CC BY
18УДК 631.481; 631.445.35
Смоленцева Е.Н. Smolentseva E.N.
СТРУКТУРНО-МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОЧВЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО ЗАПОВЕДНИКА «КУЗНЕЦКИЙ АЛАТАУ» STRUCTURAL-METAMORPHIC SOILS OF STRICT NATURE RESERVE KUZNETSKY ALATAU
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г Новосибирск. E-mail: parabraunerde@rambler.ru
Резюме. Изучались почвы государственного природного заповедника «Кузнецкий Алатау». Установлено, что на его территории преобладают почвы структурно-метаморфического отдела. Они представлены буроземами, буроземами грубогумусовыми и серыми метаморфическими почвами. Изучено классификационное разнообразие этих почв на уровне подтипа, рода и вида, а также морфологические свойства и диагностические признаки выделенных таксонов. Получены аналитические данные, характеризующие их физические, химические и физико-химические свойства. Установлены генетические особенности типов и подтипов структурно-метаморфических почв, а также некоторые закономерности их пространственного распределения на территории заповедника.
Abstract. The soils of strict nature reserve Kuznetsky Alatau are studied. It is established that the soils of structural-metamorphic section prevail on its territory. They are presented by burozems (brown mountain forest soils), burozems grubogumusoviy and gray metamorphic soils. Classification diversity of these soils at the level of a subtype, genus and species, and also morphological properties and diagnostic criteria of allocated taxons is studied. Analytical data characterizing their chemical and physical properties are obtained. Genetic features of types and subtypes of structural-metamorphic soils as well as some mechanisms of their spatial distribution in the reserve are established.
Ключевые слова: Кузнецкий Алатау, буроземы, горные почвы, буроземообразование.
Key words: Kuznetsky Alatau, burozems (brown mountain forest soils), mountain soils, formation of brown mountain forest soils.
Государственный природный заповедник (ГПЗ) «Кузнецкий Алатау» занимает центральную часть хребта Кузнецкий Алатау, входящего в состав Алтае-Саянской горной области. Площадь заповедника составляет около 402 тыс. га. В 2014 году в рамках проведения проекта по лесоустройству были начаты работы по инвентаризации и картографированию почвенного покрова. Для диагностики почв была использована российская почвенная классификация (Классификация..., 2004) и дополнения к ней (Полевой ..., 2008). В силу природных особенностей почвенного покрова заповедника данная субстантивно-генетическая классификация позволила более точно отразить особенности почвообразования этой территории.
В результате проведенных исследований было установлено, что на территории заповедника преобладают почвы структурно-метаморфического отдела. Они входят в состав ствола постлитогенных почв. Почвы этого отдела характеризуются одноименным срединным горизонтом ВМ, который является диагностическим горизонтом всех типов почв, относящихся к этому отделу. Он имеет педо-генную структуру минеральной массы, что отличает его от почвообразующей породы. Чаще встречается комковатая, призмовидно-комковатая или ореховато-комковатая структура со значительным варьированием размеров структурных отдельностей. Горизонт обычно имеет бурые или коричневые тона окраски, более насыщенные, чем в почвообразующей породе.
На обследованной территории было выделено 3 типа почв, относящихся к этому отделу: буроземы, буроземы грубогумусовые и серые метаморфические. Систематический список почв этого отдела и формулы строения их профиля представлены в табл. 1.
Буроземы формируются на склонах различной экспозиции и крутизны преимущественно под пихтовыми и кедрово-пихтовыми лесами, встречаются также на границе горно-таежного и гольцового поясов под пихтовым и кедровым редколесьем. Общая формула профиля буроземов - AY-BM-C, что соответствует типичному подтипу. По характеру поверхностного горизонта на территории ГПЗ «Кузнецкий Алатау» были выделены буроземы и буроземы грубогумусовые. Поверхностный горизонт в буроземах - это серогумусовый (AY). Он имеет буроватую или серую окраску, мелко-комко-
Таблица 1
Морфотаксономическая характеристика структурно-метаморфических почв ГПЗ «Кузнецкий Алатау»
Название типа и подтипа почвы Формула профиля
СТВОЛ ПОСТЛИТОГЕННОГО ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Отдел: Структурно-метаморфические почвы
Тип: Буроземы (АУ-БМ-С)
Буроземы типичные АУ-БМ-С
Буроземы элювиированные АУ- АУе1-БМ-С
Буроземы глинисто-иллювиированные АУ-ВМ1-С
Буроземы глееватые AY-BMg-Cg
Буроземы темнопрофильные АУи-БМи-Си
Тип: Буроземы грубогумусовые (АО-БМ-С)
Буроземы грубогумусовые типичные АО-БМ-С
Буроземы грубогумусовые элювиированные АОе1-БМ-С
Буроземы грубогумусовые глинисто-иллювиированные АО-ВМ1-С
Буроземы грубогумусовые глееватые AO-BMg-Cg
Тип: Серые метаморфические (АУ- AEL-BM-C)
Серые метаморфические типичные АУ- АЕЬ-ВМ-С
Серые метаморфические глинисто-иллювиированные АУ- АЕЬ-ВМ1-С
Серые метаморфические глееватые АУ- AEL-BMg-Cg
ватую структуру со значительным количеством копролитов. Мощность горизонта составляет 5-30 см, иногда по структуре он делится на подгоризонты. При обследовании было выявлено 5 подтипов буроземов: типичные, элювиированные, глинисто-иллювиированные, глееватые и темнопрофиль-ные. Элювиированные буроземы диагностируются по присутствию в нижней части гумусового горизонта осветленного материала в виде минеральных зерен, рассеянных в массе горизонта, что создает эффект «седоватости». В этом случае серогумусовый горизонт обозначается как AYel. Буроземы глинисто-иллювиированные выделялись по наличию тонких фрагментарных глинистых и гумусово-глинистых пленочек иллювиирования (кутан) по граням структурных отдельностей, ходам корней и трещинам. Этот признак свидетельствует о слабом локальном перемещении илистой фракции в профиле почв. Глееватый подтип буроземов выделялся по признакам перераспределения несиликатных оксидов железа в условиях периодического застойного увлажнения, что проявляется в виде сизоватых и охристо-ржавых пятен в средней и нижней частях профиля почвы, а также по присутствию конкреций и примазок. Буроземы глееватые встречаются в верхних частях склоновых ложбин стока и на речных террасах под крупнотравно-лабазниковыми, чемерицевыми или крупно-травно-вейниковыми лугами.
Буроземы темнопрофильные приурочены к рыхлым отложениям, содержащим продукты выветривания углистых сланцев или темноцветных известняков. Эти породы содержат литогенное органическое вещество (1-3%), которое окрашивает весь профиль почв, в том числе и структурно-метаморфический горизонт ВМ, в серый цвет. Буроземы темнопрофильные представляют особый интерес с научной точки зрения, так как являются наименее изученными. Если буроземы типичные и глееватые прежде выделялись в Кузнецком Алатау (Ильиных, 1970; Трофимов, 1975; Хмелев, Та-насиенко, 2013) и на сопредельных территориях, например, в Горной Шории (Ковалева и др., 1974) или в Горном Алтае (Петров, 1952, Почвы..., 1973), то темнопрофильный подтип ранее не диагностировался и не был описан.
Буроземы грубогумусовые встречаются на верхней границе горно-лесного пояса под кедровыми редколесьями, однако основные их площади формируются в субальпийском поясе. Поверхностный гумусовый горизонт представлен грубогумусовым горизонтом АО. Он имеет темно-бурую или коричневую окраску (темнее, чем серогумусовый) и значительное содержание органического вещества (15-35%). Иногда грубогумусовый горизонт сочетается с серогумусовым, в этом случае АО
является поверхностным, а АУ расположен под ним. В составе этого типа было выделено четыре подтипа: типичные, элювиированные, глинисто-иллювиированные, глееватые. Диагностические признаки для выделения названных подтипов такие же, как и для буроземов.
Серые метаморфические почвы также относятся к отделу структурно-метаморфических почв. Главным отличием этих почв от буроземов является присутствие в профиле гумусово-элювиально-го горизонта AEL, залегающего между серогумусовым горизонтом АУ и структурно-метаморфическим ВМ. Гумусово-элювиальный горизонт AEL имеет более светлую, как правило, светло-серую окраску и обеднен илом и полуторными окислами. Формула профиля этих почв - AY-AEL-ВМ-С. При обследовании были выделены три подтипа: типичные, глинисто-иллювиированные и глеева-тые. Серые метаморфические типичные соответствуют характеристике типа в целом, формула их профиля - AY-AEL-BM-C. Серые метаморфические глинисто-иллювиированные почвы характеризуются формулой профиля AY-AEL-BMi-C. Диагностическим признаком для этого подтипа является наличие натечных форм аккумуляции глины (кутан иллювиирования) в срединном горизонте. Расположены кутаны на поверхности структурных агрегатов, на стенках корневых ходов и трещин. Серые метаморфические глееватые почвы диагностируются по наличию в срединном горизонте ВМ морфохроматических признаков оглеения: сизоватых и зеленоватых тонов окраски, охристо-ржавых пятен. Формула профиля этих почв - AY-AEL-BMg-Cg.
Серые метаморфические типичные и глинисто-иллювиированные почвы встречаются под теми же типами леса, что и буроземы, только приурочены к низкогорной части заповедника с более низкими абсолютными высотами (200-300 м н.у.м.). Серые метаморфические глееватые почвы формируются в переувлажненных лесных местообитаниях: пихтово-еловых и кедрово-пихтовых крупно-травно-вейниковых лесах, а также под крупнотравно-вейниковыми лугами в верхней части ложбин стока на склонах водораздельных хребтов. Почвообразующими породами являются бурые делювиальные бескарбонатные глины.
В отделе структурно-метаморфических почв роды выделяются по степени насыщенности основаниями. По этому признаку все изученные почвы характеризуются как ненасыщенные и различаются только по степени насыщенности, что является в свою очередь видовым признаком. Были выделены очень сильно ненасыщенные, сильно ненасыщенные и слабо ненасыщенные виды. Виды почв выделялись также по мощности серогумусового горизонта и были обнаружены маломощные и среднемощные виды.
Гранулометрический состав структурно-метаморфических почв меняется как в пределах почвенного профиля, так и в пространстве. Во всех профилях отмечается утяжеление состава сверху вниз: от средне- или тяжелосуглинистого в верхних горизонтах до глинистого в горизонте ВМ и почво-образующей породе (табл. 2). Наиболее тяжелым гранулометрическим составом характеризуются буроземы, в которых содержание физической глины (ФГ) достигает 52,2-62,6%. Самое высокое содержание ФГ зафиксировано в буроземе темнопрофильном (70,12%). Верхние горизонты буроземов грубогумусовых имеют самый легкий грансостав, они супесчаные. Срединный горизонт более тяжелый - средне-или тяжелосуглинистый. Таким образом, во всех структурно-метаморфических почвах отмечается текстурная дифференциация, имеющая однако литогенную природу.
Большинство изученных почв характеризуются кислой реакцией среды во всех горизонтах профиля: рН водной суспензии изменяется в пределах от 4 до 5 (табл. 2), рН солевой суспензии - от 3 до 4. Слабокислую и нейтральную реакцию (рН от 5 до 7) имеют буроземы темнопрофильные и буроземы типичные, в формировании литогенной матрицы которых принимали участие углистые сланцы и углеродосодержащие известняки. Содержание органического углерода, определенное по методу Тюрина, в верхнем горизонте буроземов и серых метаморфических почв среднее и постепенно убывает вниз по профилю. В почвообразующей породе оно составляет менее 1 (0,24-0,81%). Буроземы темнопрофильные характеризуются более высоким содержанием Сорг в срединном горизонте и почвообразующей породе (табл.2). Верхний горизонт буроземов грубогумусовых содержит 30-40% органического углерода (табл. 2), определенного как потеря при прокаливании. Такое высокое содержание органического вещества обусловлено генезисом грубогумусового горизонта АО: слабой его гумификацией и высоким содержанием неспецифических соединений. В свою очередь это связано с гидротермическими условиями трансформации растительного опада, которые не способствуют его гумификации.
Величина суммы обменных оснований (Са+Mg) в горизонтах структурно-метаморфических почв меняется в широких пределах: от 0,19 до 31,79 мг-экв на 100 г почвы, принимая значения от очень низкого до очень высокого. Были выявлены следующие закономерности. Самыми низкими значениями суммы обменных оснований характеризуются буроземы грубогумусовые, в которых
Таблица 2
Свойства структурно-метаморфических почв ГПЗ «Кузнецкий Алатау»
Горизонт Глубина образца от-до, см рН суспензии С орг., % Обменные основания Гидро-литич. кислотность Н**, % Физ. глина, % (<0,01 мм)
водной солевой Са2+ Мg2+
Мг-экв на 100 г почвы
Разрез 3-КА. Бу розем типичный среднемощный
AY 0-10 5,31 4,19 4,17 12,51 3,16 43,75 26 48,0
АУВМ 10-20 5,35 3,91 1,78 8,34 2,74 27,62 23 57,7
ВМ 25-35 6,64 5,47 1,15 19,22 9,22 12,6 69 52,2
40-50 7,12 6,18 0,36 21,24 10,55 7,44 81 62,6
Разрез 37-КА. Бурозем типичный среднемощный
AY 0-10 4,32 3,47 4,91 2,81 0,80 23,63 13 38,7
АУВМ 12-20 4,45 3,55 2,60 0,71 0,18 20,48 4 48,6
ВМ 35-45 4,47 3,67 1,03 1,28 0,35 17,15 9 58,1
60-70 4,61 3,62 0,43 0,75 0,22 16,10 6 57,5
Разрез 86-КА. Бурозем глееватый среднемощный
АУ 0-11 4,48 3,50 5,65 24,50 2,94 24,50 53 40,1
AYBg 11-20 4,61 3,50 2,84 19,43 1,59 19,43 52 53,8
Bg 40-50 4,92 3,45 0,47 13,65 2,22 13,65 54 55,5
Cg 100-110 5,14 3,44 0,24 10,68 10,90 10,68 67 55,5
Разрез 114-КА. Бурозем темнопрофильный среднемощный
АУи 0-12 5,65 4,77 3,54 11,68 4,61 6,83 70 43,6
ВМи 16-26 6,28 5,19 2,05 4,17 6,69 3,68 75 63,6
Cmu 35-45 6,71 5,63 1,31 5,39 9,97 2,63 85 70,1
Раз] зез 101-КА. Бурозем г рубогумусовый типичный среднемощный
AO 0-11 4,04 3,23 34,96* 1,45 0,82 42,44 5 15,6
ВМ 16-26 4,49 3,68 4,67 0,19 0,18 21,88 2 37,1
Cm 40-50 4,42 3,72 2,62 0,14 0,14 19,95 1 40,1
Раз] ез 104-КА. Бурозем г рубогумусовый глееватый среднемощный
AO 0-10 4,09 3,34 30,52* 1,25 0,75 31,50 6 16,9
AO 10-20 4,30 3,50 20,84* 0,48 0,34 26,43 3 30,8
BMg 30-40 4,14 3,54 3,21 0,22 0,18 22,40 2 52,2
Разрез 107-КА. Бурозем грубогумусовый глинисто-иллювиированный среднемощный
AO 0-9 3,91 3,28 40,22* 1,55 0,70 57,31 4 12,6
BМi 20-30 4,25 3,78 3,81 0,54 0,24 23,63 3 33,4
Cm 65-75 4,34 3,91 1,68 0,06 0,13 16,10 1 52,2
Разрез 65-КА. Серая метаморфическая типичная маломощная
АУ 0-8 4,63 3,51 5,15 6,49 0,21 24,15 22 32,2
AEL 8-18 4,70 3,48 3,15 3,22 1,59 24,50 16 38,0
ВМ 30-40 4,74 3,61 1,35 1,00 0,96 21,18 8 51,4
C 60-70 4,82 3,55 0,81 2,94 0,35 19,95 14 54,6
Разрез 71-КА. Серая метаморфическая глинисто-иллювиированная маломощная
Примечания : * -0вф0ичш и потери п ри бросали вавде Н* * -3с,0пеЕ ь н4®8це! нофТ^ри: юнт29зснс ваниями.
BEL 10-20 4,43 3,47 1,32 0,44 0,40 19,08 4 36,4
BМi 35-45 4,68 3,80 1,32 2,08 1,20 14,53 18 43,9
ВМ 55-65 4,78 3,70 0,47 1,41 0,15 14,53 10 38,2
C 75-85 4,96 3,59 0,32 1,89 0,36 15,40 13 31,0
величина ее варьируется в пределах 0,19-2,27 мг-экв/100 г почвы. Серые метаморфические почвы содержат чуть больше обменных оснований: 0,84-7,08 мг-экв/100 г почвы. В буроземах S достигает высоких и очень высоких значений: 28,44-31,79 мг-экв/100 г почвы. Во всех изученных почвах максимальные значения S приурочены к поверхностному горизонту и уменьшаются вниз по профилю, то есть распределение этих катионов имеет аккумулятивный характер, что свидетельствует об их биогенном накоплении в верхней части профиля.
Величина гидролитической кислотности также значительно варьирует. Наиболее высокие ее значения характерны для грубогумусового горизонта (табл. 2) и, соответственно, для буроземов гру-богумусовых. Низкие значения гидролитической кислотности были зафиксированы в буроземах темнопрофильных. По степени насыщенности основаниями изученные почвы делятся на три группы. Минимальные значения (менее 10%) встречаются в грубогумусовых буроземах (табл. 2), они являются очень сильно ненасыщенными. Буроземы темнопрофильные и буроземы глееватые характеризуются как слабо ненасыщенные (52-75%). Остальные изученные почвы относятся к категории сильно ненасыщенных.
Генетические особенности структурно-метаморфических почв проявляются также в составе почвенного органического вещества (рис. 1). Тип гумуса в них чаще всего гуматно-фульватный и фульватный, что свидетельствует о высоком содержании в его составе фульвокислот (ФК). Во всех изученных почвах преобладают фракции свободных как гуминовых (ГК1), так и фульвокислот (ФК1а+ФК1). Доля гуминовых кислот, связанных с кальцием (ГК2), очень мала, или они отсутствуют (рис. 1). Содержание фракции фульвокислот, связанных с кальцием (ФК2), значительно варьирует. Наибольшее их содержание было отмечено в буроземах, формирующихся на породах, имеющих в своем составе продукты выветривания известняков. Содержание гуминовых (ГК3) и фульвокислот (ФК3), связанных с глинистым веществом и устойчивыми полуторными окислами, среднее и варьирует не так сильно, как другие фракции. Доля негидролизуемого остатка (НО) с составе гумуса зависит от типа и подтипа почв. Самое высокое содержание НО отмечено в буроземе
Рисунок 1. Групповой и фракционный состав гумуса структурно-метаморфических почв ГПЗ «Кузнецкий Алатау». Почвы: 1-Бурозем типичный, 2-бурозем темнопрофильный, 3-бурозем грубогумусовый типичный, 4-серая метаморфическая типичная. Условные обозначения в тексте.
темнопрофильном (60-75%). В остальных почвах количество НО низкое и среднее (рис. 1). Высокое содержание НО в буроземах темнопрофильных обусловлено примесями литогенного органического вещества, имеющего такой состав.
Таким образом, установлены специфические черты и свойства почв, преобладающих на территории ГПЗ «Кузнецкий Алатау». Полученная информация может быть использована для оценки состояния почв и разработки программы мониторинга почвенного покрова как важнейшего компонента ландшафтной среды заповедника.
ЛИТЕРАТУРА
Ильиных Н.И. Почвы Кузнецкого Алатау (в пределах Красноярского края). - Красноярск, 1970. - 166 с.
Классификация и диагностика почв России. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
Ковалева С.Р., Корсунов В.М., Таранов С.А. Лесные почвы горного окаймления юго-востока Западной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1974. - 205 с.
Петров Б.Ф. Почвы Алтае-Саянской области. - М.: Изд-во АН СССР, 1952. - 247 с.
Полевой определитель почв России. - М.: Почвенн. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. - 182 с.
Почвы Горно-Алтайской автономной области. - Новосибирск: Наука, 1973. - 352 с.
Трофимов С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области. - Новосибирск: Наука, 1975. -300 с.
Хмелев В.А., Танасиенко А.А. Почвенные ресурсы Кемеровской области и основы их рационального использования. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. - 477 с.
УДК 58+59+91+631.4+502.7
Г 699
Горные экосистемы Южной Сибири: изучение, охрана и рациональное природопользование. Труды Тигирекского заповедника. Вып. 7. Барнаул, 2015. 288 с.
Сборник содержит материалы представленные на Третьей всероссийской научно-практической конференции, посвященной 15-летию организации Тигирекского заповедника «Горные экосистемы Южной Сибири: Изучение, охрана и рациональное природопользование». Обобщены данные современных исследований природных комплексов Государственного заповедника «Тигирекский». Анализируется стратегия развития и функционирование системы особо охраняемых природных территорий Алтае-Саянского экорегиона. Рассматривается актуальные вопросы изучения рельефа, климата и почв горных территорий, изучения и охраны растительного и животного мира гор Южной Сибири, проблемы устойчивого развития регионов.
Сборник рассчитан на широкий круг специалистов, работающих в области биологии, экологии и охраны природы, а также всех, кому небезразличны проблемы охраны и рационального использования природных ресурсов.
Редакционная коллегия:
Е.Н. Бочкарёва, Н.И. Быков, А.В. Волынкин, П.В. Голяков, Е.А. Давыдов (ответственный редактор), Н.Л. Ирисова, Т.М. Кругова, Т.А. Терехина
Рецензенты:
к. б. н. Е.Н. Бочкарева, к. б. н. Н.И. Быков, к. б. н. А.В. Волынкин, к. б. н. Е.А. Давыдов, к. б. н. Н.Л. Ирисова, к. б. н. И.В. Кудряшова, Э.Ю. Лущаев, д. б. н. М.М. Силантьева, д. б. н. Т.А. Терехина, д. б. н. С.М. Цыбулин, д. б. н. Д.В. Черных
ISBN
ISSN 2076-7390
©ФГБУ «Государственный природный заповедник «Тигирекский»
