CC BY
32
ЦШИ О ЗЕМЛЕ
ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГОРНО-ЛУГОВЫХ И ГОРНО-ЛЕСНЫХ ПОЧВ (НА ПРИМЕРЕ ТЕБЕРДИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА)
Э.Н. Сутормина
FEATURES OF THE BASIC GEOCHEMICAL PARAMETERS MOUNTAIN-MEADOW AND MOUNTAIN-WOOD SOILS (ON AN EXAMPLE RESERVE TEBERDINSKOGY)
Sutormina E.N.
In work the analysis of distribution of geo-chemical parameters soils depending on the various ecological conditions definedin absolute height, Geochemical is given by a background and an exposition of a slope. The description of distribution of some microcells in zones ecoton.
В работе даётся анализ распределения геохимических параметров почв в зависимости от различных экологических условий, определяемых абсолютной высотой, литоге-охимическим фоном и экспозицией склона. Описано распределение микроэлементов в почвах зон экотона.
Ключевые слова: биогеохимический барьер, внутриландшафтное пространство, геохимические параметры почв, зона экото-на.
УДК 911.52
Почвы - важное звено, связывающее почвообразующие породы, грунтовые воды с приземной атмосферой, растениями и живыми организмами, в них наблюдается наибольшее напряжение геохимических процессов (Перельман, 1975).
Горные почвы относят к молодым незрелым, отличающимся малой мощностью и большой скелетностью. Такие почвы наиболее уязвимы и поэтому мониторинговое исследование основных геохимических параметров горных почв в их естественном состоянии является актуальным в рамках изучения геосистем в целом.
На территории заповедника почвы впервые были описаны в 1931 г. И.Н. Антиповым-Каратаевым. В 1939 г. исследование почв провёл Н.А. Копосов, который составил предварительный отчёт с большим количеством химических анализов. С 1949 по 1957 годы почвы заповедника исследовались А.К. Серебряковым и В.А. Шальневым. Анализу физико-химических свойств почв посвящены работы Л.Г. Татарниковой. В период с 2001-2005 гг. почвы заповедника изучались Т.Н. Багровой.
Целью наших исследований является анализ и сравнение особенностей распределения основных геохимических параметров почв на примере горно-луговых и бурых горно-лесных почв заповедника. В процессе их изучения были обозначены задачи: - анализ содержания элементов питания, гумуса и тяжёлых металлов для выяв-
ления площадных биогеохимических барьеров в пределах горно-луговых почв экотонов, поскольку их установление имеет принципиальное значение для высокогорных ландшафтов, для которых характерна сильная потеря элементов с водными потоками;
- анализ и сравнение латерального распределения тяжёлых металлов в горнолуговых и горно-лесных почвах в зависимости от экспозиции склона;
- описание латерального распределения тяжёлых металлов в горно-луговых и горно-лесных почвах посредством местных Кларков концентрации и рассеяния.
В качестве методической основы исследования и последующего анализа почвенной среды был выбран ландшафтный подход и как проявление его - смена геоботанических поясов, которая отражает внут-риланшафтную дифференциацию, в том числе и почвенного покрова. Исследования проводились в пределах следующих поясов: смешанных и хвойных лесов, субальпийских и альпийских лугов, субнивального пояса.
Для детального изучения геохимических параметров почв была выбрана территория левого борта долины р. Теберды в пределах высотного ландшафтно-экологического профиля Малая Хатипара. На восточном склоне хребта были обозначены опорные участки в пределах ранее указанных геоботанических поясов (рис.1). Почвенные разрезы были заложены на элювиальных (Аэ), трансэлювиальных (Тэ), трансаккумулятивных (Та), транссуперак-вальных (8 aqt) и супераквальных (Saq ) позициях катены.
Опорный участок «луг 6» занимает наиболее высокий участок пригребневой части склона восточной экспозиции субни-вального пояса хребта и занимает элювиальные позиции катены. Почвенный разрез заложен на абсолютной высоте 2978 м. Опорный участок «луг 5» с гераниево-колокольчиково-овсяницевой растительностью, имеющий абсолютную высоту 2825 м, занимает крутые склоны той же экспозиции, что и «луг 6».
Опорные участки трансэлювиальных позиций представлены средней и верхней частью очень крутых склонов юго-восточной экспозиции с разнотравно-пестрокостровыми лугами («луг 3») и северо-восточной экспозиций соответственно на дерново-луговых субальпийских почвах («луг 4»). Абсолютные отметки высот здесь 2596 м и 2591 м соответственно.
Рис.1. Карта-схема отбора почвенных образцов в пределах различных геоботанических поясов Тебердинского заповедника.
Границы: 1-ландшафтов, 2-
геоботанических поясов. Геоботанические пояса ландшафта хвойных лесов троговых долин сред-негорий: I -доминантный хвойных лесов склонов трогов; II -экотона хвойных и широколиственных лесов днища трога; III - экотона сосновых редколесий, березовых криволесий и высокотравных субальпийских лугов склонов трогов. Геоботанические пояса ландшафтов высокогорных лугов: IV - доминантный субальпийский; V - доминантный альпийский; VI - экотон субни-вальный. Опорные участки отбора почвенных образцов: с1, с2, с3 - сосна; 1, 2, 3; п1, п2, п3 -пихта;
1, 2, 3; л1, 2, 3, 4, 5, 6 - луг 1, 2, 3, 4, 5, 6.
В пределах пояса хвойных лесов пробные площадки трансэлювиального участка
катены «пихта 2» и «пихта 3» занимают склоны северо-восточной экспозиции, а участки пробных площадок «сосна 2» и «сосна 3» юго-восточной экспозиции. Абсолютная высота пробных площадок склонов северовосточной экспозиции составляют 1904 и 2000м., а юго-восточной - 1946 и 2025 м соответственно.
Опорные участки «луг2», «сосна 1» и «пихта 1» приурочены к транссуперакваль-ному положению и расположены на верхнечетвертичных террасах р. Теберды с абсолютными высотами 2408 м, 1405 м, и 1348 м соответственно. Транссупераквальному положению в катене соответствует опорный участок «луг 1», который занимает вторую надпойменную террасу с луговой растительностью на дерново-луговых аллювиальных почвах.
Методика отбора почвенных образцов соответствует общим требованиям к отбору почвенных образцов (ГОСТ 17.4301-83, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 28168-89). Определение показателей рН в почвенных образцах проводились стеклянным электродом, содержание гумуса по методике Тюрина, содержание Си, РЬ, 2п и Cd методом вольтам-перометрического анализа.
В почвенном профиле горно-луговых и горно-лесных почв имеются особенности распределения гумусовых веществ, микро- и макроэлементов. В связи с изменением абсолютной высоты, крутизны склонов и денудации, процесс распределения вещества в почвах сопряжён с большим диапазоном колебаний геохимических параметров на сравнительно небольшом расстоянии. Так, для горных почв наряду с образование гумуса как органического образования, состоящего полностью из органических соединений, характерно присутствие «грубого гумуса», который содержит слаборазложившиеся остатки растений и являющийся фактором продуктивности биоценозов и регулятором миграции микроэлементов. В исследуемых почвах гумус концентрируется в горизонте А с резким уменьшением содержания его в горизонте В.
опорный участок
Рис. 2. Распределение гумуса в горно-луговых почвах ландшафтного профиля.
Очень высокое содержание гумуса отмечено в горизонте А опорных участков «луг 1» и «луг 4» - 15,1% и 16,12% соответственно, а с резким его уменьшением в горизонте В до 2,37% и 4,9% соответственно (рис.2). Причиной высоких показателей гумуса в горизонте А горно-луговых почв может служить минимальное антропогенное влияние, а так же повышенная интенсивность физиологических процессов у растений высокогорий (Горышына, 1979). Очевидно, что эволюция высокогорных растений шла в направлении наиболее полного использования всех возможностей короткого и холодного вегетационного периода В качестве особенности радиального распределения гумуса следует отметить резкое уменьшение его с глубиной. Наиболее резкое уменьшение характерно для опорного участка «луг 1» и «луг 5». Так же заметно это уменьшение на опорном участке «луг 5», где в горизонте А его содержание 8,8%, а в горизонте В 1,4%. Такое резкое уменьшение гумуса с глубиной может быть причиной особенностей физических свойств почв, термического режима, климатических условий высокогорных ландшафтов в целом и малой мощности корнеобитаемого слоя, где локализуются процессы гумусообразования.
Латеральное распределение гумуса в целом имеет колебательный характер. Так, от опорного участка «луг 2» к «луг 3» наблюдается уменьшение содержания гумуса, а от «луг 3» к «луг 4» сильный рост, так же резкое увеличение содержания азота, фосфора и калия при переходе от опорного участка «луг 3» к «луг 4». Так, на одинаковой
высоте склоны северо-восточной экспозиции с субальпийским высокотравьем имеют содержание гумуса в горизонте А равное 16 %, что почти в 2 раза превышает содержание гумусовых веществ в почвах субальпийских лугов юго-восточной экспозиции (8,8 %). Фактор увлажнения почв северо-восточного склона вызывает развитие здесь мощного дерновинного слоя, что сказывается на высокой степени гумуссированности.
Среди многих факторов, влияющих на концентрацию рассеянных микроэлементов в почве, немаловажным являются местные геохимические особенности подстилающих пород (Добровольский, 1988) [5]. Горнолуговые и бурые горно-лесные почвы относятся к почвам, у которых ведущим фактором почвообразования является фактор ли-тогеохимического фона. В данном случае -кристаллических пород кислого состава, а именно калиевых гранитов верхнепалеозойского комплекса, которыми сложен левый борт долины реки Теберды. Позднепалео-
зойские граниты, как и большинство кислых кристаллических пород, отличаются высоким содержанием устойчивых минералов, богатых кремнезёмом, обогащены К и Si (Кларк концентрации относительно литосферы 1,2- 1,5) и обеднены Мп, Са, ¥г (Клак рассеяния 3-5). В них концентрируются и, РЬ, Ва, F (Кларк концентрации 1,1 - 1,5) и рассеиваются М, Со, Сг, Си, 2п (Кларк рассеяния 1,5 - 2,5), а содержание Л8, например, равно его содержанию в литосфере.
Для характеристики дифференциации Си, РЬ, Сё, 2п в почвах были использованы интенсивные параметры (местные Кларки концентрации - Кк и Кларки рассеяния -Кр), рассчитанные относительно среднего содержания элементов в калиевых гранитах верхнепалеозойского комплекса.
Из большого числа микроэлементов Си, РЬ, Сё, 2п наиболее чувствительны к таким факторам дифференциации как лито-геохимический фон и генетический горизонт (Хорошев, 2001).
Рис. 3. Распределение тяжёлых металлов в горно-лесных почвах (северная экспозиция).
Анализ рисунка 3 позволяет говорить об интенсивном рассеивании кадмия и свинца в пределах опорного участка «пихта 1» (Кр 2-3,2) и уменьшение рассеивания на опорном участке «пихта 2» (Кр 2-2,5). В пределах участка «пихта 3» наблюдается концентрация этих же элементов (Кк 1-2,5). Такой рост содержания свинца и кадмия в гумусовом горизонте с увеличением абсо-
лютной высоты связан с усилением влияния химического состава материнской породы.
Накопление меди происходит интенсивно в гумусовом горизонте опорного участка «пихта 1» (Кк 2,2) и «пихта 3» (Кк 1,2) и рассеивается в пределах «пихта 2» (Кр 2,5). Рассеивание цинка незначительное и не имеет больших колебаний с изменением высоты (Кр 1,5-1,8).
Рис. 4. Распределение тяжёлых металлов в горно-лесных почвах (южная экспозиция)
луг1 лу2 л^К /п^К Л'уГб
/ ^ / ч.
■/\^
- медь свинец ■ кадмий ЦИНК-
опорный участок
Рис. 5. Распределение тяжёлых металлов в горно-луговых почвах.
По данным графиков на рисунке 4 можно говорить об интенсивном рассеивании свинца, кадмия и меди (Кр 2,5-3) опорного участка «сосна 3» и концентрацию цинка ( Кк 1,4), а в пределах «сосны 2» уменьшение рассеивания меди ( Кр 2,1 ) и свинца (Кр 2,4) по сравнению с «сосной 1» и сильное рассеивание цинка (Кр 1,3). Отмечаются резкие изменения в распределении кадмия. Если в «сосне 3» обнаружено рассеивание (Кр 2,5), то в «сосна 2» - концентрация (Кк=1). В пределах опорного участка «сосна 3» свинец, медь и цинк имеют наименьшие показатели рассеивания (Кр 1,2), а показатели рассеивания кадмия достигают максимальных величин (Кр 3,3).
Таким образом, для латерального распределения свинца и меди горно-лесных почв южной экспозиции характерно уменьшение показателей рассеивания вниз по склону. Увеличение концентрации цинка
характерно вверх по склону, а для кадмия -максимальное рассеивание в верхней и нижней части склона с резким увеличением его содержания в средней части. В целом, для всех элементов характерно рассеивание. Исключение составляет цинк, который концентрируется в пределах опорного участка «сосна 3» и «сосна 2».
В распределении РЬ, Си, 2п, Сё по исследуемой территории ярко выражена общая тенденция к рассеиванию (рис. 5). Так, Кр у большинства элементов здесь колеблется от 1 - 4 в горно-луговых. В то же время в лесных его величина 0,5-3, что объясняется интенсивными процессами выщелачивания и особенностями литогеохимического фона. По результатам анализа в горно-луговых почвах региона обнаружено общее рассеивание Си, 2п, Сё (Кр > 1) на опорных участках «луг 2», «луг 3» и «луг 4», а рост концентрации этих элементов наблюдается в
гумусовом горизонте опорного участка «луг 1», где Кк>1 (рис.5). Концентрация свинца резко увеличивается от «луг 6» к «луг 5» и достигает максимума в почвенном профиле участка «луг 4», где Кк 1,5, а на опорном участке «луг 1»следует отметить максимальное его рассеивание (Кр 3,8). Наибольшая тенденция к рассеиванию обнаружена для кадмия. На всех опорных участках его Кр 2-4 и лишь на опорном участке «луг 5» Кр=1. В распределении меди и цинка выражена менее интенсивная тенденция к рассеиванию, чем у кадмия. В нижней и верхней частях склона эти элементы накапливаются, а в транзитной рассеиваются.
Направленный характер миграционных потоков и смена на пути их движения геохимических обстановок приводят к дифференциации химических элементов как в радиальном, так и в латеральном направлениях (Глазовская, 1988). Подвижность химических элементов зависит от ряда физических и химических условий среды. Изменение этих условий на небольшом расстоянии приводит к возникновению биогеохимических барьеров.
Почва, как результат взаимодействия живой и неживой природы, служит биогеохимическим барьером, определяющим специфику внутриландшафтного пространства. Те части ландшафтно-геохимических систем, в которых на коротком расстоянии изменение условий миграции вызывает концентрацию определённых химических элементов, называются геохимическими барьерами (Глазовская, 1988). По форме геохимические барьеры разделяются на линейные и площадные. Площадные барьеры могут простираться на большие расстояния в пределах границ сопряжённых ландшафтов или подсистем ландшафта (правило геохимической экотонности) (Касимов, Геннадиев, 2005). Положение в пространстве таких барьеров обусловлено рядом причин, в том числе расчленённостью рельефа и различными биоклиматическими условиями (Глазовская, 1964). Наряду с этим биогеохимические барьеры относятся к важным концентрационным Механизмам, препятствующим выносу элементов (Авессаломова, 2006).
Таблица 1
Геохимические параметры горно-луговых почв (июль 2006)
=3 « ¡2 о т н о К а %( Тяжёлые металлы (мг\кг)
Я н рс оа в £ Оу зи р о Г о £ РЬ Сй Си 2п
Луг 1 А 6,15 15,1 4,76 0,04 14,66 35,0
В 5,69 2,37 4,8 0,09 12,54 31,56
Луг 2 А 5,21 13,33 26,25 2,04 8,58 27,33
В 5,24 5,16 23,25 1,99 2,16 16,56
Луг 3 А 6,12 8,74 31,08 0,02 7,08 21,87
В 5,7 6,27 13,14 0,08 7,72 16,35
Луг 4 А 5,09 16,12 40,73 0,02 13,18 23,87
В 5,3 4,9 10,67 0,01 12,18 15,0
Луг 5 А 4,9 8,81 23,25 0,1 11,53 26,4
В 5,33 10,4 17,73 0,15 9,32 19,12
Луг 6 А 4,7 10,8 32,7 0,76 15,11 34,01
В 5,26 5,0 14,8 0,77 11,64 28,79
По данным таблицы 1 можно говорить о наличии биогеохимического барьера в зоне экотона сосновых редколесий, берёзовых криволесий и высокотравных субальпийских лугов склонов трогов (опорный участок «луг 2»), а так же в зоне экотона субнивального (опорный участок «луг 6»). Так, на опорном участке «луг 2» обнаружено уменьшение рН (5,2) и интенсивное осаждение калия, азота, фосфора, что объясняется значительной продуктивностью фитоценозов зоны экото-на. Заметное увеличение концентрации кадмия и свинца по сравнению с опорным участком «луг 1», связано с влиянием состава горных пород, а также с наименьшей их подвижностью. Медь и цинк также имеют тенденцию к накоплению в связи с их биологической аккумуляцией.
На барьере экотона субнивального (опорный участок «луг 6») происходит усиление кислотности (рН 4,7) и увеличение содержания свинца, кадмия, что объясняется усилением влияния фактора литогеохимиче-ского фона с высотой, а также меди, цинка и азота по причине более интенсивного их биогенного накопления. Также следует отметить снижение концентрации азота, фосфора и калия в связи с уменьшением продуктивности биоценозов, которая обусловлена изменением термических условий.
При сравнении геохимических параметров горно-луговых и горно-лесных почв, следует отметить следующие особенности:
- более широкий диапазон колебаний количественных показателей концентрации элементов в горно-луговых, чем в горно-лесных почвах;
- накопление биофильных элементов, гумуса и свинца в горно-луговых с резкими колебаниями в их латеральном распределении;
- в горно-лесных почвах обнаружено рассеивание тяжёлых металлов на склоне северной экспозиции и интенсивное накопление калия; в распределении свинца отмечается уменьшение по почвенному профилю с глубиной на
склоне северной экспозиции и увеличение на склоне южной; - зонам экотонов соответствуют площадные биогехимические барьеры, в пределах которых наблюдается увеличение содержания элементов питания и изменение содержания изучаемых микроэлементов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авессаломова И.А. Биогеохимия среднета-ёжных ландшафтов юга Архангельской области // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. - 2006. - № 1.
2. Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследования природных ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1964.
3. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высш. шк., 1988. 328с.
4. Горышина Т.К. Экология растений. — М.: Высшая школа, 1979.
5. Добровольский В.В. Основы биогеохимии — М.: Высшая школа,1988.
6. Касимов Н.С., Геннадиев А.Н. Геохимия ландшафтов и география почв. Основные концепции и подходы // Вестник Моск. унта. Сер. 5. Геогр. — 2005. — № 2.
7. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. — М., 1975.
8. Серебряков А.К., Чикалин А.Н., Шальнев В.А. Бурые горно-лесные почвы восточного склона хребта Малая Хатипара // Тр. Тебердинского заповедника. Вып.8. — Ставрополь, 1972.
9. Хорошев А.В. Факторы дифференциации микроэлементов в почвах центрального Кавказа // Известия АН. Серия географическая. — 2001. — № 6. — С. 77—82.
10. Шальнев В. А., Серебряков А.К., Чикалин А.Н. Горно-луговые почвы хребта Малая Хатипара // Тр. Тебердинского заповедника. Вып. 9. —Ставрополь, 1977. — С. 88—104.
Об авторе
Сутормина Элла Николаевна, аспирант кафедры физической географии ГОУ ВПО Ставропольского государственного университета. Сфера научных интересов - биогеохимия высокогорных ландшафтов, автор 7 публикаций. е11а7806@шаП. ги
