CC BY
23
УДК 631.4
'А.О. Курасова, 2А.О. Константинов, 1С.В. Лойко, 1С.П. Кулижский
'Национальный исследовательский Томский государственный университет, [email protected] 2Тюменский индустриальный университет, [email protected]
СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ ПЕСЧАНЫХ МАССИВОВ ЮГО-ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Песчаные массивы широко распространены в переглициальной зоне Западной Сибири. Процессы почвообразования для таких территорий определяются физическими и минералогическими свойствами песков и контрастностью древнеэолового дюнного рельефа. В таких условиях наиболее значимым почвообразовательным процессом является альфегумусовый, в то время как другие процессы имеют подчиненный характер. Соответственно ведущую роль, в организации почвенного покрова и форсировании свойств почв, играет железо. В предлагаемой работе представлены результаты исследований особенностей соединения железа в сопряженных почвах эолового рельефа песчаных массивов юга Западной Сибири на примере Обь-Томского и Тура-Пышминского междуречий.
Ключевые слова: эоловые дюны; альфегумусовые почвы.
Введение
Особенности физических свойств и минералогического состава песчаных отложений оказывают значительное влияние на свойства и разнобразие почв, сформированных на таких субстратах. Почвообразование на песчаных отложениях (особенно на кварцевых песках) зачастую протекает практически независимо от конкретных биоклиматических условий и приводит к формированию сходных по химическим свойствам и морфологическим особенностям профилей в широком диапазоне природных зон (от таежной до степной). К основным свойствам песков, влияющим на направленность и интенсивность почвообразования относят: низкую поглотительную способность, бедность элементами питания, низкую микробиологическую активность, низкую буферную способность, высокую водопроницаемость и низкую влагоемкость, высокую воздухопроницаемость, бесструктурность и неустойчивость к эрозионным процессам, специфический термический режим (Гаель, Смирнова, 1999). Перечисленнные выше особенности песчаных отложений, как почвообразующей породы, сказываются на лимитированном количестве возможных процессов, протекающих в таких почвах.
Субаэральные песчаные отложения широко распространены на юге Западной Сибири от Зауралья до Енисея. Крупные массивы песков,
приуроченные ко вторым надпойменным террасам крупных рек и древним ложбинам стока, являются важным компонентом ландшафтов рассматриваемоей территории и оказывают непосредственное влияние на устойчивость, возможные направления хозяйственного использования и разнообразие почвенного покрова региона. Зачастую рассматриваемые территории характеризуются наличием древнеэолового дюнного рельефа, формирование которого происходило в перигляциальной зоне северной Евразии в позднем плейстоцене (Drenova et al., 1997; Zee-berg, 1998; Парначев В., Парначев С., 2010).
Для почв древних ложбин и вторых надпойменных террас юга Западной Сибири, формирующихся на древнеаллювиальных перевеянных полиминеральных песках, характерна ведущая роль альфегумусового процесса (Дюкарев,Пологова,2011; Константинов и др., 2018). Гумусонакопление и подзолистый процесс выражены слабо из-за провальной фильтрации песков, минералогического богатства, низкой зольности опада, динамичности почвообразования и проявлений латеральной миграции в условиях контрастного эолового рельефа. В таких условиях важнейшую роль в дифференциации профилей песчаных почв и направленности почвенно-геохимических процессов, играют соединения железа.
Цель работы - изучение особенностей
поведения железа в почвах песчанных массивов юга Западной Сибири (на примере ключевых участков Обь-Томского и Тура-Пышминского междуречий), а также выявление провинциальных особеностей в выраженности связанных с данным элементом альфегумусового процесса.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования послужили альфегу-мусовые почвы песчаных массивов Обь-Томского и Тура-Пышминского междуречий. В пределах территории Тура-Пышминского междуречья древнеэоловые песчаные отложения и участки распространения дюнного рельефа приурочены ко второй и третьей надпойменным террасам рек Туры и Пышмы, а также окрестностями Андреевской озерной системы (Эколого-геологическое ..., 2001). На территории Обь-Томского междуречья эоловый дюнный рельеф приурочен к древним ложбинам стока и низким надпойменным террасам рек Томи и Оби (Kulizhsky et а1., 2015). В таблице 1 дана сравнительная физико-географическая характеристика рассматриваемых территорий.
Для исследований особенностей почв и их свойств, в пределах рассматриваемых участков, в период с 2016 по 2018 гг. были заложены более 50 почвенных разрезов. В рамках настоящей работы особенности поведения железа в почвах древнеэ-
оловых ландшафтов, охарактеризованы на примере двух пар разрезов, характеризующих автономные позиции вершин дюн и днищ междюнных понижений. Названия почв и почвенных горизонтов даны в соответствии с «Классификацией и диагностикой почв России» (2004).
Аналитические работы включали определение потери при прокаливании, pH водной и солевой вытяжек потенциометрическим методом, органического углерода по методу И.В. Тюрина, валового содержания Al и Fe рентгенофлуоресцентным методом, несиликатных соединений Fe по методу Мера-Джексона, оксалаторастворимых соединений Fe по методу Тамма и Al по Зонну с фотометрическим окончанием. Гранулометрический состав почв и песчаных отложений определялся на лазерном анализаторе частиц Beckman Coulter серии LS 13 320 SW с предварительным диспергированием проб пирофосфатом.
Результаты и их обсуждение
На рисунке 1 представлены фотографии репрезентативных разрезов, иллюстрирующих почвообразование на участках распространения эолового рельефа Тура-Пышминского и Обь-Томского междуречий.
Для территории Тура-Пышминского между-
Таблица 1. Сравнительная физико-географическая характеристика ключевых участков
Ключевые участки Рельеф Песчаные отложения Климат Растительно сть Почвы Антропогенное воздействие
Залесенные Мелко- и тонкозернистые Континентальный. Среднегодовая температура 2.2 0С Район серых лесных почв, выщелоченных чернозёмов и боровых песков Сплош-
Тура-Пышмин-ское междуречье дюны высотой до 15 м (в среднем 6-8 м) желтые и желтовато-серые пески, с прослоями супеси Лесные культуры сосны ные рубки, частые пожары
Хорошо
Обь-Томское междуречье Залесенные дюны высотой до 20 м (в среднем 8-10 м) сортированные мелко- и средне-зернстые кварц-Полевошпатовые пески с тонкой слоистостью Резкокон- тинен-тальный. Среднегодовая температура 2.2 0С Вторичные сосновые зеле-номошные леса Район серых лесных почв Интенсивные рубки, рекреационная деятельность
российский журннл ииой экологии
Рис. 1. Альфегумусовые почвы Тура-Пышминского междуречья (А); Обь-Томского междуречья (Б)
речья характерно формирование дерново-под-буров иллювиально-железистых псевдофибровых в автономных позициях на вершинах дюн и дерново-подбуров иллювиально-железистых оподзоленных глеевых в днищах междюнных понижений. Строение профиля, мощность и выраженность генетических горизонтов как в почвах верхней, так и в нижней частей катены, в значительной степени обусловлены деятельностью человека. Рубки, пожары и последующая механизированная распашка почв для посадок привели к гомогенизации профилей почв автономных позиций и формированию достаточно мощного намытого горизонта ЛУ в почвах междюнных понижений за счет активизации эрозионных процессов.
В пределах участков эолового рельефа Обь-Томского междуречья наблюдается большая вариабельность почвенного покрова: в зависи-
мости от относительных высот дюн, формы и площади водосборов междюнных понижений в пределах рассматриваемой территории могут формироваться как дерново-подбуры иллювиаль-но-железистые, так и иллювиально-гумусовые. На вершинах крупных дюн, как правило, преобладают слаборазвитые дерново-подбуры иллю-виально-железистые (иногда оподзоленные), а в днищах междюнных понижений формируются или дерново-подбуры иллювиально-железистые псевдофибровые или мощные дерново-подбуры иллювиально-гумусовые с контрастным кофей-но-коричневым BH и развитым ЛУ.
Физико-химические свойства рассматриваемых почв представлены в таблице 2. Для почв Тура-Пышминского междуречья характерно преобладание фракций мелкого песка. Для рассматриваемых почв свойственна кислая реакция
Рис. 2. Распределение железа в альфегумусовых почвах Тура-Пышминского (а, б); Обь-Томского междуречий (в, г), %. (Fed - несиликатное; Feобщ - валовое; Feо - аморфное)
Таблица 2. Физико-химические свойства почв
Содержание фракций, %
ы Ил тонкий (0.0001-0.0005 мм) Ил грубый (0.0005-0.001 мм) Быль мелкая (0.001-0.005 мм) яя м) 3? ий м) й) и)
Разрез Горизонт Глубина, см рН г вод. рН * сол. С , %г 111111, % Ил коллоидн (<0.0001 м! ня м оЯ ь 5-л0 Йо и о ь 1- Й в лки м ел5 й ® о5 с а Шсок средн (0.25-0.5 мм
Тура-Пышминское междуречье
ЛУ 2-5 4.82 4.34 0.27 1.04 0.5 2.3 2.0 11.4 9.5 39.1 30.9 2.9
BF 10-15 5.90 4.48 0.17 1.09 0.4 2.5 1.8 6.9 5.1 41.2 39.3 2.8
ТР8- ВСох 35-40 6.01 4.75 0.01 0.21 0.0 2.2 1.1 3.2 1.5 10.9 76.6 4.5
17 ВОТ 80-90 6.21 4.77 0.01 1.96 0.0 1.8 0.9 2.3 0.8 9.9 77.8 6.3
ВС 100-120 5.91 4.87 0.04 0.99 0.3 1.9 1.1 3.6 1.6 15.2 70.7 5.6
ВСТТ 130 6.30 3.34 0.07 0.01 0.0 1.1 0.6 1.7 0.6 7.0 81.4 7.6
АУ 5-15 3.37 3.22 2.24 5.28 0.2 1.2 0.9 2.9 1.6 19.4 72.0 1.8
ТР9- ЛУе 20-30 3.50 3.40 1.82 5.21 0.1 1.5 1.0 3.3 2.0 25.6 65.0 1.5
17 Е^ 30-35 3.65 3.85 0.24 0.98 0.2 1.4 1.0 2.7 1.8 35.9 55.8 1.2
БЕ 40-45 3.94 3.92 0.42 3.00 0.3 1.9 1.6 7.8 4.6 25.2 57.2 1.4
Обь-Томское междуречье
ЛУ 0-5 5.01 4.07 0.87 3.03 0.5 2.0 1.6 10.6 9.4 25.3 45.2 4.8
ББ 20-30 4.98 4.26 0.05 1.42 0.5 2.0 1.5 8.5 6.3 20.1 59.1 2.0
ОТ4-17 ВС 60-70 5.60 5.12 0.13 0.01 0.5 2.1 2.2 12.3 7.0 20.2 51.9 2.7
СТ 90-100 5.83 5.09 0.10 0.98 0.2 0.7 0.7 3.1 1.2 12.6 62.8 2.2
СТ 120-130 5.87 4.85 0.05 0.12 0.2 1.1 1.3 5.0 2.3 15.1 73.1 1.9
ЛУ 0-5 5.66 4.74 4.52 4.50
ВН1 20-30 5.79 4.61 1.16 3.08 0.3 1.0 0.6 4.0 4.3 24.9 55.8 9.1
ОТ7- ВН2 40-50 5.52 4.56 0.23 3.06 0.3 1.2 0.7 4.5 4.2 22.2 63.8 3.1
17 ВСох 70-80 5.70 3.51 0.07 0.97 0.4 1.4 0.9 4.8 3.8 21.2 64.9 2.6
ВСох,Т 100-110 6.19 4.71 0.02 0.01 0.8 3.2 1.9 8.6 4.8 22.8 57.5 0.4
СЩох 140-150 6.12 4.57 0.13 0.99 0.2 0.9 0.8 3.2 1.6 20.3 70.7 2.3
среды всего почвенного профиля, для горизонтов, обогащенных железом - слабокислая (разрез ТР-8). В почвах автономной позиции содержание органического углерода уменьшается от 0.27% в ЛУ до 0.01% в СТТ. В гумусовых горизонтах днищ междюнных понижений эти значения увеличиваются до 2.2% в AY; кроме того, наблюдается более равномерное распределение органического углерода по профилю.
Для почв песчаных массивов Обь-Томского междуречья характерны более низкие значения рН. В гранулометрическом составе дерново-под-буров рассматриваемого ключевого участка характерно большее, по сравнению с почвами Ту-ра-Пышминского междуречья, количество фракции пыли при преобладании фракции мелкого песка. Процесс гумусонакопления выражен лучше, что отражается в более высоком содержании Сорг в ЛУ (до 3-4%) и в большей мощности гумусового
профиля. Так, содержание органического углерода в иллювиально-гумусовом горизонте ВН, на глубине 20 см, достигает 1% в почве междюнного понижения.
Необходимо отметить, что общее содержание железа в почвах песчаных массивов юга Западной Сибири достаточно низкое - не более 5 %, что характерно для эоловых ландшафтов (Jankowski et а1., 2014). Наиболее высокие значения характерны для гумусовых горизонтов и ВН иллювиаль-но-гумусовых подбуров Обь-Томского междуречья. В целом, более высокое содержание железа характерно для почв второго ключевого участка, что с одной стороны может быть объяснено более богатым минералогическим составом песков, с другой более выраженным процессом гумусона-копления.
Графики, иллюстрирующие распределение Беобщ, Реа, Бео в рассматриваемых почвах пред-
ставлены на рисунке 2. Во всех изученных почвах общее содержание железа и его формы имеют ярко выраженный аккумулятивный тип распределения по профилю с выраженным максимумом в гумусовом горизонте. Содержание Feo и Fed в рассматриваемых почвах (для обоих ключевых участков) в целом пропорционально содержанию органического вещества и валового железа. Обнаруживается следующая закономерность: соотношение Feo/Fed ниже в почвах подчиненных ландшафтов, достигая 1.5% в почве междюнного понижения Тура-Пышминского междуречья, формирующейся в условиях близкого залегания грунтовых вод и постоянного переувлажнения. В таких условиях происходит интенсивный вынос железа из почвенного профиля. Интересно, что сильное обеднение Fed характерно для почвы, имеющей наиболее выраженные признаки формирования подзолистого горизонта E, практически не обнаруженного в других почвах рассматриваемого участка. В то же время наблюдаются некоторые различия в соотношении отдельных соединений железа. Так значения Feo/Fed заметно выше в почвах Обь-Томского междуречья, достигая в отдельных горизонтах значений 0.7-0.9%.
Заключение
Полученные результаты отражают специфические особенности почв двух участков распространения покровных песчаных отложений юга Западной Сибири.
Общее содержание железа выше в песчаных почвах Обь-Томского междуречья, что, вероятно, обусловлено минералогическим составом отложений.
В почвах подчинённых ландшафтных позиций увеличивается соотношение Fo/Fed. Наименьшие значения Fo/Fed наблюдаются в почвах междюнных понижений Тура-Пышминского междуречья. В альфегумусовых почвах Обь-Томского междре-чья, в условиях повышенного гидроморфизма и при интенсификации эрозионных процессов, за счет хозяйственной деятельности человека, происходит вынос Fed из почв. Интересно, что именно в этих почвах наряду с альфегумусовым процессом заметны признаки подзолообразования, не характерные для почв рассматриваемой территории, формирующихся в условиях более континентального климата.
Для почв песчаных массивов Обь-Томского междуречья характерны более высокие значения Fd/Feo, что, по всей видимости, обусловлено большей интенсивностью процессов гумусонакопле-ния.
Исследование поддержано Российским фон-
дом фундаментальных исследований, проект № 18-34-20129_мол-а-вед.
Список литературы
1. Гаель А.Г., Смирнова Л.Ф. Пески и песчаные почвы. М., 1999. 252 с.
2. Дюкарев А.Г., Пологова Н.Н. Почвы Обь-Томского междуречья // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. №3 (15). С. 16-38.
3. Дюкарев А.Г., Пологова Н.Н. Почвенно-географиче-ское районирование Томской области // Почвоведение. 2002. №3. С. 282-294.
4. Классификация и диагностика почв России / Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
5. Константинов А.О., Лойко С.В., Курасова А.О., Кулиж-ский С.П. Закономерности литолого-геоморфологической организации почвенного покрова песчаных массивов юга Западной Сибири // Успехи современного естествознания. 2018. №7. С. 151-156.
8. Парначёв В.П., Парначёв С.В. Геология и полезные ископаемые окрестностей города Томска. Томск: Томский государственный университет, 2010. 144 с.
9. Эколого-геологическое картографирование масштаба 1:200 000 территории листов О-41-XXIV, XXX (Отчет Восточной съемочной эколого-геологической партии за 19932001 гг.): в 10 кн./отв. исп. Л.И. Ануфриева. Тюмень: ЗАОТ-КГРЭ, 2001. Кн. 1. 354 с.
10. Drenova A.N., Timireva S.N., Chikolini N.I. Late glacial dune-building in the Russian plain // Quaternary International. 1997. V. 41. Р. 59-66.
11. Jankowski M. The evidence of lateral podzolization in sandy soils of northern Poland Catena. 2014.V. 112. Р. 139-147.
12. Kulizhsky S.P., Loiko S.V., Konstantinov A.O., Kritskov I.V., Istigechev G.I., Lim A.G., Kuzmina D.M. Lithological sequence of soil formation on the low terraces of the Ob and the Tom rivers in the south of Tomsk Oblast // International Journal of Environmental Studies. 2015. V. 72, №6.Р. 1037-1046.
13. ZeebergJ. The European sand belt in eastern Europe and comparison of Late Glacial dune orientation with GCM simulation results // Boreas. 1998. V. 27, №2. Р. 127-139.
A.O. Kurasova, A.O. Konstantinov, S.V. Loiko, S.P. Kulizhsky. Forms of iron in soils of sand massifs of the south of Western Siberia.
Aeolian sands are widespread in the periglacial zone of Western Siberia. Soil formation processes for such areas are determined by the physical and mineralogical properties of sands and the contrast of the ancient dune relief. In such conditions, the most significant soil-forming process is Al-Fe-humus process, while other processes are subordinate. Accordingly, iron plays a leading role in the organization of soil cover and the forcing of soil properties. The proposed paper presents the results of studies of the features of iron compounds in the conjugated soils of the aeolian relief of sand massifs in the south of Western Siberia on the example of the Ob-Tomsk and Tura-Pyshma interfluves.
Keywords: aeolian dunes; Al-Fe-humus soils.
Информация об авторах
Курасова Алина Олеговна, магистрант, Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, E-mail: [email protected].
Константинов Александр Олегович, научный сотрудник, Тюменский индустриальный университет, Россия, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского 56, E-mail: [email protected].
Лойко Сергей Васильевич, кандидат биологических наук, заведующий почвенным музеем, Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, E-mail: [email protected].
Кулижский Сергей Павлинович, доктор биологических наук, проректор по социальным вопросам, заведующий кафедрой почвоведения, Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, E-mail: [email protected].
Information about the authors
Alina O. Kurasova, Muster Student, Tomsk State University, 36, Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russia, E-mail: kurasovalina@ gmail.com.
Alexander O. Konstantinov, Researcher, Tyumen Industrial University, 56, Volodarskogo St., 625000, Russia, Tyumen, E-mail: [email protected].
Sergey V. Loyko, Ph.D. in Biology, Head of the Soil Museum, Tomsk State University, 36, Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russia, E-mail: [email protected].
Sergey P. Kulizhsky, D.Sc. in Biology, Vice-Rector for Social Issues, Head of the Department of Soil Science, Tomsk State University, 36, Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russia, E-mail: [email protected].
4!
российский журннл им! экологии
