CC BY
87
УДК 631.411.4 (571.54)
ОСОБЕННОСТИ ГУМУСА ПОЧВ ХОЛОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЗАБАЙКАЛЬЯ © Цыбикова Эржена Валерьевна
кандидат биологических наук, доцент кафедры зоологии и экологии Бурятского государственного университета
Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина 24а E-mail: [email protected] © Чимитдоржиева Галина Доржиевна
доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 8 E-mail: [email protected]
В статье рассматриваются экологические условия формирования холодных почв региона, где синтезируется гумус упрощенного типа, с преобладанием фульвокислот. В свою очередь гуми-новые кислоты в почвах с низким конденсированным ядром и со значительным присутствием углерода в периферической структуре молекул придают гумусу и почвам элементы неустойчивости.
Ключевые слова: гумус, гумусовые кислоты, мерзлотные почвы. HUMUS FEATURES OF SOIL IN COLD AREAS OF ZABAIKALYA
Tsybikova Erzhena V.
PhD in biology, A. Professor, department of Zoology and ecology Buryat State University 24a Smolina St., Ulan-Ude, 670000 Russia Chmitdorzhieva Galina D.
DSc Agricultury, Leading Researcher, Institute of General and Experimental Biology of the Siberian Branch of the RAS,
6 Sakhyanovoy St., Ulan-Ude, 670047 Russia
The article deals with the environmental conditions of formation of cold soils of the region, where the synthesized humus simplified type with a predominance of fulvic acids. In its turn, in the soil with a low fused — ring and signicant presense of carbon in the peripheralstructure of moleculs, last attached to humus and soils instability elements. Keywords: humus, humus asids, frozen soil
Введение
Особое значение в формировании и функционировании почв занимает органическое вещество, от его содержания и качественного состава зависят многие генетические свойства почв, экологическая устойчивость в биосфере и уровни почвенного плодородия [3; 5; 6]. Главный фактор плодородия почв — гумус (продукт разложения биомассы растений, микроорганизмов и синтеза гумусовых веществ).
Географические закономерности формирования почвенного покрова на территории Забайкалья чрезвычайно сложны, так как на слабовыраженную широтную зональность сильное влияние оказывает высотно-вертикальная поясность. Территория характеризуется значительной приподнятостью над уровнем моря и наличием 5 природно-климатических зон: горно-тундровой, горно-таежной, лесостепной, степной и сухостепной, а также интразональных образований — пойм и дельт рек, болот и заболоченных земель. Относительно больше обеспечены теплом межгорные котловины и долины рек, наименее — северные мерзлотные территории, верхняя тайга и высокогорные склоны. Почвооб-разующими породами являются преимущественно молодые четвертичные отложения различного генезиса, мощности и состава. Особое влияние на распространение почв оказывает экспозиция склона. Почвы южных и северных склонов в различной степени прогреваются и увлажняются и в связи с этим резко отличаются по структуре и растительному покрову. На распределение почвенно-
климатических зон также влияет расположение горных систем, особенно относительно оз. Байкал. И, наконец, существенным фактором почвообразования Забайкалья является наличие «большого запаса» холода в почвогрунтах, действие которого проявляется через температурный и водный режимы. Последнее большой отпечаток накладывает на характер растительного покрова, под разнообразием которого прослеживаются распределение и смена почвенных типов, отличающихся от аналогов европейской части России (ЕЧР) и даже Западной и Средней Сибири.
Ранее почвоведами [3; 4; 6; 8] было установлено, что интегральным результатом влияния крио-генеза на почвообразование является формирование определенных свойств вплоть до развития самобытных почвенных типов, фациальных подтипов или таксонов более низких уровней. По ряду свойств многие холодные почвы близки к аналогичным почвам областей умеренного климата и поэтому входят в состав соответствующих типов, образуя группы холодных почв. Холодными мы называем все без исключения типы почв региона, которые на длительный срок (октябрь-май) и глубоко (280-320 см) промерзают, а полностью оттаивают в конце июня — начале июля.
Результаты и обсуждение
Попеременное промерзание-протаивание, обусловливая пылеватость почв, изменяет количество связанной воды, масштабы проявления химического и биохимического выветривания, порозность, водно-воздушные и тепловые свойства почв. В почвах супесчаного и более тяжелого гранулометрического состава ежегодно возникают системы морозобойных трещин, по которым осыпается органо-минеральный материал стенок. При отсутствии снежного покрова трещины постепенно заполняются минеральным, органогенным и хемогенным материалом. На обдуваемых участках трещины обрабатываются ветром, а весной в них локализуется сопровождающийся эрозией поверхностный сток, т.е. очень часто морозобойные трещины исполняют роль естественных дренажных систем. В Забайкалье процесс морозобойного трещинообразования развит повсеместно, определяя карманистый или язы-коватый почвенный профиль. В них накапливаются большие объемы гумуса, причем с преобладанием гуматного типа [9; 10].
При аномально глубоком протаивании гумус вымывается вслед за отступающей кровлей многолетней мерзлоты, а при последующем уменьшении слоя сезонного протаивания оказывается законсервированным в толще мерзлоты. В целом мерзлота неблагоприятно влияет на формирование органической части, разрушает почвенный покров, изымая из корнеобитаемого слоя гумус многочисленными мерзлотными процессами и явлениями.
Такие сильные следы мерзлоты, отмечаемые морфологически, не могут не оставить отпечатки на формирование органической части, в частности, на структуру, состав и свойства специфических гумусовых веществ. Нужно отметить, что отличительными признаками, в то же время общими чертами для всех типовых уровней почв холодного ряда являются: 1) приуроченность корневой массы растений близко к дневной поверхности и неглубокое распространение в глубину; 2) ограниченное поступление в почву органических остатков, обедненность их азотом, белковыми компонентами, обогащенность лигнином и целлюлозой; 3) замедленное их разложение, значительное накопление на поверхности почв детритной массы (4-7 т/га); 4) общая низкая биологическая активность почв, преобладание актиномицетного населения над бактериальной флорой; 5) если, например, для черноземов ЕЧР, Западной и Средней Сибири характерно высокое содержание гумуса — 10-12 %, с плавным убыванием вниз с глубиной и с гумусовым профилем, достигающим 100-120 см, то в аналогах холодных областей наблюдается иная картина: гумуса всего 4-5 %, с глубиной резко падает, гумусово-аккумулятивные горизонты укороченные (не превышают 25-30 см), нижняя граница которых в силу распространения мерзлотных процессов имеет неравномерный характер; зачастую гумус мигрирует по морозобойным трещинам и трещинам от высыхания, и полостям, возникающим после вытаивания ледяных включений, т.е. отмечается так называемая надмерзлотная ретинизация гумуса; эта закономерность прослеживается во всех типовых почвенных уровнях региона: среднее содержание гумуса в 0-20 см слое дерново-лесных почв — 1,3 %, серых лесных — 2,5-3,5 %, черноземов — 3,5-5,0 %, каштановых — 1,5-2,0 %, лугово-черноземных мерзлотных — 7,0-9,0 %, аллювиально-луговых — 5,0-6,0 %, аллювиально-болотных — 6,0-7,0 %. Отсюда их запасы в этом же слое незначительны по сравнению с одноименными почвами немерзлотного ряда. Соответственно 58 т/га; 62, 78; 50; 199; 77108; 159-170 — всему этому способствует преобладание в почвенном покрове частиц легкого гранулометрического состава (содержание илистой фракции в серых лесных и черноземах — 16, в лугово-
черноземных — 22, каштановых — 12 %) и незначительная доля вторичных глинистых минералов, следствием которых является ослабление механизма образования органо-минерального комплекса; 6) гумус в основных автоморфных почвах региона фульватного характера, то есть в составе гумусовых веществ в значительном количестве наряду с ГК образуются фульвокислоты (ФК), где, например, величина Сгк:Сфк в каштановых почвах ниже единицы — 0,8-0,9, в черноземах — всего 1,3-1,5; а серых лесных — достигает этот параметр даже до 1,8 в образцах почв из-под осиново-березового леса; высока доля (до 59 %) нерастворимого остатка — гумина (Г), низка степень гумификации органического вещества, например, в серых лесных — 28-33, в черноземах она составляет 28-40 %, в лугово-черноземных — 25-27, каштановых почвах — 30-35, тогда как эта величина в аналогах ЕЧР и Западной Сибири 40 % и выше [2; 4]; 7) во фракции ГК высок процент первой подвижной фракции — ГК], в сухостепных почвах достигает даже 7-10 % от Собщ (свойственное для почв гумидных областей); в некоторых почвах не прослеживается закономерность в отношении фракции ГК, например, в серых лесных целинных почвах значительна вторая фракция — ГК2, связанная с основаниями. И наоборот, отмечается, в частности, в лугово-черноземных мерзлотных вариантах равномерное распределение всех трех фракций ГК; 8) все приведенные параметры, характерные для холодных почв, оказались генетически отраженными в химической структуре молекулы ГК: а) элементном составе, в котором выявлен высокий вклад водорода и азота, что свидетельствует о преобладании в молекуле ГК алифатической части; б) в пониженном содержании углерода, указывающем на их низкую зрелость.
Некоторые исследователи [5] считают, что изменения ГК в диагенезе не существенны и ряд характеристик не выходит за пределы средних параметров, характеризующих их типовые особенности, однако мы считаем возможным проследить особенности эволюции молекулы ГК, формирующейся под действием мерзлоты. Элементный состав ГК должен соответствовать условиям почвообразования, т. е. на направленность этого отбора накладывают большой отпечаток криогенные явления, постоянно присутствующие в почвах региона.
Нами при исследовании химической природы ГК почв разного генезиса: серых лесных, черноземных, лугово-черноземных, каштановых и торфяных, выявлено, что при сохранении основной матрицы элементного ядра проявляются некоторые отклонения, выражающиеся в расширении границ нижнего предела углерода, в почвах всех типовых уровней. Если в почвах более умеренных широт в процессе гумификации алифатические группировки все больше отщепляются, обеспечивая более высокую степень бензоидности (СБ) макромолекулы ГК, то в исследуемых почвах, наоборот, образующиеся простые соединения, по-видимому, активно участвуют в формировании периферической части молекулы и не происходит дальнейшей глубокой конденсации из-за короткого биологического периода и низкой активности микробиоты. Отсюда показатель СБ в холодных почвах невелик и составляет у серых лесных почв 20-30 %, черноземов — всего 25-30, каштановых — 13-22, лугово-черноземных — 15-20, торфяных — всего 5 %, тогда как эти величины для автоморфных каштановых и черноземных почв, как правило, выше 40 % [1; 2; 7].
Заключение
Значения атомных отношений Н:С показывают значительное участие водорода в построении молекулы ГК, которые в изучаемых почвах составляют около единицы или чуть выше ее: в черноземах — 0,93-1,06, каштановых — 1,04-1,09, лугово-черноземных — 0,95, торфяных — 1,08. Эти параметры близки к таковым дерново-подзолистых и серых лесных нехолодных почв и, в свою очередь, свидетельствуют о меньшей степени ароматичности ГК. Более высокое участие атомов водорода в построении молекулы ГК свидетельствует о том, что холодные почвы химически менее совершенны и незрелы и процессы дегидратации и окисления в них, по-видимому, постоянно сопровождают процесс гумификации.
Таким образом, в почвах региона с широким распространением мерзлотных явлений, действие которых отражается на всех биологических процессах, формируется гумус упрощенного типа, с преобладанием фульватного характера, который, в свою очередь, способствует формированию малопрочных агрегатов и свойств почв, и гуминовые кислоты с низким конденсированным ядром и со значительным присутствием периферических структур в молекуле придают гумусу и почвам элементы неустойчивости.
Литература
1. Кленов Б. М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 173 с.
2. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 с.
3. Ногина Н. А. Почвы Забайкалья. М.: Наука, 1964. 314 с.
4. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения). Л.: Наука, 1980. 222 с.
5. Дергачева М. И. Органическое вещество почв: статика и динамика (на примере Западной Сибири). Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1984. 152 с.
6. Макеев О. В. Проблемы почвенного криогенеза // Почвенный криогенез.- М.: Наука, 1974. С. 7-17.
7. Цыбикова Э. В. Гуминовые кислоты каштановых почв Западного Забайкалья: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Улан-Удэ, 2004. 20 с.
8. Чигир В.Г. Мерзлота и почва // Почвенный криогенез. М.: Наука, 1974. С. 18-23.
9. Чимитдоржиева Э. О., Цыбенов Ю. Б., Чимитдоржиева Г. Д. Гумус в криогенных трещинах мерзлотных лугово-черноземных почв Западного Забайкалья // Почвоведение. 2014. № 2. С. 177-184.
10. Чимитдоржиева Э. О., Цыбенов Ю. Б., Чимитдоржиева Г. Д. Углерод гумуснесущих криогенных «морфонов» гидрометаморфизованных черноземов Забайкалья // Агрохимия. 2015. № 9. С. 16-21.
References
1. Klenov B. M. Ustoichivost' gumusa avtomorfnykh pochv Zapadnoi Sibiri [Humus stability of automorphic soils Westrn Siberia]. Novosibirsk. 2000. 173 p.
2. Orlov D. S. Gumusovye kisloty pochv i obshchaia teoriia gumifikatsii [Humus acids and general theory of hu-mification]. Moscow. 1990. 325 p.
3. Nogina N. A. Pochvy Zabaikal'ia [Soils of Transbaikalia]. Moscow, 1964. 314 p.
4. Ponomareva V. V., Plotnikova T. A. Gumus i pochvoobrazovanie (metody i rezul'taty izucheniia) [Humus and soil formation (methods and results of reseaching)]. Leningrad. 1980. 222 p.
5. Dergacheva M. I. Organicheskoe veshchestvo pochv: statika i dinamika (na primere Zapadnoi Sibiri) [Organic material soils: statics and dynamics (as example Western Siberia)]. Novosibirsk. 1984. 152 p.
6. Makeev O. V. Problemy pochvennogo kriogeneza [Problems of soil cryogenesis]. Pochvennyi kriogenez. Moscow. 1974. Pp. 7-17.
7. Tsybikova E. V. Guminovye kisloty kashtanovykh pochv Zapadnogo Zabaikal'ia [Humic acids of chestnut soils of Western Transbaikalia]: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. Ulan-Ude. 2004. 20 p.
8. Chigir V.G. Merzlota i pochva // Pochvennyi kriogenez. Moscow. 1974. Pp. 18-23.
9. Chimitdorzhieva E. O., Tsybenov Iu. B., Chimitdorzhieva G. D. Gumus v kriogennykh treshchinakh merzlotnykh lugovo-chernozemnykh pochv Zapadnogo Zabaikal'ia [Humus in cryogenic cracks cryosolic soil Western Transbaikalai]. Pochvovedenie. 2014. № 2. Pp. 177-184.
10. Chimitdorzhieva E. O., Tsybenov Iu. B., Chimitdorzhieva G. D. Uglerod gumusnesushchikh kriogennykh «morfonov» gidrometamorfizovannykh chernozemov Zabaikal'ia [Carbon of humus-brearing cryogenic "morphs" hy-drometamorphic blacksoils Transbaikalia]. 2015. № 9. Pp. 16-21.
