземная 0 подземная ■ ветошь
Рис. 1. Средние показатели запасов надземной, подземной фитомассы и ветоши в фитосообществах притеррасной поймы дельты р. Селенги, I декада августа с 2001 по 2003 г.
(содержание фракций в г/м2 абс. сухого вещества)
Наименьшие запасы подземной фитомассы мелко-злаково-разнотравно-осокового сообщества обусловлены его произрастанием на легких с небольшими запасами элементов питания почвах. Невысокая продуктивность лимитирует накопление ветоши на поверхности аллювиальной слоистой, в отличие от таковой на аллювиальной перегнойно-глеевой и аллювтальной темногумусовой почвах.
Гумусообразование в рассматриваемых типах почв протекает при некоторых различиях в гидротермических показателях, связанных с характером мезорельефа, гранулометрическим составом почв и структурой растительного сообщества. Недостаточное и медленное прогревание аллювиальной перегнойно-глеевой почвы в летний период, значительное влияние почвенно-грунтовых вод, слабая испаряемость и отсутствие интенсивного иссушения способствуют избыточной увлажненности ее профиля. Аллювиальная темногумусовая почва оттаивает быстрее аллювиальной перегнойно-глеевой, однако несколько уступает аллювиальной слоистой почве (ввиду удаленности от русла протоки и более тяжелого сложения верхней части ее профиля). Питание почвы по преимуществу атмосферное и ослабленное со стороны почвенно-грунтовых вод. Увлажненность верхней части профиля остается неплохой в период развития растительности, что связано с гранулометрическим составом этой части профиля. Аллювиальная слоистая почва функционирует в благоприятных температурных условиях и оттаивает быстрее аллювиальной пере-гнойно-глеевой и аллювиальной темногумусовой почв ввиду ее относительно легкого сложения, хорошей теплопроводности и отепляющего влияния проточных вод. Воздействие осадков не приводит к пополнению влагозапасов верхней части почвенного профиля из-за быстрой инфильтрации влаги внутрь.
Исследование гумуса показало, что аллювиальная перегнойно-глеевая почва имеет хорошо выраженный (мощностью до 20 см) темно-бурый грубогумусовый горизонт с большим количеством корней и различной степенью их разложения. Дополнительным источником поступления органики являются почвенногрунтовые воды. Содержание общего углерода (Собщ) в почвенно-грунтовых водах в первой декаде июля вегетационного периода 2002 г. составило 17-19 мг/л [15]. Высокие запасы корней и жесткие воднотемпературные условия способствуют консервации органического вещества. Содержание общего гумуса: в верхнем горизонте Ж близко к среднему значению и составляет 6,3 %. Этот показатель по профилю уменьшается и в нижних оглеенных горизонтах составляет 0,6-0,7 %. Запасы гумуса в слое 0-100 см средние и составляют 248 т/га. Степень гумификации органического сверхслабая. В верхних горизонтах величина соотношения С:Ы высокая и свидетельствует о слабой трансформации свежей органики, которая бедна азотом. С глубиной при незначительных количествах органического углерода эта величина уменьшается. Результаты анализа группового состава гумуса показывают, что содержание углерода в составе растворимых гумусовых веществ (сумма гуминовых кислот и фульвокислот) в верхних органогенных горизонтах высокое (рис. 2).
аллювиальная
перегнойно-глеевая
содержание, %
0 10 20 30 40 50 60 70 80
аллювиальная
темногумусовая
содержание, %
аллювиальная слоистая
содержание, %
□
ф
□
Рис. 2. Содержание и распределение гумусовых веществ по профилям притеррасных пойменных
почв дельты р. Селенги
В оглеенных и погребенном горизонтах преобладает нерастворимый остаток. В 20-сантиметровом слое отношение Сгк:Сфк близко к единице, что связано с высокой концентрацией органического вещества, которая создается за счет накопления растительных остатков при отсутствии выноса легкоминерализуемых органических веществ. В глеевых горизонтах почвы преобладают фульвокислоты, в погребенном - гуми-новые кислоты. Таким образом, тип гумуса фульватно-гуматный в органо-аккумулятивных и гуматно-фульватный в глеевых горизонтах.
Как следует из анализа данных по фракционному составу, средняя доля гуминовых кислот первой фракции отмечена в верхних и погребенном горизонтах профиля аллювиальной перегнойно-глеевой почвы. В минеральной части профиля их содержание снижается, однако долевое участие в составе гуми-новых кислот увеличивается. В составе гумуса отмечена низкая доля гуминовых кислот второй фракции, связанных с кальцием. Наблюдается аналогичный характер их распределения по профилю почвы. Доля прочно связанных с глинистыми минералами гуминовых кислот третьей фракции высокая и сопоставима с таковой первой фракции. Преобладание гуминовых кислот первой и третьей фракций в аллювиальной перегнойно-глеевой почве происходит, вероятно, из-за постоянного обновления гумуса при гумификации значительного количества свежего органического вещества. Из фульвокислот в почве преобладают первая и третья фракции. Доли агрессивной и второй фракций невысокие. Содержание агрессивной фракции, способной разрушать первичные и вторичные минералы, низкое в органогенных горизонтах и среднее в минеральной части профиля почвы.
В темногумусовой почве содержание общего гумуса в верхнем горизонте А11 среднее (6,2 %), снижается с глубиной и возрастает в погребенном горизонте. Такому изменению способствует распределение корневой массы по профилю, которая является основным поставщиком органического вещества в почву. Запасы гумуса в слое 0-100 см средние и составляют 221 т/га. Отношение С:Ы в верхнем горизонте отражает среднюю обогащенность органического вещества азотом. Степень гумификации органического вещества уменьшается при переходе к нижним горизонтам от среднего до слабого и сверхслабого уровня.
Результаты анализа углерода гумуса показывают доминирование фульвокислот (рис. 2), что связано с качественным биохимическим составом свежепоступающего органического вещества. Отношение Сгк:Сфк в 0-20 см менее 1 и уменьшается в нижележащих слоях. Преобладающий тип гумуса по профилю гуматно-фульватный. Фракционирование гумуса показало невысокое содержание гуминовых кислот первой фракции в верхних горизонтах почвы и высокую долю гуминовых кислот третьей фракции (42 % от суммы ГК). Однако в нижележащих горизонтах наблюдается заметное увеличение содержания гуминовых кислот второй фракции. Среди фульвокислот в дерновом горизонте преобладают первая и вторая фракции. Их доли составляют соответственно 46 и 29 % от суммы фульвокислот. Для горизонта Аи-Сса характерно доминирование фульвокислот второй и третьей фракций. Наблюдается низкое содержание агрессивной фракции фульвокислот по профилю. Однако ее долевое участие значительно возрастает в нижней части профиля. Содержание фульвокислот второй фракции низкое в погребенном и высокое в минеральных горизонтах профиля.
Аллювиальная слоистая почва характеризуется малым содержанием гумуса. В верхнем слое Wca-С1 оно составляет 1,6 %. Запасы гумуса по профилю очень низкие и составляют в слое 0-100 см 157 т/га. Степень же гумификации исследованных слоев находится в тесной зависимости от их гранулометрического состава, прогревания профиля и характера увлажненности горизонтов почв. Ее показатель варьирует вниз по профилю от высоких до средних значений. Содержание растворимых гумусовых веществ высокое по сравнению с аллювиальной перегнойно-глеевой и аллювиальной темногумусовой повами. Анализ данных группового состава гумуса показал, что количество гуминовых кислот в профиле практически равно или выше содержания фульвокислот (рис. 2). Поэтому тип гумуса - гуматно-фульватный и фульватно-гуматный. Содержание нерастворимого остатка низкое. В составе гуминовых кислот в верхних горизонтах значимы доли гуминовых кислот первой и третьей фракции. Доля гуминовых кислот третьей фракции с глубиной снижается, и в нижнем погребенном горизонте заметно возрастает роль первой фракции. Доля гуминовых кислот второй фракции очень низкая в верхнем горизонте и ощутимо увеличивается в нижней части профиля, находящейся под влиянием грунтовых вод. В составе фульвокислот обнаруживаются высокие значения первой и второй фракций. Содержание агрессивной фракции - среднее в верхнем горизонте и постепенно уменьшается вниз по профилю почвы.
Заключение. Изучение особенностей гумусообразования в притеррасных почвах дельты Селенги показало значительное влияние на образование гумуса и его состав следующих условий: положения почв в мезорельефе поймы, гранулометрического состава аллювия, гидротермических показателей почв, продуктивности растительного сообщества и ежегодно поступающего в почву растительного опада. На подземную
фитомассу растительных сообществ исследуемой территории приходится основная доля от общей биопродуктивности, следствием чего является обогащение формирующихся здесь почв значительным количеством гумуса и зольными веществами. Различия, обусловленные неоднородностью растительного покрова и его структурой, отражаются на содержании гумуса, отдельных его компонентах и их соотношении в почвах.
Основная масса гумуса в исследованных почвах сосредоточена в верхнем 20-сантиметровом слое, его распространение по профилю би- или полимодальное, и показатели соотношения Сгк:Сфк характерны для забайкальских почв. Содержание гумуса в ряду "аллювиальная перегнойно-глеевая-аллювиальная темногумусовая-аллювиальная слоистая" уменьшается. Высокие запасы гумуса в аллювиальной пере-гнойно-глеевой почве свидетельствуют об их высоком потенциальном плодородии. Всем типам почв присуще высокое значение растворимых гумусовых веществ в составе гумуса верхних горизонтов, а степень гумификации увеличивается с уменьшением влагообеспеченности почв. Поэтому в аллювиальной пере-гнойно-глеевой почве тип гумуса ближе к фульватно-гуматному, однако доля гуминовых кислот в этих почвах слабо превышает или почти не превышает таковую фульвокислот, что свидетельствует об относительной "молодости” этих почв. Близкий к последнему тип гумуса верхних горизонтов аллювиальной темногумусовой почвы можно объяснить их сравнительно хорошей аэрацией и прогреваемостью. В аллювиальной слоистой почве по всему профилю преобладают в основном фульвокислоты. Значительное влияние на характер гумусообразования оказывает водный режим, в связи с чем гумусообразование и гуму-сонакопление в исследованных почвах происходит на фоне процессов оглеения и гидрогенной аккумуляции. В оглеенных и глеевых горизонтах содержание растворимых гумусовых веществ значительно ниже.
Литература
1. Агрофизические методы исследования почв. - М.: Наука, 1966. - 259 с.
2. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
3. Аллювиальные почвы речных долин бассейна Селенги / В.И. Убугунова, Л.Л. Убугунов, В.М. Корсунов [и др.]. - Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 1998. - 254 с.
4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.
5. Атлас Республики Бурятия. - М.: Роскартография, 2000. - 48 с.
6. Базилевич Н.И., Родин Л.Е. Продуктивность и круговорот элементов в естественных и культурных фитоценозах // Биологическая продуктивность и круговорот элементов в растительных сообществах. -Л.: Наука, 1971. - С. 5-32.
7. Классификация и диагностика почв России. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
8. Макушкин Э.О., Шахматова Е.Ю. Дифференциация органического вещества и макроэлементов в почвах дельты Селенги // География и природные ресурсы. - 2005. - № 2. - С. 56-61.
9. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные признаки гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. - 2004. - № 8. - С. 918-926.
10. Панкова Н.А. Определение гуминовых кислот, массы корней и растительных остатков в почве // Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1965. - С. 59-63.
11. Принципы организации и методы стационарного изучения почв. - М.: Наука, 1976. - 416 с.
12. Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении. - Новосибирск: Наука, 1971. - 93 с.
13. Шалыт М.С. Методика изучения морфологии и экологии подземной части отдельных растений и растительных сообществ // Полевая геоботаника. - М.; Л.: Наука, 1960. - Т. 2. - С. 369-447.
14. Шахматова Е.Ю., Корсунов В.М. Погребенные гумусовые горизонты пойменных почв дельты реки Селенги // География и природные ресурсы. - 2008. - № 4. - С. 52-57.
15. Шахматова Е.Ю., Макушкин Э.О., Корсунов В.М. Особенности химического состава почвенногрунтовых вод пойменных почв дельты Селенги (Байкальский регион) // Почвоведение. - 2009. - № 6. - С. 674-679.
16. Шахматова Е.Ю. Процессы и продукты почвообразования в гидроморфных пойменных почвах дельты р. Селенги: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Улан-Удэ, 2004. - 22 с.
