Солоди лесостепного Зауралья – нетрадиционный объект изучения на полевой практике Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Мещеряков П. В. Солоди лесостепного Зауралья - нетрадиционный объект изучения на полевой практике / П. В. Мещеряков // Научный диалог. - 2014. - № 1 (25) : Естественные науки. - С. 106-114.

УДК 378.147.88:631.42+372.857:631.445.54(470.54)

Солоди лесостепного Зауралья -нетрадиционный объект изучения на полевой практике

П. В. Мещеряков

Раскрыты эколого-генетические особенности солодей на территории Каменского района Свердловской области. Обоснован выбор этих почв в качестве объекта изучения студентами на полевой практике, объясняется также выбор территории Каменского района для организации практики. Формой ее проведения выбрана учебная экскурсия на тему «География, генетические особенности и экологические функции солодей лесостепного Зауралья». Предложено использовать данные валового химического, гранулометрического составов, содержания железа и его различных форм в сочетании с полевым изучением морфологических свойств для демонстрации характерной особенности этих почв - четкой элювиально-иллювиальной дифференциации профиля солодей. Сделан вывод о необходимости формирования у студентов представления о защитной и регулирующей роли солодей в ландшафте и важности их охраны. Работа актуальна в рамках совершенствования профессиональной подготовки педагогов-биологов, экологов и географов в вузе. Статья содержат рекомендации, которые могут быть полезными при разработке таких теоретических курсов, как «Почвоведение», «Основы почвоведения и география почв», «Экология почв Урала». Изучение функций почв в экосистемах имеет ярко выраженный междисциплинарный характер и должно рассматриваться как фундаментальная проблема современности.

Ключевые слова: солодь; осолодение; оглеение; элювиально-иллювиальная дифференциация; геохимический барьер; полевая практика; почвенная экскурсия.

Профессиональная подготовка педагогов-биологов, экологов и географов в вузе предполагает изучение таких теоретических курсов, как «Почвоведение», «Основы почвоведения и география почв», «Экология почв Урала», составной частью которых является полевая практика. Наряду с традиционными задачами практики (изучение факторов, условий почвообразования и свойств зональных типов почв) в последнее время большое внимание уделяется знакомству студентов с генетическими особенностями и экологическими функциями почв, которые имеют ограниченное распространение, но представляют большую экологическую и хозяйственную ценность. В качестве такого объекта изучения выбраны солоди на территории Каменского района Свердловской области. Эти почвы традиционно рассматривают [Почвы СССР..., 1979] как самостоятельный генетический тип почв, который отличают весьма специфические условия почвообразования, свойства и экологические функции.

В последней классификационной системе почв России [Классификация., 2004] изменено их таксономическое положение и предложена новая номенклатура. В учебных целях, как и в данной работе. используются прежние, представленные в «Классификации и диагностике почв СССР» [Классификация., 1977] названия этих почв

- солоди.

Цель настоящей работы - показать региональные эколого-гене-тические особенности этих почв, закономерности распространения, многообразие их функций и обосновать выбор солодей в качестве одного из обязательных объектов изучения студентами на полевой практике. Формой проведения практики выбрана учебная экскурсия, имеющая ярко выраженный тематический характер. В данном случае тема экскурсии - «География, генетические особенности и экологические функции солодей лесостепного Зауралья».

Выбор территории Каменского района для проведения практики неслучаен. На протяжении ряда лет студенты географо-биоло-гического факультета Уральского государственного педагогического университета (УрГПУ) проходят полевые практики по геологии, геоморфологии на территории этого района, и у них уже имеются представления об особенностях пород и рельефа как факторах почвообразования.

Почвенный покров Каменского района, как и всего Уральского региона, испытывает влияние техногенного фактора, вследствие чего происходит накопление почвами тяжелых металлов, радионуклидов (территория входит в зону Восточно-Уральского радиоактивного следа), изменяется реакция среды, снижается биологическая активность [Молчанова и др., 2001; Почвенно-экологические., 1996]. Большая часть земель района вовлечена в сельскохозяйственное использование, свойства почв трансформировались под влиянием культуртехни-ческих работ и мелиораций. Очевидно, что эффективное хозяйственное использование загрязненных территорий возможно только с учетом особенностей почвенного покрова, являющегося геохимическим барьером на пути мигрирующих поллютантов, исключением попадания последних в грунтовые воды, наземные гидрологические объекты и пищевые цепи. Поэтому изучение функций почв в экосистемах имеет ярко выраженный междисциплинарный характер и должно рассматриваться как фундаментальная проблема современности [Добровольский и др., 1990; Структурно-функциональная роль., 1999; Соколов, 2004 и др.] и как учебная задача, предусмотренная полевой практикой.

Наиболее полно для данной территории изучены эколого-генети-ческие свойства почв автоморфного ряда (черноземов выщелоченных и оподзоленных, серых лесных и дерново-подзолистых почв), в меньшей степени - лугово-черноземных, луговых и лугово-болотных почв [Почвенно-экологические., 1996], а наименее изученными оказались осолоделые почвы и собственно солоди. Этот пробел был восполнен нашим комплексным исследованием факторов почвообразования, эколого-генетических особенностей, свойств и функций солодей лесостепного Зауралья в границах Свердловской области. Полевые работы были выполнены в 2004-2006 годах, их результаты в обобщенном виде были представлены ранее [Мещеряков и др., 2009]. С учетом полученных данных было разработано содержание учебной почвенной экскурсии как формы проведения практики и предложено несколько маршрутов для изучения эколого-генетических особенностей почв и их функций на территории Каменского района.

За основу экскурсионных маршрутов взяты трансекты, на которых ранее [Почвенно-экологические., 1996] изучались особенности

структуры почвенного покрова Каменского района и роль различных типов почв в перераспределении и накоплении радионуклидов в ландшафте. Их подробное описание представлено в выше указанной публикации. Каждый маршрут (трансекта) пересекает типичные для района исследований формы рельефа, и на нем представлен весь спектр почв от автоморфных до гидроморфных в их логической смене на местности.

Известно, что солоди являются характерной почвой степной и лесостепной зоны и занимают замкнутые блюдцеобразные понижения в рельефе [Ахтырцев и др., 1978; Базилевич, 1967; Почвы СССР...,1979 и др.]. В указанных работах раскрыты генетические особенности этих почв для Европейской части нашей страны. Отличительной чертой данных почв является осолоделый слой - белесый горизонт в верхней части профиля, который начинающие почвоведы (студенты) в полевых условиях путают с оподзоленным или, что бывает значительно реже, принимают за лессивированный горизонт. Осолодение как почвообразовательный процесс представляет собой щелочное разложение минеральной части в результате внедрения и последующего удаления из поглощающего комплекса обменного натрия, а также выноса илистых частиц и аморфных продуктов разложения минералов [Розанов, 2004]. Морфологический профиль этих почв состоит из гумусового, нередко оторфо-ванного, горизонта, собственно осолоделого белесого слабогуму-сированного и нескольких иллювиальных горизонтов, верхний из которых обычно прокрашен потечным гумусом, а более глубокие

- содержат карбонаты и гипс. Характерной особенностью солодей будет и наличие оглеения, которое имеет разную степень проявления, находящуюся в зависимости от глубины локализации в профиле почвы. Отметим, что солоди формируются под пологом лесных, луговых и болотных растительных сообществ с относительно высокой биологической продуктивностью, для них характерны сезонное застаивание влаги в профиле и меняющийся окислительно-восстановительный режим. Все перечисленное определяет высокую динамичность почвообразовательного процесса в годовом цикле. Кроме того, солоди, регулируя условия увлажнения территории и поток геохимических элементов, выполняют в лесостепном ландшаф-

те функции селективных геохимических «колодцев» и барьеров. Блюдцеобразные понижения рельефа собирают поверхностный сток, через генетические горизонты солоди происходит взаимодействие почвенно-грунтовых вод с подземными и перераспределение потока геохимических элементов в последние. Именно эти генетические и функциональные особенности делают солоди интересным объектом изучения на полевой практике.

Естественное разнообразие солодей в районе практики представлено всеми тремя подтипами: солодями лесными, луговыми и болотными. В ландшафте они образуют единый геохимический ряд почв, закономерно сменяют друг друга по мере продвижения от бровки склона лесостепного «блюдца» к его центральной части.

Генетические черты солодей хорошо проявляются в особенностях валового химического состава и в распределении химических элементов по профилю этих почв. Обобщение ранее полученных нами данных по химическому составу этих почв [Мещеряков и др., 2009] позволяет сделать следующие выводы:

1) для всех солодей характерно высокое валовое силикатов, максимум которых приходится на осолоделый горизонт;

2) профильное распределение оксидов железа и алюминия точно отражает элювиально-иллювиальную дифференциацию этих почв;

3) в аккумулятивной части профиля валовой кальций преобладает над магнием, а в нижних горизонтах - наоборот, причем сопоставление данных валового состава с содержанием подвижных форм и других химических элементов свидетельствует об их интенсивном биогенном накоплении;

4) отметим смену реакции среды вниз по горизонтам профиля от слабокислой до слабощелочной. Значения гидролитической кислотности максимальны в верхних генетических горизонтах солодей, а минимальные - в почвообразующей породе. Степень насыщенности основаниями вниз по профилю закономерно возрастает от средней и высокой до очень высокой на глубине более 80-90 см;

5) данные по гумусному состоянию свидетельствуют об активном накоплении органического вещества в аккумулятивной части профиля, иллювиальная его часть насыщена фульвокислотами, обо-гащенность гумуса азотом в осолоделой части профиля обычно низ-

кая, с глубиной она возрастает до средней, а в солоди болотной она даже очень высокая.

Данные по химическому составу солодей используются при объяснении студентам в полевых условиях особенностей внешнего облика (морфологических свойств) рассматриваемых почв. Результаты химических анализов позволяют четко показать границу расчленения профиля на элювиальный и иллювиальные горизонты, а также продемонстрировать, что окраска генетических горизонтов, наличие тех или химических новообразований в горизонтах профиля солодей есть внешнее проявление особенностей химических свойств этих почв.

Проводя морфологическое изучение солодей в полевых условиях, студенты оценивают гранулометрический состав и отмечают его резкую дифференциацию по профилю. Имеющиеся в нашем распоряжении данные свидетельствуют о тяжелом гранулометрическом составе солодей Зауралья с максимальным содержанием физической глины в иллювиальных и оглееных горизонтах. Акцентируем внимание студентов на определенном соотношении различных фракций механических элементов в почвенных горизонтах солодей. Оно отражает в целом специфику лесного, лугового и болотного почвообразования, связанную во многом с характером увлажнения и особенностями передвижения растворов по профилю. Называем рассчитанные нами [Мещеряков и др., 2009] коэффициенты дифференциации профиля по илу, которые для изучаемых почв закономерно возрастают от луговой (1,96) к болотной (2,40) и лесной (3,67) и также свидетельствуют о резкой элювиально-иллювиальной дифференциации профиля солодей.

Определение различных форм железа, как типоморфного элемента, в генетических горизонтах всех трех подтипов солодей позволяет оценить направленность почвообразовательного процесса в целом и отдельных его составляющих. Имеющиеся аналитические данные [Мещеряков и др., 2009; Прокопович и др., 2006] позволяют нам продемонстрировать студентам сходный характер распределения валового железа по профилю всех трех типов почв. Объясняем, что различия в групповом составе железа отражают неоднородность почв по величине рН, окислительно-восстановительным условиям, степени преобразованности минеральной части почвы и особенностям

миграции почвенных растворов в горизонтах. Соотношение форм железа в почвенном профиле солодей диагностирует элювиальную миграцию, которую следует представлять как перемещение нескольких форм железа по профилю, контролируемое почвенно-геохимическими барьерами. Содержание и соотношение различных форм железа в горизонтах профиля можно рассматривать как признак, позволяющий различать все три подтипа солодей [Прокопович и др., 2006]. В солодях выражена преимущественно гумус-железистая форма - синхронное иллювиальное перемещение свободного железа и его форм (слабоокристаллизованных и аморфных) совместно с гумусовыми соединениями. Периодическая смена окислительно-восстановительных режимов способствует сегрегации и железа и марганца, что находит проявление в морфологических признаках. Появление в почвенных горизонтах конкреций, примазок, ржавых пятен и других видов выпадения железа из растворов происходит при периодическом увлажнении-иссушении и затрудненном дренаже профиля. Именно на эти химические новообразования и специфическую окраску генетических горизонтов солодей обращаем внимание студентов при морфологических исследованиях и рекомендуем их рассматривать в качестве диагностических показателей специфики условий почвообразования.

По итогам почвенной экскурсии, результатам полевых исследований и на основе привлеченных аналитических материалов студентам предлагается сделать следующие выводы:

1. Солоди лесостепного Зауралья - это почвы с интенсивным биологическим круговоротом, который в значительной мере компенсирует вынос многих химических элементов. Для них характерно очень резкое расчленение профиля на элювиальную и иллювиальную части.

2. В генетических горизонтах, различающихся гранулометрическим составом, реакцией среды, окислительно-восстановительными условиями и формами железа, складываются специфические условия, благодаря чему профиль солоди представляет собой совокупность геохимических барьеров на пути миграции техногенных пол-лютантов, в том числе радионуклидов.

3. Солоди рекомендуется рассматривать как элемент ландшафта. определяющий особенности его функционирования и устойчивость

в целом. Поэтому их предлагается не включать в планы перспективного хозяйственного освоения, исключить из современного интенсивного использования и рассматривать как объекты-претенденты на включение в списки охраняемых почв.

Литература

1. Ахтырцев Б. П. Осолоделые почвы Окско-Донской равнины и их эволюция / Б. П. Ахтырцев, П. Г. Адерихин, Г. М. Кадер. - Воронеж : Изд-во ВГУ, 1978. - 184 с.

2. Базилевич Н. И. Лесостепные солоди / Н. И. Базилевич. - Москва : Наука, 1967. - 98 с.

3. Добровольский Г. В. Функции почв в биосфере и экосистемах [экологическое значение почв] / Г. В. Добровольский, Е. Д. Никитин. - Москва : Наука, 1990. - 261 с.

4. Классификация и диагностика почв России / Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева и др. - Смоленск : Ойкумена, 2004. - 342 с.

5. Классификация и диагностика почв СССР. - Москва : Колос, 1977. -224 с.

6. Молчанова И. В. Эколого-геохимические аспекты миграции радионуклидов в почвенно-растительном покрове / И. В. Молчанова, Е. Н. Караваева. - Екатеринбург : УрО РАН, 2001. - 161 с.

7. Мещеряков П. В. Эколого-генетические особенности и функции солодей лесостепного Зауралья [в границах Свердловской области] / П. В. Мещеряков, Е. В. Прокопович // Экология. - 2009. - № 1. -С. 28-36.

8. Почвенно-экологические условия накопления и перераспределения радионуклидов в зоне ВУРС / В. П. Фирсова, И. В. Молчанова, П. В. Мещеряков и др. - Екатеринбург : Екатеринбург, 1996. - 140 с.

9. Почвы СССР. - Москва : Мысль, 1979. - 380 с.

10. Прокопович Е. В. Диагностические и экологические функции железа в солодях зоны ВУРСа / Е. В. Прокопович, П. В. Мещеряков // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем : материалы II Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию кафедры почвоведения Иркутского государственного университета [4-7 сентября 2006 г.] - Иркутск : Изд-во ИрГУ, 2006. - С. 291-295.

11. Розанов Б. Г. Морфология почв / Б. Г. Розанов. - Москва : Академический проект, 2004. - 432 с.

12. Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического почвоведения / И. А. Соколов. - Новосибирск : Гуманитарные технологии, 2004. -288 с.

13. Структурно-функциональная роль почв в биосфере / отв. ред. акад. РАН Г. В. Добровольский. - Москва : Геос, 1999. - 278 с.

© Мещеряков Павел Викторович (2014), кандидат биологических наук, доцент, кафедра биологии, экологии и методики преподавания, Уральский государственный педагогический университет; Уральская государственная архитектурно-художественная академия (Екатеринбург), [email protected].