CC BY
16
УДК 631.4
ВЛИЯНИЕ ГЛУБОКОГО ПРОМЕРЗАНИЯ НА МОРФОГЕНЕЗ ЛУГОВЫХ ПОДБЕЛОВ ПРИАМУРЬЯ
А.Б. Гынинова, С.А. Шоба, Л.Д. Басанова
(Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН; кафедра географии почв)
Луговые подбелы широко распространены на плоских озерно-аллювиальных равнинах Приамурья. Они относятся к группе текстурно дифференцированных почв и имеют среднесуглинистый гранулометрический состав элювиальной части профиля и тяжелосуглинистый и иногда глинистый — иллювиальной. Характерная черта этих почв — четкая выраженность осветленного подгумусового горизонта. Комплекс процессов, приводящий к его формированию, назван Г.И. Ивановым [5] отбеливанием. Он обусловлен периодическим поверхностным оглеением, снятием пленок с поверхностей первичных минералов и образованием железистых стяжений. Эти процессы вызваны муссонностью климата, иссушением верхней части профиля в раннелетний период и переувлажнением почв во второй половине лета. Помимо пульсирующего характера окислительно-восстановительного режима и конкрециеобразования [9, 14] морфологическое строение луговых подбелов, по мнению многих авторов [1, 10], в значительной степени определяется также глубоким сезонным промерзанием, сопровождающимся льдообразованием, однако его влияние на формирование профиля луговых подбелов практически не изучено.
Для выявления роли криогенного фактора в формировании профиля луговых подбелов в среднем течении реки (Еврейская автономная область, с. Бабстово) на разных элементах рельефа второй террасы р. Амур были заложены три траншеи длиной 7—10 м, в которых описывалось морфологическое строение и трещинная сеть. В основных горизонтах профиля изучалось микроморфологическое строение. В зимний период проводилось наблюдение за динамикой влажности методом бурения. Изменение влажности в процессе набухания изучалось в лабораторных условиях.
Профиль луговых подбелов состоит из гумусово-аккумулятивного горизонта (А1), элювиально-глее-
вого (Еg) и иллювиальных (В^, B2g), между которыми формируются переходные. Гумусовый горизонт имеет порошисто-зернистую структуру, элювиально-глеевый — тонкопластинчатую, а иллювиальный — дробовидно-мелкоореховатую.
Физико-химические свойства почв характеризуются элювиально-иллювиальным распределением илистой фракции, относительным накоплением пы-леватой фракции в поверхностных горизонтах, слабокислой реакцией среды и высоким содержанием гумуса (табл. 1). Емкость поглощения имеет два максимума, совпадающие с гумусовым и иллювиальными горизонтами. Свободные формы соединений железа имеют элювиально-иллювиальное распределение по профилю, аморфные (вытяжка Тамма) образуют максимум в поверхностных горизонтах.
Исследование морфологического строения показало, что для почв, формирующихся на повышенном участке, характерна непрерывность горизонтов, вы-ровненность их границ, редко нарушаемых межго-ризонтными трещинами (рис. 1, а). В почве переходного участка поверхностные горизонты не имеют сплошного простирания. На границе элювиальной и иллювиальной толщ формируются морфоны с повышенным содержанием железистых новообразований, межгоризонтные трещины многочисленны и приобретают полигональный характер. Стенки трещин покрыты скелетаной, перемещающейся из элювиаль-но-глеевого горизонта в горизонт B2g, где она аккумулируется в виде белесых пятен (рис. 1, б). В понижениях рельефа полигональность трещин выражена наиболее ярко, поверхностные генетические горизонты становятся еще более прерывистыми и криогенно деформированными (рис. 1, в). Максимальная шири-
Таблица 1
Физико-химические свойства и гранулометрический состав луговых подбелов Приамурья
Горизонты Глубина, см рН водн Гумус, % Сгк/Сфк Поглощенные основания, мг- экв/100 г ЕКО мг - экв/100 г Гранулометрический состав
Са2+ Mg2+ 0,05-0,01 0,01-0,001 <0,001
А1 5-15 5,8 8,3 1,05/22 23,6 6,8 32,2 39,7 34,9 18,1
Eg 20-45 6,0 1,6 0,16/17 10,0 4,8 15,2 31,6 33,2 31,9
В^ 50-65 6,0 0,9 17,6 9,4 27,5 31,3 24,4 53,8
B2g 90-115 6,1 0,3 15,5 8,4 24,2 22,1 32,2 44,2
BCg 130-140 6,2 0,7 16,4 8,9 25,5
Рис. 1. Морфологическое строение профиля луговых подбелов в автоморфной позиции (а), переходном учете (б) и в понижении (в).
1 - Ад; 2 - А1; 3 - Л1Ее; 4 - Ее; 5 - ЕеВ; 6 - В^; 7- В2е; 8 - В1В2е;
9 - В3§; 10 - ВС; 11 - трещины; 12 - белесые пятна
на межгоризонтных трещин приурочена к осветленному горизонту, в гумусовом горизонте ширина трещин меньше, в иллювиальной толще трещины сужаются и постепенно смыкаются.
При изучении влияния криогенеза на микроморфологическое строение [2] наиболее показательны поведение плазменного материала и скелета и в целом характер агрегированности. Полученные нами данные (табл. 2) показывают, что почвенная масса гумусово-аккумулятивного горизонта полностью агрегирована, глинистая плазма, скелет и Fe-новообразования включены в состав агрегатов. В элювиально-глеевом горизонте обнаруживаются формирование слоистой текстуры и дифференциация почвенной массы на пыле-ватый и плазменный компоненты, при этом пылеватые зерна отмыты от поверхностных пленок. Микроморфологическое строение почвенной массы иллювиальных горизонтов обнаруживает высокую степень агре-гированности. Агрегаты представлены угловатыми блоками и округлыми агрегатами с глинистой плазмой ооидного строения. Как правило, центральная часть агрегатов ожелезнена. В горизонте В2е агреги-рованность выражена слабее, на поверхности агрегатов отмечается увеличение подвижности глинистой плазмы с образованием натеков ярко-охристых диффузных микроформ железа.
Полученные нами данные по изучению динамики влажности почв в зимний период (рис. 2) обнаруживают отчетливо выраженное перераспределение влаги по профилю. Климатические особенности Приамурья являются причиной того, что равнинные тяжелосуглинистые почвы после муссонных дождей, несмотря на снижение количества осадков в осенний период, уходят в зиму в состоянии высокой влажности. Поздней осенью и в начале зимы влага перемещается к фронту промерзания и накапливается сначала в поверхностных горизонтах А1 и А1Ее за счет влаги нижележащего элювиально-глеевого горизонта. По мере опускания фронта промерзания влага начинает аккумулироваться в горизонте Ее, и в конце зимы, до февраля включительно, она подтягивается в переходный горизонт ЕеВ. Иллювиальный горизонт В1е в течение всего морозного периода теряет влагу.
Исследование набухания почвенной массы горизонтов профиля луговых подбелов (рис. 3) показало, что в поверхностных горизонтах оно невелико и составляет в горизонте А1 3,2%, в Ее - всего 1,1%.
Рис. 2. Изменение влажности в горизонтах профиля луговых подбелов в период биологического покоя
Рис. 3. Характер набухания почвенной массы горизонтов профиля луговых подбелов
Влажность максимального набухания почвенной массы горизонта А1, определенная в лабораторных условиях, соответствует 55%, а влажность, определенная в полевых условиях, в январе в этом же горизонте выше и равна 66%. В элювиально-глеевом горизонте максимальная влажность набухания, определенная в лабораторных условиях, всего 15%, в природных же условиях она достигает 67%, что больше влажности максимального набухания более чем в 4 раза. Максимальная влажность иллювиального горизонта отмечена в конце октября и практически соответствует влажности максимального набухания.
Обсуждение результатов
Полигональное трещинообразование и криогенная педотурбация являются характерным признаком промерзающих почв. Э.Д. Ершов [4] объясняет формирование зияющих трещин усадкой в талом иссушающемся грунте, при этом чем больше влаги в виде льда аккумулируется в почве, тем ярче выражено тре-щинообразование. Поэтому трещинная сеть выражена ярче в понижениях рельефа, а в пределах профиля — в осветленном горизонте.
Причиной обособленности плазменной и грубо-дисперсной составляющих почвенной массы луговых подбелов является дифференциация по энергиям взаимодействия, характерная для замораживающихся полидисперсных систем [15], а образование слоистой текстуры связано с образованием ледяных шлиров. При этом верхняя часть тонкопластинчатых агрегатов практически полностью лишается глинистой и железистой плазмы, которые сосредоточиваются в
нижней их части. Здесь же образуются железистые новообразования. Механизм формирования агрегатов подобного строения описан в палево-подзолистых почвах Русской равнины Б.А. Ильичевым [6]. Отток влаги при вытаивании ледяных линз обусловливает проявление процесса элювиирования в пос-лезимний период. В.Н. Конищев и В.В. Рогов [8] предложили процесс морозного выветривания и элю-виирования называть криоэлювогенезом. В исследуемых нами почвах указанный процесс наряду с элю-виально-глеевым, очевидно, оказывает существенное влияние на формирование осветленного горизонта и текстурную дифференциацию профиля.
Известно, что промерзание переувлажненной почвы сопровождается разрывом льдом агрегатов, а промерзание оптимально смоченной почвы — улучшением структуры за счет спрессовывания агрегатов льдом, образовавшимся в крупных порах, и за счет возрастающей коагуляции коллоидов в незамерзших объемах воды вследствие повышения в них концентрации электролитов [7]. Высокая степень агрегированности почвенной массы иллювиальных горизонтов связана с процессами набухания и усадки. Объем ее при набухании увеличивается на 5—10% (рис.2), что обусловливается высоким содержанием илистой фракции (40—55%), представленной минералами с раздвигающимися пакетами (монтмориллонит, смешаннослой-ные минералы) [11]. Зимняя потеря влаги и промерзание вызывают усадочное сжатие почвенной массы и образование трещин, которые делят почвенную массу на угловатые агрегаты-блоки. При этом глинистая плазма на поверхности агрегатов часто приобретает кольцевое строение, а Fe-новообразования и скелет
Таблица 2
Микроморфологическое строение горизонтов профиля луговых подбелов
Горизонты Компоненты почвенной массы Микроморфологическое строение
А1 глинистая плазма связана с гумусом, агрегирована
пылевая фракция входит в состав агрегатов
Fe-новообразования плотные, во внутрипедной массе
Eg глинистая плазма в нижней части пластинчатых агрегатов рездельночешуйчатого микростроения
пылевая фракция в верхней части пластинчатых агрегатов отмыта от пленок
Fe-новообразования диффузные в нижней части пластинчатых агрегатов, нодули отдельно от агрегатов
В^ глинистая плазма на поверхности округлых агрегатов волокнисто-ооидного, угловатых - струйчатого, в ВПМ массе - перекрестно-волокнистого микростроения
пылевая фракция в ВПМ сцементирована оксидами железа, на поверхности агрегатов отмыта от пленок
Fe-новообразования диффузные и плотные в ВПМ
B2g глинистая плазма на поверхности агрегатов волокнисто-ооидного строения, в составе угловатых блоков - сплошного волокнистого и островного микростроения
пылевая фракция в ВПМ и отмытая от пленок в белесых пятнах
Fe-новообразования диффузные аппликации, натечные формы
BCg глинистая плазма в крупных блоках крапчатого и чешуйчатого микростроения
пылевая фракция в составе крупных блоков; отмытые от пленок концентрации по трещинам
Fe-новообразования редкие диффузные пятна
располагаются в их центральной части. Ожелезнение центральной части агрегатов обусловлено тем, что в тонких порах вода замерзает при очень низких температурах, льдообразование начинается в крупных порах, при этом внутрипедная масса обезвоживается и железо в центральной части агрегатов переходит в окисные формы. Льдообразование и оттаивание на поверхности агрегатов вызывает переориентацию глинистой плазмы в ооидную, и агрегаты частично приобретают округлую форму. Агрегаты подобного строения описаны и в других мерзлотных и палеомерзлот-ных почвах [12, 13]. В период летних дождей внутри агрегатов остается защемленный воздух, который препятствует полному их размоканию и разрушению, однако подвижность глинистой плазмы на поверхности агрегатов обнаруживает современный процесс иллювиирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гришин И.А., Сохина Э.Н., Трегубова В.Г. Морфология почв и новейших отложений Зейского Приамурья в связи с криогенезом // Вопр. геогр. Дальнего Востока. Хабаровск, 1975. Сб. 16. С. 70—87.
2. Гугалинская Л.А. Почвообразование и криогенез центра Русской равнины в позднем плейстоцене. Пущино, 1982. 204 с.
3. ГыниноваА.Б., Шоба С.А. Микроморфология и структурное состояние луговых подбелов Приамурья в связи с их осушением // Микроморфология антропогенно измененных почв. М., 1988. С. 150—167.
4. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. М., 1979. 214 с.
5. Иванов Г.И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. М., 1976. 200 с.
6. Ильичев Б.А. Палево-подзолистые почвы центральной части Русской равнины. М., 1982. 123 с.
7. Качинский Н.А. Физика почвы. М., 1970. 358 с.
8. Конищев В.Н., Рогов В.В. Микроморфология криогенных почв и грунтов // Почвоведение. 1977. № 2. С. 119—125.
Заключение
Таким образом, текстурно дифференцированные почвы Приамурья, известные под названием луговые подбелы, в связи с особенностями их гидротермического режима имеют ярко выраженные особенности в морфологическом строении, обусловленные длительным глубоким промерзанием. В элювиально-глеевых горизонтах оно вызывает избыточную аккумуляцию влаги в виде ледяных шлиров, которая вызывает диспергацию почвенной массы. Последующий отток этой влаги в весенний период способствует усилению процесса отбеливания горизонта. Промерзание иллювиальной толщи с высоким содержанием глинистого компонента приводит к криогенному агрегированию почвенной массы и цементации агрегатов гидрооксидными соединениями железа.
9. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительный режим в почвах периодического переувлажнения. М., 1987. 191 с.
10. Ливеровский Ю.А. Основные особенности географии и генезиса почв южной половины Дальнего Востока // Генезис бурых лесных почв. Владивосток, 1972. С. 7—19.
11. МатюшкинаЛ.А., ЧижиковаН.П. Химико-минералогические особенности тонкодисперсных фракций в почвах Среднеамурской низменности // Рациональное использование почв Приамурья. Владивосток, 1983. С. 76—92.
12. Морозова Т.Д. Мерзлотные палевые почвы центральной Якутии // Микроморфологический метод в исследовании генезиса почв. М., 1966. С. 93—114.
13. Соколов И.А., Шоба С.А. Влияние промерзания и оттаивания на свойства почв в зонах рекреационных нагрузок// Биол. науки. 1982. №7. С. 104—110.
14. Росликова В.И. Марганцево-железистые новообразования в почвах равнинных ландшафтов гумидной зоны. Владивосток, 1996. 291 с.
15. Тютюнов Н.А. Процессы изменения и преобразования почв и горных пород при отрицательных температурах. М., 1960. 144 с.
Поступила в редакцию 25.10.07
DEEP FREEZING EFFECT ON THE MORPHOGENESIS OF THE MEADOW PODBELS
IN THE PRIAMURIE AREA
A.B. Gyninova, S.A. Shoba, L.D. Balsanova
Micromorphological features and physical properties of podbels of the Middle Priamurye area have been examined. The strongly pronounced aggregation in the illuvial horozons of the podbels studied was considered to be the results of cryogenic processes. The bleaching peculiar to eluvial-gleyic horizons was found to be enhanced by cryo-eluvial processes.
