CC BY
10УДК 631.48 417.22
З.Г. Залибеков1, А.Б. Биарсланов1' 2, М.З. Залибекова3, Р.М. Сулейманова1, П.М.-С. Муратчаева
Содержание гумусовых веществ и их значение для разработки теории
поведения почв
Дагестанский государственный университет; аfdgu@mail.ru,
2Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН; pibrdncran@mail.ru,
3Институт геологии ДНЦ РАН; аfdgu@mail.ru
Исследования состава и содержания гумуса являются необходимым условием создания теории поведения почв во времени и пространстве. Теоретическая основа этой концепции - выявление функциональной роли группового и фракционного состава гумуса и его коррелятивной связи с климатическими условиями. Преобладание гуминовых кислот над фульвокислотами в составе гумуса почв характерно засушливым условиям недостаточного увлажнения; превышение величины фульвокислот над гумино-выми наблюдается в зоне избыточного климатического увлажнения. Близкие величины по содержанию гуминовых кислот и фульвокислот обнаружены в почвах оптимального увлажнения.
Ключевые слова: состав гумуса, геологические эпохи, поведение почв, возраст, морские террасы.
Research of humus properties and contents is principle in the theory of soil development in time and space. Its theoretical base consists in revealing functional role of group and fractional humus content and its correlation with climatic conditions. Preponderance of humic acids over fulvic acids in humus composition is typical for dry conditions with poor humidification. Surplus of fulvic value on humic acids is observed in excess climatic humidification zone. Similar entities with humic and fulvic acids are observed in soils with optimal humidification in steppe zone.
Keywords: humus content, geological eras, soil development, age, sea terrace.
При разработке теории поведения современных погребенных ископаемых почв гумусовые вещества воспринимаются в качестве основного показателя, позволяющего проследить процесс формирования палеопочвенных профилей, горизонтов в их историческом развитии.
Разновозрастные почвы содержат органическое вещество, свойства которого сформировались в условиях прошлого геологического отрезка времени на фоновом уровне процессов почвообразования. Несмотря на изменения, характерные гумусовым веществам погребенных и ископаемых почв, сравнительный анализ их показателей с современными позволяет наметить пути для определения диагенетических преобразований [8].
Значимость этих показателей сводится к тому, что генетические, биологические, экологические свойства современных погребенных и ископаемых почв могут служить достоверным признаком для диагностики прошедших стадий единого почвообразовательного процесса [5].
Объекты исследования и методические подходы
Предлагаемая работа является первым этапом исследований гумусовых веществ по созданию теоретической основы изучения разновозрастных почв в зависимости от изменения климатических условий. Исходя из этих принципов приводимый материал использован для интерпретации соотношений гумусовых кислот, фульвокислот и почвен-
ных гуминов для восстановления климатических характеристик стадий формирования погребенных и ископаемых почв [4].
Для интерпретации анализов приведены данные по содержанию состава гумуса почв каштанового типа, формирующегося в переходной полосе от Новокаспийского к Хва-лынскому ярусу. Определены географические координаты геологических разрезов по районам Дагестана, где обнаружены погребенные и ископаемые почвы: Акташский разрез в Хасавюртовском, Уллучаевский - в Дербентском районах. Аналитические работы проведены общепринятым методом определения содержания состава гумуса почв с применением современных достижений в области химии органического вещества [ 10, 11]. Для определения характера распределения гумуса и его связей выявлены следующие признаки: сложение, окраска, форма агрегатов, карбонатные новообразования. В отличие от современных почв в погребенных слоях выделяются 2 группы отложений по свойствам органического вещества. К первой группе отнесены консервативные (стабильные) показатели группового состава гумуса - степень и динамика гумификации и содержание органических веществ остаточного гидроморфизма. Во второй группе объединены данные по содержанию общего органического углерода, фракционного состава гумуса и физико-химических свойств гуминовых кислот.
Для познания свойств органического вещества и диагностики поведения погребенных почв во времени рекомендуется использовать отношение СГК : СФК как главный показатель возраста морфологически выделенных горизонтов.
Обработка материала и обсуждение результатов
Результатами исследований установлено, что отношение содержания гуминовых кислот к фульвокислотам является достоверной характеристикой органического вещества современных погребенных ископаемых почв.
Важное значение имеет использование данных по современным почвам для интерпретации и прогноза изменений, происходящих в профиле древних почв Прикаспийской низменности. Профильные показатели соответствуют параметрам первой группы признаков и отражают тип климатического увлажнения. Климатические условия способствуют формированию водных, воздушных свойств каштановых почв, характерных для зоны недостаточного увлажнения с непромывным типом водного режима [1].
Групповой состав гумуса, гуминовые кислоты, фульвокислоты относятся ко второй категории признаков, способных долго сохраняться неизменными. Свойства третьей категории почвенных гуминов способствуют стабилизации гумусового состояния, сохраняя первичные (до погребения) показатели, формируя поведение (реакцию) почвенных индивидумов во времени. Стабильность, устойчивость гуминов предполагает генетическую их связь с геологической породой как одного из факторов гумусообразова-ния. Для характеристики содержания и состава гумуса приводятся данные по каштановым почвам [4, 5, 6, 8] зоны распространения морских террас в пределах Терско-Кумской, Терско-Сулакской низменности (табл. 1).
Таблица 1. Содержание гумуса и фракционный состав гуминовых кислот каштановых почв Терско-Сулакской низменности, % Сорг
Разрезы, Гумино- Фракции
глубины, см Почвы Гумус вые кислоты Гумины 1 2 3 сумма
12 Темно-
0-10 каштано- 4,08 16,30 43,61 2,30 10,98 6,82 19,70
23-30 вая выще- 1,37 12,00 41,18 2,15 12,04 4,71 19,10
40-50 лоченная 0,95 19,1 35,11 1,80 9,80 3,15 13,55
7 Темно-
0-5 каштано- 4,59 27,31 46,47 12,18 12,00 3,53 27,71
5-12 вая кар- 2,30 24,18 43,04 16,45 9,11 5,70 31,26
30-40 бонатная 1,50 17,84 42,95 10,80 10,82 6,89 28,51
548 Каштано-
0-10 вая солон- 3,04 26,09 45,22 2,40 10,58 4,82 17,82
25-35 цеватая 1,97 29,71 43,13 2,01 12,94 4,71 19,66
40-50 0,91 18,55 41,40 1,80 9,60 3,80 15,20
64 0-5 5-10 Светло-
каштановая карбонатная 1,12 0,93 31,8 30,8 неогр. то же 3,4 3,2 20,3 20,2 7,6 7,4 31,80 30,80
Максимальное количество гумуса выявлено в темнокаштановой выщелоченной почве 4,8-4,9 % при заметном уменьшении с глубиной. Гуминовые кислоты относительно процентного содержания углерода отличаются уменьшением с глубиною, иллюстрируя влияние почвообразующих пород и острого недостатка атмосферных осадков. Во фракционном составе гуминовых кислот у светлокаштановых карбонатных почв выявлено значительное количество первой фракции, связанной со щелочными и щелочноземельными металлами (№, К, Са, Mg). Общая тенденция их увеличения указывает на индицирующую роль типов климата соотношений фракций гуминовых кислот в разработке палеоклиматических реконструкций. Максимальные показатели почвенных гу-минов у светлокштановых почв (по отношению Сорг) достигают 30,08-31,08 %, объясняя важную роль в их формировании в условиях острозасушливого климата (табл. 2). Увеличение содержания вышеназванных элементов в гуминовых кислотах выступает в качестве интегрального показателя генетико-временного состояния почв морских террас. Влияние условий их почвообразования отражается на элементном составе гумино-вых кислот, где преобладают гуматы Са, Мg. Эти показатели характеризуют общие черты, свойственные поведению (ощелачиванию) современных почв, приуроченных к геологическому отрезку по времени - голоцену. Информационные показатели гумино-вых кислот и их динамика позволяют проводить оценку сохранности и устойчивости. Важное значение в диагностике гумусового состава почв имеет фракционный состав фульвокислот как соединений, находящихся в состоянии устойчивого функционирования.
Сравнивая первую фракцию фульвокислот с показателями других фракций, можно отметить уменьшение абсолютной величины и неравномерное изменение по разновидностям почв. Максимальные показатели присущи темнокаштановой карбонатной почве. В слое 0-5 см (разр. 7) определено 29,48 % Сорг, где почвообразующая порода пред-
ставлена легкосуглинистым гранулометрическим составом. Минимальное содержание третьей фракции характеризует доминирующую роль засушливого климата в гумусо-образовании, ограничивая накопление фульватов алюминия и железа.
Особенностью фракционного состава фульвокислот является заметное уменьшение суммы всех фракций и долевого участия щелочноземельных металлов. Значительная сумма фракций фульвокислот темнокаштановых почв в поверхностном слое позволяет определить относительное превышение их возраста по сравнению со светлокаштано-выми почвами.
Таблица 2
Фракционный состав фульвокислот каштановых почв, % Сорг
Разрезы, глубины, см Почвы с ракции Сумма
1 2 3
12 0-10 23-30 40-50 Темно-каштановая выщелоченная 10,57 15,29 10,01 9,25 7,11 3,96 3,88 2,79 19,82 22,40 12,80
7 0-5 5-12 30-40 Темно-каштановая карбонатная 19,53 8,23 12,03 - 9,93 8,23 5,27 29,47 16,46 17,30
548 0-10 25-35 40-50 Каштановая солонцеватая 9,95 9,56 7,11 3,79 3,48 2,15 7,11 6,96 4,57 13,74 13,04 20,00
64 0-5 5-10 Светло-каштановая карбонатная 6,97 5,94 4,55 3,17 6,17 5,11 17,69 14,22
Изменения, происходящие в свойствах почв по параметрам фульвокислот, являются одним из важных звеньев создания теории поведения почв во времени. Кроме того, этот показатель позволяет диагностировать признаки органического вещества и изменений, происходящих в определенной климатической зоне с соответствующими коэффициентами увлажнения и водно-тепловым режимом.
В групповом составе гумуса темнокаштановой выщелоченной и каштановой карбонатной почв преобладают гуминовые кислоты с соотношением СГК : СФК > 1. Гуматная направленность почвообразования и наличие сдвигов в признаках зонального режима свидетельствуют о наступлении зрелой стадии формирования почв каштанового типа. Степень гуматности гумуса возрастает от каштановых к темнокаштановым, являясь одним из главных признаков поведения современных почв (табл. 3). Значительную часть гумусовых веществ представляют гуминовые и фульвокислоты - 37,82-43,12 % от общего углерода органического вещества. В темнокаштановых карбонатных почвах по сравнению с каштановыми обнаруживается относительно высокое содержание гумино-вых кислот, что связано с увеличением продолжительности почвообразовательных процессов, протекающих на разных геологических ярусах [2, 3].
Таблица 3
Групповой состав гумуса темнокаштановой выщелоченной и каштановой карбонатной
почвы
Группы Разрез 12 темно-каштановая Разрез 548 каштановая
0-10 см 25-35 см 0-10 см 25-35 см
Сорг % перевод на 100 % Сорг % перевод на 100 % Сорг % перевод на 100 % Сорг % перевод на 100 %
Воско-смолы 3,79 3,81 3,48 3,45 5,77 6,06 5,13 5,17
Гуминовые кислоты 21,27 22,37 26,09 25,86 18,31 18,18 16,84 16,94
Фульвокисло-ты 20,85 20,96 20,00 19,81 20,51 21,53 14,59 14,67
Нерастворимый осадок 43,13 13,33 45,22 44,83 46,47 48,82 45,95 46,19
Вещества, растворимые в 1,0 N НС1 3,32 3,34 0,87 0,83 1,60 1,68 3,11 3,13
Вещества, растворимые в Н2SO4 6,16 6,19 5,22 5,17 3,53 3,71 12,84 12,90
Сумма 99,52 100,00 100,88 99,95 100,00 100,00 99,46 100,50
Общее распределение гумусовых веществ по профилю характеризуется неравномерным изменением с глубиною, где максимальное количество их выявлено в поверхностном горизонте. Тенденция его уменьшения с глубиною видна (разрез 548) при переходе из верхнего слоя 0-10 см (18,31 %) к слою 25-35 см (16,84 %). Распределение фульво-кислот по профилю отличается близкими величинами по горизонтам, где растворимая часть (в кислотах, щелочах) значительно меньше по сравнению с нерастворимым остатком. Стабильно высокая величина характерна нерастворимой части гумуса, причем, абсолютная его величина по разновидностям почв и глубинам профиля существенных различий не показывает.
Выводы
Выявленные закономерности изменения состава и свойств гумусовых веществ вносят определенный вклад в развитие теории поведения почв во времени и основываются на следующих положениях.
1. Динамичность, информативность параметров гумусовых веществ, генетическая природа которых отличается трансформацией во времени и формированием корелля-тивных связей с климатическими условиями.
2. Обоснованы методы создания теории поведения почв во времени: теоретическая основа ее - закономерности изменения группового и фракционного состава гумуса в геологические отрезки времени. Преобладание гуминовых кислот над фульвокислота-ми характерно геологическому периоду недостаточного увлажнения - полупустынному, пустынному направлениям почвообразования; преобладающая роль фульвокислот над гуминовыми свойственна периоду избыточного увлажнения - лугового, дернового, подзолистого типов почвообразования; равновеликое количество гуминовых кислот и фульвокислот создается при умеренно-влажном климате черноземов луговых степей, лесостепного, лесного направлений почвообразования.
3. В качестве интегрального показателя генетико-временного состояния почв выступают увлажнение, содержание гуматов кальция, магния, характеризующие поведение современных почв, подверженных ощелачиванию. Отношение гуминовых кислот к
фульвокислотам (СГК : СФК > 1) характеризует гуматную направленность почвообразования и наличие сдвигов в развитии зональных почв зрелой стадии каштанового типа почвообразования.
Статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Соглашение № 14.В37.21.0192).
Литература
1. БаламирзоевМ.А., Мирзоев Э.М.-Р. Почвенно-агроэкологическое районирование территории Дагестана. Почвы аридных регионов, их динамика и продуктивность в условиях опустынивания. - Махачкала, 2007. - С. 50-62.
2. Герасимов И.П. Абсолютный и относительный возраст почвы // Почвоведение, 1969. - № 5. - С. 27-32.
3. Глазовская М.А. Погребенные почвы, методы изучения и их палеогеографическое значение // Вопросы географии. - М.-Л., 1956 - С. 19-68.
4. Дергачева М.И., Зыкина В.С., Волков И.А. Проблемы и методы изучения ископаемых почв. - Новосибирск: ИГ и ГСО АН СССР, 1984. - 80 с.
5. Залибеков З.Г. Почвы Дагестана. - М.: Наука, 2010. - 256 с.
6. Залибеков З.Г. Аридные земли мира и их динамика в условиях современного климатического потепления // Аридные экосистемы. - 2011. - Т. 17. - № 1. - С. 5-12.
7. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. - М., 1990. -325 с.
8. КовдаВ.А. Основы учения о почвах. - М.: Наука, 1973. - Т. II. - 467 с.
9. Котенко М.Е. Некоторые изменения гумусового состояния светлокаштановых почв Терско-Кумской низменности при различных пастбищных нагрузках // Почвоведение. - 1993. - № 6. - С. 108-111.
10. Солдатов А.С. Почвенные исследования в Дагестане // Тр. отдела почвоведения Даг. филиала АН СССР, Махачкала, - 1956. - Т. III. - С. 46-59.
11. Тюрин И.В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии. - М. : Наука, 1965. - 320 с.
Поступила в редакцию 5 апреля 2013 г.
