CC BY
0
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
2023, Т. 165, кн. 3 С.447-466
ISSN 2542-064X (Print) ISSN 2500-218X (Online)
О Р И Г И Н А Л ь Н А Я С Т А Т Ь Я
УДК 631.416.4+631.482.1
doi: 10.26907/2542-064X.2023.3.447-466
Аннотация
Установлено, что основным фактором, определяющим содержание обменной формы калия в почвах поймы, является их возраст или степень выветренности. В молодых и в сильно выветренных почвах содержание обменной формы калия меньше, чем в почвах среднего возраста. Средняя обеспеченность почвенного покрова в пределах гумусово-аккумулятивного горизонта составляет 100-400 мг/кг в верхнем Амуре и 200 мг/кг в среднем Амуре, в минеральных горизонтах -от 20 мг/кг в молодых аллювиальных почвах и до 150 мг/кг в остаточно-пойменных ржа-воземах. Развитие глеевых процессов способствует повышенному содержанию обменной формы калия. Также в верхнем Амуре установлен факт значительного увеличения обменной формы калия под хвойно-березовым лесами (в среднем до 400 мг/кг), тогда как под дубовыми лесами среднего Амура этого не происходит. Из-за асимметрии в скорости и соотношении зональных процессов в почвах поймы верхнего и среднего Амура оста-точно-аллювиальные почвы резко дифференцированы по содержанию обменной формы калия. Ржавоземы верхнего Амура обогащены им в среднем до 350 мг/кг, а брунеземы среднего Амура обеспечены хуже всех исследуемых почв.
Ключевые слова: обменная форма калия, пойменные почвы, почвообразование, р. Амур, рельеф, выветривание.
Калий является важнейшим элементом питания растений и вторым по содержанию питательным элементом в растениях после азота. Обычно содержание калия в почвах высокое, так как он составляет 2.6% веса земной коры [1]. Однако не все его формы доступны растениям. Калий присутствует в почве в четырех формах: в почвенном растворе, в обменной форме, необменной и в кристаллической решетке минералов. Большая часть калия почвы (96-99%) включена в структуры первичных калийсодержащих минералов, таких как слюда и полевые шпаты, которые содержат 6-9% и 3.5-12% калия соответственно [2], и не доступна для поглощения растениями [1]. Доля почвенного калия, непосредственно доступного растениям, невелика и составляет 0.1-0.2% в почвенном растворе и 1-2% в обменном состоянии [3, 4].
Высвобождение калия из первичных минералов может происходить при их выветривании за счет растворения кристаллической структуры или путем обмена калия из промежуточного слоя минералов гидратированными катионами, что приводит к трансформации калиевых слюд в расширяющиеся слоистые силикаты [5].
Введение
Высвобождение из промежуточного слоя ускоряется, когда концентрация калия в почвенном растворе или содержание обменной формы калия уменьшаются из-за его поглощения растениями и в ходе выщелачивания [6]. Следовательно, различные формы калия находятся в равновесии друг с другом в соответствии с биогеохимическими свойствами почвы [1]. Доступность калия также зависит от исходного состава минералов в почвообразующих породах и скорости их преобразования в процессе внутрипочвенного выветривания [7]. Значительное влияние на перемещение калия по почвенному профилю и его удержание оказывают растительные сообщества [8, 9]. Они перекачивают калий из нижних горизонтов в верхние слои почвы. Данный процесс, несмотря на частичную потерю калия с внутрипочвенным стоком [10], обеспечивает его высокое содержание и фиксацию в верхней части почвенного профиля [8, 9]. При этом концентрирование калия в органическом веществе не происходит. Калий не входит в состав биомолекул и, следовательно, легко и быстро вымывается из опада из-за его высокой растворимости и мобильности [11]. В результате, несмотря на исходное высокое содержание калия, в некоторых естественных почвах и при антропогенных нарушениях функционирования экосистем наблюдается его дефицит [12, 13]. Данная проблема часто возникает и в пойменных почвах, что существенно снижает устойчивость к неблагоприятным факторам среды как естественных, так и агрокультур [1, 13, 14]. Кроме того, большая часть пойменных земель подвержена антропогенному влиянию. Например, в Европе и Азии от 60 до 99% аллювиальных почв интенсивно культивируются или урбанизируются [15].
На Дальнем Востоке, по данным А.И. Бойнова [16], более 5.7 млн га пойменных земель. Непосредственно в Амурской области - 2.1 млн га [17]. Большая часть этих земель расположена в долине р. Амур - одной из крупнейших рек мира. Изучение содержания калия и его динамики в пойменных почвах р. Амур и его притоков неоднократно проводилось Г.В. Головым [18], Л.Н. Пуртовой [19], Е.А. Жариковой [14, 20] и др. В большинстве случаев данные получены в рамках агрохимических обследований и связаны только с почвенными свойствами. Вместе с тем появилось много новых исследований, сообщающих о зависимости содержания калия в почвах от внешних по отношению к почвам почвообразующих факторов. Это климатические условия, рельеф территории, гидрологический режим и характер растительного покрова [21, 22, 23, 24]. Учитывая, что поймы - высокодинамичный природный объект, для ландшафтов которого характерны сильная изменчивость рельефа, значительная неоднородность гидрологических условий, пестрота почвенного покрова и вариативность растительных сообществ [25], необходимы новые исследования, чтобы лучше понять сложные взаимодействия и относительный вклад этих факторов в содержание калия в пойменных почвах. Поэтому цель данной работы заключалась в оценке содержания обменных форм калия в почвенном покрове поймы р. Амур в пределах Амурской области (верхнее и среднее течение) с учетом почвенно-гене-тического разнообразия, топографии поймы и характера растительного покрова.
1. Объект и методы исследования
Основным методом при проведении исследования был метод катен, преложенный G. Milne в 1932 г. В настоящее время он нашел широкое применение во многих естественных науках, что обусловлено концепцией метода катенарных комплексов, позволяющей не только объединить факторы, объясняющие различия в почвенном покрове, но и изучить историю земной поверхности, геологии, гидрологии, эрозии, переноса наносов и почвенных процессов [26].
Объектом исследования послужили аллювиальные и остаточно-аллювиаль-ные почвы, сформированные в пределах шести катен в пойме р. Амур (рис. 1). Четыре сплошные катены были заложены в верхнем течении. В среднем течении из-за размеров пойм были заложены не сплошные, а серии мелких катен в пределах двух участков.
К5 9 Кб
9.... 9' . - • \ ^
Рис. 1. Карта-схема южной части Амурской области со спутниковыми снимками районов закладки катен
Поймы в верхнем течении Амура небольшие по размеру, а русло реки, где они сформированы, по классификации МГУ [27] относится к адаптивному типу. Первая катена протяженностью 300 м расположена на границе Амурской области, в междуречье рек Амур и Амазар. В ее пределах заложено 8 почвенных разрезов. Пойма представляет собой слабо выгнутую равнину со слабо выраженными прирусловой и притеррасной частями, которая ограничена скальным выступом. Почти вся пойма покрыта хвойно-березовым лесом.
Вторая катена длиной 2 км расположена в 5 км выше по течению от с. Черняево. Здесь заложено 11 почвенных разрезов. Пойма состоит из трех
сильно дифференцированных компонентов: равнинной прирусловой части, большого понижения в виде высохшей протоки в центральной части, в пределах которого развита сеть озер и болот, притеррасной части в форме слабонаклонного склона, покрытого березовым лесом и упирающегося в скальные выходы.
Третья катена длиной 2 км расположена в 6 км выше по течению от с. Но-вовоскресеновка. Вдоль катены заложено 14 почвенных разрезов. Пойма имеет выраженное двухступенчатое строение с перепадом высот между ступенями в 3-4 м. Первая ступень представляет собой несколько соединившихся островов с разнородной растительностью и многочисленными озерами и болотами в депрессиях. Вторая ступень состоит из высокого, покрытого хвойно-березовым лесом берегового вала, переходящего в наклонную равнину, упирающуюся в небольшое болото и далее в скальные выходы.
Четвертая катена длиной 250 м расположена в 2.5 км выше по течению от устья р. Гуран. Вдоль катены заложено 5 почвенных разрезов. Пойма представляет собой травянистую равнину, посреди которой выделяется грива, покрытая широколиственным лесом. Пойма отделена скальными выходами, на границе с которыми сформирована цепь болот и озер.
В среднем течении русло Амура относится к широкопойменному типу. Пятая катена шириной 10 км расположена в 6 км выше по течению от с. Ка-линино. Вдоль катены заложено 33 почвенных разреза. Пойма на данной территории состоит из двух частей. Первая часть - молодая пойма (возраст до 1 500 лет), имеет классическое строение: притеррасная пойма шириной около 3 км, центральная пойма - около 3 км и небольшое притеррасное понижение до 500 м. Но за притеррасным понижением следует более древняя пойма (возраст 3 000-5 000 лет) в виде равнины, плавно переходящей в такую форму рельефа, как террасоувал [28], сформированный продуктами разрушения надпойменной террасы.
Шестая катена длиной 12 км расположена между селами Красный Луч и Иннокентьевка, в 8 км от устья р. Бурея. Катена представлена 30 почвенными разрезами. Данная катена - единственная, которая не доходит до террасы, так как значительную часть поймы представляют труднопроходимые пойменные болота, на которых расположен Хинганский заповедник. Исследуемая часть поймы представлена равниной, которую пересекают многочисленные действующие и высохшие протоки.
Всего был заложен 101 почвенный разрез. В каждом разрезе по генетическим горизонтам были отобраны образцы (всего 371 проба). Названия почв давались в соответствии с Классификацией и диагностикой почв России [29] и международной классификацией WRB [30]. Отдел аллювиальных почв на всех участках одинаково представлен двумя почвенными типами: аллювиальная серогумусовая (Алд) (итЬпс Fluvisols) и аллювиальная серо-гумусовая глеевая (Алдг) ^1еую итЬпс Fluvisols) почвы. В пределах типа аллювиальной серогумусовой почвы выделяется подтип аллювиальная се-рогумусовая глееватая почва (Алдг) (итЬпс Fluvisols (HypoGleyic)). Заболоченные аллювиальные почвы в верхнем и среднем течении р. Амур различаются. В верхнем течении (катены 1, 2, 3) сумма положительных температур не позволяет органическому веществу полностью разлагаться, поэтому оно консервируется в виде торфа с образованием аллювиальных торфяно-глее-вых почв (Алтг) ^1еую Histic Fluvisols) (рис. 2). В среднем же течении и в катене 4 среднего течения преобладают аллювиальные перегнойно-глее-
вые почвы (Алпг) (Gleyic Mollic Fluvisols). Также выделены аллювиальные слоистые почвы (Алсл) (Protic Fluvisols) (отдел слаборазвитых почв). На возвышенных участках поймы интразональные процессы практически не участвуют в почвообразующих процессах, поэтому получили распространение остаточно-аллювиальные почвы. В верхнем течении это преимущественно остаточно-аллювиальные ржавоземы (Рж), относящиеся к отделу желези-сто-метаморфическихпочв.Всреднемтеченииивкатене4верхнеготеченияпред-ставлены остаточно-аллювиальные брунеземы или лугово-бурые почвы (Бл). Брунеземы отсутствуют в Классификации и диагностике почв России и выделяются преимущественно в классификациях дальневосточных почв [31]. В классификации WRB остаточно-аллювиальные ржавоземы и брунеземы, из-за недостаточно выраженных признаков зональных процессов, относятся к одному типу - Fluvic Cambisols.
Выбор обменной формы калия (K2O) обусловлен ее функцией быть основным донором для восстановления в почвенном растворе уровня калия, снижающегося при потреблении растениями, а опыты по пролонгированному вытеснению из почв форм калия показали, что общее количество мобилизованного почвами легкообменного калия (или калия почвенного раствора) очень близко к запасам обменной формы элемента [32]. Поэтому ее поведение в почвах способно отражать динамические и статические изменения в условиях почвообразования и направленности трансформационных преобразований почвы.
Определение обменной формы калия методом А.Т. Кирсанова [33] проводили в ЦКП «Амурский центр минералого-геохимических исследований» ИГиП ДВО РАН. Выбор данного метода обусловлен его преимущественным использованием в бескарбонатной, нечерноземной зоне.
При статистической обработке данных использовались методы описательной статистики: медиана, минимум-максимум, процентиль. При анализе распределения K2O в катенах и вдоль русла в латеральном и радиальном направлении использовались графики рассеивания с наложением полиномиальных трендов. Все расчеты проводились в программе Statistica v.7.
2. Результаты и их обсуждение
Для почв поймы р. Амур характерен минералогический состав с высоким содержанием кварца, калиевых полевых шпатов, биотита, плагиоклаза и гидрослюд [34, 35]. Также в пойменных почвах умеренного пояса получил широкое развитие процесс гидрослюдизации, или иллитизации [14]. В совокупности эти особенности пойменных почв подразумевают высокое потенциальное содержание в них общего калия, что подтверждается нижеприведенными данными.
В верхнем течении р. Амур среди почвенных типов, затронутых исследованием, лучше всего обеспечены почвы, в которых развиты глеевые процессы средней или слабой интенсивности - Алдг и Алдг (рис. 2). В них медианное содержание достигает 480 мг/кг. Затем идут остаточно-аллювиальные Рж и Бл (380 мг/кг) и почвы заболоченных территорий - Алтг и Алпг, с медианным содержанием K2O до 280 мг/кг. Аллювиальные серогумусовые почвы характеризуются сильной вариабельностью содержания K2O - от 50 до 790 мг/кг, но медианное содержание составляет около 200 мг/кг. Меньше всего K2O найдено в примитивных Алсл (120 мг/кг). Распределение K2O в почвах, кроме Алтг и Алпг, убывающее. В заболоченных почвах наблюдается некоторое увеличение содержания K2O в почвообразующем горизонте. В почвообразующих и подстилающих горизонтах
аллювиальных почв содержание К20 не превышает 80 мг/кг, в остаточно-аллю-виальных доходит до 160 мг/кг (рис. 2).
Рис. 2. Медианное, минимальное и максимальное содержание К20 по генетическим горизонтам в почвах поймы верхнего Амура (1 - медианное содержание, 2 - процентиль 25% - 75%, 3 - минимум-максимум)
Высокое содержание К20 в почвах с признаками глеевого процесса связано с целым рядом факторов. В первую очередь, это сильная дифференциация почв по почвообразующему аллювию. Во время паводков на возвышенных формах рельефа откладывается грубозернистый аллювий, в понижениях пойменного рельефа, где чаще всего формируются глеевые почвы, преимущественно откладываются глинистые частицы. Гидрослюды, в свою очередь, содержат в своей кристаллической решетке много калия. В дальнейшем переувлажнение за счет изменения рН и окислительно-восстановительного потенциала [36] приводит к нарушению фиксации калия. Развитие восстановительных условий приводит к изменению ориентации гидроксильных групп, ослаблению электростатических связей в решетке и повышению доступности межслоевого калия [37]. В условиях низких потенциалов железо и алюминий вытесняют калий из кристаллических решеток алюмосиликатов, повышая его доступность для растений [38, 39, 40]. Также для почв с развитым глеевым процессом характерны кислая реакция среды и обилие различных
органических кислот, что способствует высвобождению калия из кристаллической решетки минералов [41].
Хорошо развитая корневая система мезофитной луговой растительности, свойственная Алдг и Алдг, способствует биогенному перехвату высвободившегося К20 с последующей его аккумуляцией в гумусово-аккумулятивном горизонте. Из-за чрезмерного переувлажнения для Ал^, и Алпг свойственен слабо развитый травянистый покров, представленный преимущественно кочкой, а в Алтг торфяной горизонт характеризуется низкой поглотительной способностью. Переувлажнение в Алтг и Алпг также способствует прямому вымыванию К20 из почв [13, 42]. Поэтому, несмотря на более интенсивные признаки глеевого процесса по сравнению с Ал и Ал г, содержание КО в Ал и Ал
дг д 2 тг пг
ниже и наблюдается его вымывание в нижележащие горизонты. Другим нема-ловажным фактором различия в обеспеченности К20 Алдг и Алдг относитель-но Ал и Ал служит гранулометрический состав. Болотные
тг пг
почвы - тяжело-суглинистые и глинистые, а Алдг и Алдг - супесчаные и среднесуглинистые. По мере утяжеления гранулометрического состава увеличивается содержа-ние дисперсных частиц, повышается их емкость катионного обмена, общий фонд обменной формы калия и количество специфических, селективных к калию позиций в минеральной основе. Чем тяжелее почва, тем больше калия обменной формы находится на селективных к нему е- и /-позициях кристал-литов и меньше - на р-позициях со слабой энергией связи. Поэтому с увели-чением емкости поглощения почв в них уменьшается подвижность обменных катионов, в том числе К20 [43].
Особого внимания требуют остаточно-пойменные почвы. Ржавоземы в пойме формируются часто непосредственно на аллювиальных песках или супесях, т. е. на плохо выветренном субстрате. Развитие элювиально-иллю-виальных процессов (оглинивание и лессиваж), свойственных для ржавозе-мов, в случае с поймой р. Амур протекает в условиях кислой реакции сре-ды. Следовательно, их формирование сопровождается явлением гидролиза калийсодержащих минералов. Это приводит к разрушению в первую очередь триоктаэдрических слюд с образованием вторичных разбухающих фаз типа монтмориллонита, отличающихся повышенной способностью к обменному процессу [44, 45]. Так как разбухающая фаза тонкодисперсная, то она пере-мещается нисходящими растворами в иллювиальную часть профиля. Форми-рование Рж также сопровождается процессом брюнификации, протекающим в условиях повышенного увлажнения и появления значительных количеств подвижного гумуса. При этом растворяется гематит, формируются различные железистые и органо-железистые соединения [46]. Повышенные концентра-ции оксидов железа (свободных, аморфных и хелатных) увеличивают воз-можности для обмена и вытеснения К из обменного и необменного комплекса в водный раствор почвы [40]. Это приводит к значительному возрастанию содержания обменного калия в минеральных горизонтах в сравнении с аллю-виальными почвами.
Содержание обменной формы калия в пойме среднего течения р. Амур характеризуется некоторой усредненностью параметров (рис. 3). Несмотря на более высокие выбросы максимальных значений К20, медианное содержание в большинстве почв примерно одинаково и составляет около 200 мг/кг. Лучше всего обменной формой калия обеспечены Алпг (250 мг/кг). Меньше всего К20 содержится в Бл и Алсл, которые, несмотря на медианные значения в 200 мг/кг, характеризуются зауженным полем значений по всему почвенному профилю
и, как следствие, пониженным суммарным запасом К20. Распределение К20 во всех почвах убывающее (рис. 3).
Рис. 3. Медианное, минимальное и максимальное содержание К20 по генетическим горизонтам в почвах поймы среднего Амура (1 - медианное содержание, 2 - процентиль 25% - 75%, 3 - минимум-максимум)
Отсутствие значительной разницы в медианном содержании K2O в аллювиальных почвах среднего Амура показывает, что большая часть аллювиальных почв, сформированных в среднем течении, похожа по своим свойствам. Частично это связано с изменением состава аллювия. При переходе от верхнего течения к среднему снижается зернистость аллювия, повышается его гомогенность и увеличивается содержание глинистых частиц с преобладанием гидрослюд [34, 35]. Данное явление подтверждается теорией K. Maher и C.P. Chamberlain [47], в соответствии с которой при усилении гидрологического цикла увеличивается силикатное выветривание. Как следствие, дифференциация почвообразующего субстрата в разных типах почв среднего Амура менее выражена. Также поймы в широкопойменных руслах, как правило, более возрастные, чем в адаптивных руслах. Почвы здесь уже в значительной степени выветрены, а склоновые процессы привели к некоторой пенеплени-зации пойменного рельефа и нивелированию разницы между почвами. Тем не менее аллювиальные почвы с развитыми глеевыми процессами также обогащены K2O.
В среднем течении хуже всего обеспечены калием Бл, которые представляют собой следующую стадию эволюции аллювиальных почв под влиянием зональных лугового и буроземного процессов и часто развиваются на уже значительно выветренных аллювиальных почвах с тяжелым гранулометрическим составом. В процессе внутрипочвенного выветривания при сохранении азонального режима первичные калийсодержащие минералы превращаются во вторичные глинистые минералы, такие как смектит, или каолинит [48], или иллит, а затем вермикулит [2]. Данный процесс, с одной стороны, приводит к чрезмерному истощению калия из межслойного пространства первичных глинистых минералов, что ведет к необратимому структурному разрушению этих минералов и заметному снижению концентрации общего калия в почве [49], а с другой стороны, приводит к повышению фиксации К20 [2]. Почвы, содержащие вермикулитовые и смекти-товые глины, способны фиксировать огромное количество К20. Катионообмен-ная способность вермикулита составляет 1.2-1.5 моль/кг почвы, а смектита -0.8-1.2 моль/кг почвы [50]. В результате большая часть калия в Бл находится в необменном состоянии.
Таким образом, почвы пойм адаптивных русел верхнего Амура более молодые, контрастные по рельефу и сильно дифференцированы по исходному почво-образующему аллювию, что при небольшом масштабе поймы приводит к значительному варьированию содержания К20. Структура почвенного покрова пойм широкопойменных русел среднего Амура более сглажена, а из-за гидрогенного выветривания паводковые воды откладывают на пойме более тонкий аллювий с высоким содержанием гидрослюд. Почвы на исходных позициях эволюции были лучше обеспечены К20, но при дальнейшем внутрипочвенном выветривании его запасы иссякнут быстрее. Отдельно следует заметить, что почвы среднего Амура развиваются в условиях более высоких температур воздуха, которые способны интенсифицировать выветривание калийсодержащих минералов и ускорить выделение межслойного и структурного калия в почву [48, 51].
Анализ латерального и радиального распределения К20 в катенах верхнего и среднего Амура показал, что в верхнем Амуре выделяются две формы: с накоплением К20 в центральной части поймы (катены 1 и 4) и рассеиванием К20 в центральной части (катены 2 и 3). В среднем Амуре распределение К20 в гумусово-аккумулятивных горизонтах обеих катен убывающее, а в минеральных горизонтах - аккумулятивное в катене 5 и убывающее в катене 6 (рис. 4).
Соотнесение содержания калия с рельефом поймы верхнего Амура показало четкую связь между содержанием К20 и морфометрией. Катена 1 расположена в сегментно-гривистой пойме, а катена 2 - в параллельно-гривистой. В таких поймах сначала формируется центральная часть, которая постепенно присоединяется к берегу, а затем начинает прирастать за счет образования новых грив в районе прирусловой части. При таком строении поймы более возрастные почвы формируются в центральной части, а молодые - возле русла. Как отмечалось ранее, аллювий верхнего Амура грубозернистый и нужно время, чтобы процессы выветривания привели к извлечению из него К20. Поэтому до определенного периода возраст почв имеет положительное значение с точки зрения содержания К20.
Пойму, где расположена катена 2, можно отнести к проточно-сегментно-островному типу, а пойму с катеной 3 - к проточно-островному. В этих поймах в центральной части расположены частично функционирующие протоки, недавно вышедшие из зоны затопления, а на краях - острова и присоединившиеся к горным холмам гривы. Почвы, сформированные на месте высохших проток, в большинстве случаев морфологически не относятся к Алсл, но все равно характеризуются низким содержанием К20. Хотя теоретически в этих почвах должно быть
больше К20. Течение в протоках, как правило, медленнее, чем в основном русле, поэтому в составе почвообразующего аллювия должно откладываться больше илистых и глинистых частиц, содержащих гидрослюду, являющуюся основным поставщиком калия.
Рис. 4. Графики рассеивания, характеризующие содержание обменной формы калия по генетическим горизонтам в пойменных катенах (1 - содержание К20 в органических горизонтах, 2 - содержание К20 в почвообразующих горизонтах аллювиальных почв и структурно-метаморфических горизонтах остаточно-аллювиальных почв, 3 - содержание К20 в подстилающих горизонтах аллювиальных почв и почвообразующих горизонтах остаточно-аллювиальных почв, 4 - полиномиальный тренд)
Причина низкого содержания К20 обнаруживается в морфологическом облике данных почв. Они представляют собой чередование слоев аллювия, зернистость которого повышается снизу вверх. Исходные, достаточно тяжелые почвы, образовавшиеся после осушения проток, погребены под слоями аллювия, отложившегося во время последующих паводков. Происходит постоянное омоложение этих почв, что тормозит процессы внутрипочвенного выветрива-
ния и высвобождения К20. Повышенное содержание калия отмечается только в почвах, сформированных возле сохранившихся пойменных озер и стариц, где наблюдается подтапливание почв грунтовыми водами и развитие глеевых процессов. Кроме того, в супесчаных и песчаных отложениях аллювиального генезиса грунтовые воды часто залегают неглубоко, что может обеспечить беспрепятственную миграцию К20 с грунтовыми водами за пределы почвенного профиля [45].
Распределение К20 в катенах 5 и 6 убывающее, но вызвано оно разными причинами. Пойма в районе катены 6 расположена в широкопойменном русле и относится к сегментно-гривистой, местами переходящей в проточно-сегмент-но-островную. Она граничит с более древней поймой, вышедшей из пойменного режима и испытывающей значительное влияние процессов солифлюкции, приведших к частичному разрушению первой надпойменной террасы и образованию террасоувала, который частично перекрыл пойменные территории. Образовавшийся рельеф обуславливает постепенное увеличение возраста почв при переходе от русла реки к террасоувалу. Степень выветренности первичных минералов почв усиливается настолько, что при параллельном утяжелении гранулометрического состава значительно снижаются запасы как валового калия, так и К20.
Пойма в районе катены 6 имеет сложное строение, представленное сочетанием сегментно-островного, проточно-островного и гривисто-островного типов. При этом центральная и прирусловая части поймы гипсометрически более высокие и лучше морфологически сформированы в сравнении с проточно-болотистой частью поймы, на которой расположен Хинганский заповедник. Следовательно, здесь мы видим ситуацию, характерную для катен 2 и 3, но так как катена не доведена до террасы, мы видим только убывающее распределение.
Анализ морфологии пойменных участков подтверждает, что основным фактором, определяющим содержание К20 в аллювиальных почвах, является степень выветренности почвообразующего субстрата, что подтверждается имеющимися литературными данными [52, 53]. В свою очередь, степень выветренности является производным от таких факторов, как:
- зависимость содержания калия от материнской породы [54], что в случае с аллювиальными почвами подразумевает не только состав аллювия, но и степень его гидрогенного выветривания;
- влияние на содержание калия топографии [21, 51], которая в пойме определяет соотношение влияния азональных (аллювиальных и поемных) и зональных процессов на почвы;
- почвенные условия [23, 52], в первую очередь гранулометрический состав и окислительно-восстановительные процессы;
- климатические особенности территории [22, 51, 56];
- возраст почв [57].
Значительным фактором, определяющим содержание обменной формы калия, также служит дифференциация пойменных участков по характеру растительного покрова. Основная особенность катены 1, для которой наблюдается максимальное содержание К20, состоит в том, что почти вся пойма покрыта смешанным хвойно-березовым лесом. В других катенах верхнего Амура в почвах под лесом также наблюдается более высокое содержание К20, чем в почвах с луговой растительностью (рис. 5). Но в среднем Амуре наблюдается обратная закономерность. Эту дифференциацию можно объяснить типом леса, так как с севера на юг снижается доля хвойных деревьев, а вместо берез начинают пре-
обладать дубы. Так как биогенная поглотительная и, как следствие, удерживающая способности корневой системы деревьев снижаются в ряду береза - сосна, ель - дуб [58, 59], то почвы в дубовых лесах могут содержать меньше К20, чем почвы с луговой растительностью.
Помимо типа леса, разница в содержании К20 в почвах под лесами верхнего и среднего Амура может заключаться в условиях формирования данных лесов. Дубовые леса плохо переносят переувлажнение [57] и поэтому формируются на пойменных возвышенностях, преимущественно вышедших из пойменного режима. Почвы на таких формах рельефа, как правило, уже в значительной мере выветренные, тяжелые по гранулометрическому составу и содержат в основном калий в необменной форме.
Рис. 5. Сравнение содержания К20 в аллювиальных почвах под луговой и лесной растительностью в пойме верхнего и среднего Амура (□ - медианное содержание, I I - про-центиль 25% - 75%, I-1 - минимум-максимум)
Заключение
Анализ обеспеченности аллювиальных и остаточно-аллювиальных почв верхнего и среднего Амура обменной формой калия в зависимости от морфологии поймы, генезиса почв и типа растительного покрова показывает, что содержание К20 в почве - это результат воздействия не только внутрипочвенных факторов, но и условий окружающей среды. И если медианное содержание обменного калия в почвенном покрове пойм высокое (до 200 мг/кг), то содержание в отдельных почвах в зависимости от этих факторов может варьировать в широких пределах (от 10 до 1000 мг/кг).
Если охарактеризовать облик наиболее обогащенной калием в обменной форме почвы в пойме р. Амур, то это будет аллювиальная серогумусовая глее-ватая почва либо остаточно-пойменный ржавозем с суглинистым или супесчаным гранулометрическим составом, сформированные под хвойно-березовым лесом в пределах поймы, развитой в адаптивном русле. Меньше всего калия в обменной форме будет содержаться в молодых аллювиальных слоистых почвах, а также в тяжелых по гранулометрическому составу почвах, сформированных на гипсометрических возвышенностях, преимущественно вышедших из пойменного режима, остаточно-аллювиальных брунеземах под луговой растительностью и в серогумусовых почвах под дубовым лесом в пределах пойм широкопойменных русел.
Литература
1. Zorb C., SenbayramM., Peiter E. Potassium in agriculture - status and perspectives // J. Plant Physiol. 2014. V. 171, No 9. P. 656-669. https://doi.Org/10.1016/j.jplph.2013.08.008.
2. Wakeel A., Gul M., Sanaullah M.Potassium dynamics in three alluvial soils differing in clay contents // Emirates J. Food Agric. 2013. V. 25, No 1. P. 39-54. https://doi.org/10.9755/EJFA.V25I1.15395.
3. Wang H.-Y., Zhou J.-M., Du C.-W., Chen X.-Q. Potassium fractions in soils as affected by monocalcium phosphate, ammonium sulfate and potassium chloride application // Pedosphere. 2010. V 20, No 3. P. 368-377. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(10)60026-4.
4. Britzke D., da Silva L.S., Moterle D.F., dos Santos Rheinheimer D., Bortoluzzi E.C. A study of potassium dynamics and mineralogy in soils from subtropical Brazilian lowlands // J. Soils Sediments. 2012. V 12, No 2. P. 185-197. https://doi.org/10.1007/s11368-011-0431-7.
5. Najafi-Ghiri M., Jaberi H.R. Effect of soil minerals on potassium release from soil fractions by different extractants // Arid Land Res. Manage. 2013. V 27, No 2. P. 111-127. https://doi.org/10.1080/15324982.2012.719571.
6. Raghavendra M.P., Nayaka S.C., Nuthan B.R. Role of rhizosphere microflora in potassium solubilization // Meena V.S., Maurya B.R., Verma J.P., Meena R.S. (Eds.) Potassium Solubilizing Microorganisms for Sustainable Agriculture. New Delhi: Springer, 2016. P. 43-59. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2776-2_4.
7. Якименко В.Н. Формы калия в почве и метолы их определения // Почвы и окружающая среда. 2018. Т. 1, № 1. С. 25-31. https://doi.org/10.31251/pos.v1iL5.
8. Jobbágy E.G., Jackson R.B. The distribution of soil nutrients with depth: Global patterns and the imprint of plants // Biogeochemistry. 2001. V. 53, No 1. P. 51-77. https://doi.org/10.1023/A:1010760720215.
9. Jobbágy E.G., Jackson R.B. The uplift of soil nutrients by plants: Biogeochemical consequences across scales // Ecology. 2004. V. 85, No 9. P. 2380-2389. https://doi.org/10.1890/03-0245.
10. Barré P., Berger G., Velde B. How element translocation by plants may stabilize illitic clays in the surface of temperate soils // Geoderma. 2009. V. 151, No 1-2. P. 22-30. https://doi.org/10.1016/J.GE0DERMA.2009.03.004.
11. Sardans J., Peñuelas J. Potassium: A neglected nutrient in global change // Global Ecol. Biogeogr. 2015. V. 24, No. 3. P. 261-275. https://doi.org/10.1111/GEB.12259.
12. Brennan R.F., Bell M.J. Soil potassium-crop response calibration relationships and criteria for field crops grown in Australia // Crop Pasture Sci. 2013. V. 64, No 5. P. 514-522. https://doi.org/10.1071/CP13006.
13. Romheld V., Kirkby E.A. Research on potassium in agriculture: Needs and prospects // Plant Soil. 2010. V. 335, No 1-2. P. 155-180. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0520-1.
14. Жарикова Е.А. Калий в пойменных почвах Приамурья // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии имени В.Р. Филиппова. 2010. № 2 (19). С. 46-51.
15. Lair G.J., Zehetner F., FiebigM., GerzabekM.H., van Gestel C.A.M., Hein T., Hohensinner S., Hsu P., Jones K.C., Jordan G., Koelmans A.A., Poot A., Slijkerman D.M.E., Totsche K.U., Bondar-Kunze E., Barth J.A.C. How do long-term development and periodical changes of river-floodplain systems affect the fate of contaminants? Results from European rivers // Environ. Pollut. 2009. V 157, No 12. P. 3336-3346. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.06.004.
16. Бойнов А.И. Пойменные земли Сибири, Дальнего Востока и их сельскохозяйственное использование // Проблемы использования и охраны почв Сибири и Дальнего Востока / под ред. Р.В. Ковалева. Новосибирск: Наука, 1984. С. 69-72.
17. Костенков Н.М., Ознобихин В.И. Почвы и почвенные ресурсы юга Дальнего Востока и их оценка // Почвоведение. 2006. № 5. С. 517-526.
18. Голов Г.В. Почвы и экология агрофитоценозов Зейско-Буреинской равнины. Владивосток: Дальнаука, 2001. 162 с.
19. Пуртова Л.Н., Костенков Н.М., Ознобихин В.И. Почвы Среднего Приамурья. Владивосток: Дальнаука, 1996. 103 с.
20. Жарикова Е.А. Калий в почвах Восточной буроземно-лесной области России. Владивосток: Дальнаука, 2006. 135 с.
21. Winzeler H.E., Owens P.R., Joern B.C., Camberato J.J., Lee B.D., Anderson D.E., Smith D.R. Potassium fertility and terrain attributes in a fragiudalf drainage catena // Soil Sci. Soc. Am. J. 2008. V. 72, No 5. P. 1311-1320. https://doi.org/10.2136/SSSAJ2007.0382.
22. Francos M., Pereira P., Alcaniz M., Mataix-Solera J., Ubeda X Impact of an intense rainfall event on soil properties following a wildfire in a Mediterranean environment (North-East Spain) // Sci. Total Environ. 2016. V. 572. P. 1353-1362. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.01.145.
23. Li T., Liang J., Chen X., Wang H., Zhang S., Pu Y., Xu X., Li H., Xu J., Wu X., Liu X The interacting roles and relative importance of climate, topography, soil properties and mineralogical composition on soil potassium variations at a national scale in China // Catena. 2021. V. 196. Art. 104875. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104875.
24. Akbas F., Gunal H., Acir N. Spatial variability of soil potassium and its relationship to land use and parent material // Soil Water Res. 2017. V. 12, No 4. P. 202-211. https://doi.org/10.17221/32/2016-SWR.
25. Kawalko D., Jezierski P., Kabala C. Morphology and physicochemical properties of alluvial soils in riparian forests after river regulation // Forests. 2021. V 12, No 3. Art. 329. https://doi.org/10.3390/f12030329.
26. Borden R.W., Baillie I.C., Hallett S.H. The East African contribution to the formalization of the soil catena concept // Catena. 2020. V 185. Art. 104291. https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104291.
27. Чалов Р.С. Русловедение: теория, география, практика. М.: Изд-во ЛКИ, 2007. Т. 1. Русловые процессы: факторы, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. 608 с.
28. Воскресенский С.С. Геоморфология Амуро-Зейской равнины и низкогорья Малого Хингана. М.: МГУ, 1973. Ч. 1. 275 с.
29. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
30. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014: International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. Ser.: World Soil Resources Reports. Update 2015, No 106. Rome: FAO, 2015. 192 р.
31. Ознобихин В.И., Синельников Э.П., Рыбачук Н.А. Классификация и агропроизвод-ственные группировки почв Приморского края. Владивосток: ДВО РАН, 1994. 93 с.
32. Якименко В.Н. Диагностика обеспеченности калием пахотных почв западной Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2007. № 4 (172). С. 15-22.
33. Новицкий М.В., Донских Д.В., Чернов И.Н. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. СПб.: Проспект Науки, 2009. 320 с.
34. Никольская В.В. Физико-географические исследования в бассейне верхнего и среднего Амура в связи с работами по отысканию путей борьбы с наводнениями на Зей-ско-Буреинской равнине // Зейско-Буреинская равнина / под ред. В.В. Никольской. М.: АН СССР, 1958. С. 85-133.
35. Леонов Г.П., Сергеева Е.М. Геология и инженерная геология Верхнего Амура. М.: МГУ, 1962. 319 с.
36. Kirk G. The Biogeochemistry of Submerged Soils. Chichester: John Wiley & Sons, 2004. 304 p. https://doi.org/10.1002/047086303X.
37. Tran A.M. Potassium fixation by oxidized and reduced forms of different phyllosilicates: Master's Thesis. Manhattan: Kans. State Univ., 2012. 133 p.
38. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического увлажнения (Дальний Восток). М.: Наука, 1987. 195 с.
39. Favre F., Tessier D., Abdelmoula M., Génin J.M., Gates W.P., Boivin P. Iron reduction and changes in CEC in intermittently waterlogged soil // Eur. J. Soil Sci. 2002. V. 53, No 2. P. 175-183. https://doi.org/10.1046/j.1365-2389.2002.00423.x.
40. Han T., Huang J., Liu K., Fan H., Shi X., Chen J., JiangX., Liu G., Liu S., Zhang L., Xu Y., Feng G., Zhang H. Soil potassium regulation by changes in potassium balance and iron and aluminum oxides in paddy soils subjected to long-term fertilization regimes // Soil Tillage Res. 2021. V 214. Art. 105168. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105168.
41. Etesami H., Emami S., Alikhani H.A. Potassium solubilizing bacteria (KSB): Mechanisms, promotion of plant growth, and future prospects - a review // J. Soil Sci. Plant Nutr. 2017. V. 17, No 4. P. 897-911. https://doi.org/10.4067/S0718-95162017000400005.
42. Смыкович Л.И., Оношко М.П. Геохимия распространенности калия и натрия в барьерной геосистеме // Вестник БГУ Серия 2. Химия. Биология. География. 2015. № 3. С. 59-63.
43. Якименко В.Н. Подвижность форм калия в почвах // Агрохимия. 2005. № 9. С. 5-12.
44. Зимовец Б.А. Почвенно-геохимические процессы муссонно-мерзлотных ландшафтов. М.: Наука, 1967. 167 с.
45. Середа В.П. Геохимические особенности поведения калия в почвах // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2007. № 1. С. 106-118.
46. Водяницкий Ю.Н., Шишов Л.Л., Васильев А.А., Сатаев Э.Ф. Анализ цвета лесных почв Русской равнины // Почвоведение. 2005. № 1. С. 16-28.
47. Maher K., Chamberlain C.P. Hydrologic regulation of chemical weathering and the geologic carbon cycle // Science. 2014. V. 343, No 6178. P. 1502-1504. https://doi.org/10.1126/science.1250770.
48. Mavris C., Furrer G., Dahms D., Anderson S.P., Blum A., Goetze J., Wells A., Egli M. Decoding potential effects of climate and vegetation change on mineral weathering in alpine soils: An experimental study in the Wind River Range (Wyoming, USA) // Geoderma. 2015. V. 255-256. P. 12-26. https://doi.org/10.1016/J.GE0DERMA.2015.04.014.
49. Li T., Wang H., Chen X., Zhou J. Soil reserves of potassium: Release and availability to Lolium perenne in relation to clay minerals in six cropland soils from Eastern China // Land Degrad. Dev. 2017. V. 28, No 5. P. 1696-1703. https://doi.org/10.1002/ldr.2701.
50. Bohn H.L., McNealB.L., O'Connor G.A. Soil Chemistry. N.Y.: John Wiley & Sons, 2001. 320 p.
51. Lybrand R.A., Rasmussen C. Climate, topography, and dust influences on the mineral and geochemical evolution of granitic soils in southern Arizona // Geoderma. 2018. V 314. P. 245-261. https://doi.org/10.1016/J.GE0DERMA.2017.10.042.
52. Andrist-Rangel Y., SimonssonM., Andersson S., Oborn I., Hillier S. Mineralogical budgeting of potassium in soil: A basis for understanding standard measures of reserve potassium // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2006. V 169, No 5. P. 605-615. https://doi.org/10.1002/JPLN.200621972.
53. Barré P., Velde B., Fontaine C., Catel N., Abbadie L. Which 2:1 clay minerals are involved in the soil potassium reservoir? Insights from potassium addition or removal experiments on three temperate grassland soil clay assemblages // Geoderma. 2008. V. 146, No 1-2. P. 216-223. https://doi.org/10.1016/J.GE0DERMA.2008.05.022.
54. Askegaard M., Eriksen J., Johnston A.E. Sustainable management of potassium // Christensen T.B., Schj0nning P., Elmholt S. (Eds.) Managing Soil Quality: Challenges in Modern Agriculture. Wallingford: CABI Publ., 2004. P. 85-102. https://doi.org/10.1079/9780851996714.0085.
55. Manning D.A.C., Baptista J., Sanchez Limon M., Brandt K. Testing the ability of plants to access potassium from framework silicate minerals // Sci. Total Environ. 2017. V. 574. P. 476-481. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.09.086.
56. Zhang K., Song C., Zhang Y., Dang H., Cheng X., Zhang Q. Global-scale patterns of nutrient density and partitioning in forests in relation to climate // Glob. Change Biol. 2018. V. 24, No 1. P. 536-551. https://doi.org/10.1111/gcb.13860.
57. Butt R.M., Akhtar M.S., Mehmood A., Imran M., Rukh S., Kayani G.S., Siddique M.T., Abbasi K.S., Qayyum A., Ahmad Z. Relationship of soil potassium forms with maize potassium contents in soils derived from different parent materials // Ital. J. Agron. 2017. V. 12, No 2. P. 102-109. https://doi.org/10.4081/IJA.2017.818.
58. Исаев А.В., Демаков Ю.П., Таланцев В.И. Содержание зольных элементов в побегах различных древесных пород // Научные труды государственного природного заповедника «Большая Кокшага». 2015. № 7. С. 79-85.
59. Hellsten S.V, Helmisaari H.-S., Melin Y., Skovsgaard J.P., Kaakinen S., Kukkola M., Saarsalmi A., Petersson H., Akselsson C. Nutrient concentrations in stumps and coarse roots of Norway spruce, Scots pine and silver birch in Sweden, Finland and Denmark // For. Ecol. Manage. 2013. V. 290. P. 40-48. https://doi.org/10.1016/J.F0REC0.2012.09.017.
60. Кузьмина Ж.В. Последствия изменения режима речного стока для пойменных экосистем при создании малых (низконапорных) гидротехнических сооружений на равнинных реках // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы / под ред. Н.М. Новикова. М.: Наука, 2005. С. 134-163.
Поступила в редакцию 12.05.2023 Принята к публикации 19.09.2023
Мартынов Александр Викторович, кандидат географических наук, научный сотрудник лаборатории геоэкологии
Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской академии наук
пер. Релочный, д. 1, Благовещенск, 675000, Россия E-mail: lexxm@ascnet.ru
ISSN 2542-064X (Print) ISSN 2500-218X (Online)
UCHENYE ZAPISKI KAZANSKOGO UNIVERSITETA. SERIYA ESTESTVENNYE NAUKI (Proceedings of Kazan University. Natural Sciences Series) 2023, vol. 165, no. 3, pp. 447-466
O R I G I N A L A R T I C L E
doi: 10.26907/2542-064X.2023.3.447-466
Effects of Landscape Variables on Exchangeable Potassium Content in the Floodplain
Soils of the Amur River
A.V. Martynov
Institute of Geology and Nature Management, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences,
Blagoveshchensk, 675000 Russia
E-mail: lexxm@ascnet.ru Received May 12, 2023; Accepted September 19, 2023
Abstract
This article considers exchangeable potassium levels in the floodplain soils of the Amur River. The accumulation of exchangeable potassium in these soils was found to be largely determined by their age and weathering extent. In the young and highly weathered soils, the content of exchangeable potassium was lower than in the middle-aged soils. In the humus-accumulating horizon, it was 100-400 mg/kg and 200 mg/kg in the Upper and Middle Amur River, respectively. As for the mineral horizons, it ranged from
20 mg/kg in the young alluvial soils to 150 mg/kg in the residual-floodplain rusty soils. Interestingly, a significant increase in exchangeable potassium was observed for the coniferous-birch forests of the Upper Amur River (reaching an average of 400 mg/kg), but not for the oak forests in the Middle Amur River. Due to the asymmetry of the rate and ratio of zonal processes in the floodplain soils of the Upper and Middle Amur River, the residual-alluvial soils turned out to be sharply differentiated by the exchangeable potassium profiles. On average, the brown soils (Fluvic Cambisols) of the Upper Amur River contained up to 350 mg/kg of exchangeable potassium. The Fluvic Cambisols of the Middle Amur River had the lowest content of exchangeable potassium as compared to other studied soils.
Keywords: exchangeable potassium, floodplain soils, soil formation, Amur River, relief, weathering
Figure Captions
Fig. 1. Schematic map of the southern part of the Amur region with satellite images of the catena areas. Fig. 2. Median, minimum, and maximum K2O content along the genetic horizons in the floodplain soils of
the Upper Amur River (1 - median content, 2 - percentile 25%-75%, 3 - minimum-maximum). Fig. 3. Median, minimum, and maximum K2O content along the genetic horizons in the floodplain soils of the Middle Amur River (1 - median content, 2 - percentile 25%-75%, 3 - minimum-maximum). Fig. 4. Scatter diagrams of the exchangeable potassium content along the genetic horizons of the floodplain catenae (1 - K2O content in the organic horizons, 2 - K2O content in the soil-forming horizons of alluvial soils and in the structural-metamorphic horizons of the residual-alluvial soils, 3 - K2O content in the underlying horizons of the alluvial soils and in the soil-forming horizons of the residual-alluvial soils, 4 - polynomial trend). Fig. 5. Comparison of the K2O content in the alluvial soils under meadow and forest vegetation in the floodplain of the Upper and Middle Amur River (□ - median content, i i - percentile 25%-75%, i-1 - minimum-maximum).
References
1. Zorb C., Senbayram M., Peiter E. Potassium in agriculture - status and perspectives. J. Plant Physiol., 2014, vol. 171, no. 9, pp. 656-669. https://doi.org/10.1016/jjplph.2013.08.008.
2. Wakeel A., Gul M., Sanaullah M. Potassium dynamics in three alluvial soils differing in clay contents. Emirates J. Food Agric., 2013, vol. 25, no. 1, pp. 39-54. https://doi.org/10.9755/EJFA.V25I1.15395.
3. Wang H.-Y., Zhou J.-M., Du C.-W., Chen X.-Q. Potassium fractions in soils as affected by monocalcium phosphate, ammonium sulfate and potassium chloride application. Pedosphere, 2010, vol. 20, no. 3, pp. 368-377. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(10)60026-4.
4. Britzke D., da Silva L.S., Moterle D.F., dos Santos Rheinheimer D., Bortoluzzi E.C. A study of potassium dynamics and mineralogy in soils from subtropical Brazilian lowlands. J. Soils Sediments, 2012, vol. 12, no. 2, pp. 185-197. https://doi.org/10.1007/s11368-011-0431-7.
5. Najafi-Ghiri M., Jaberi H.R. Effect of soil minerals on potassium release from soil fractions by different extractants. Arid Land Res. Manage., 2013, vol. 27, no. 2, pp. 111-127. https://doi.org/10.1080/15324982.2012.719571.
6. Raghavendra M.P., Nayaka S.C., Nuthan B.R. Role of rhizosphere microflora in potassium solubilization. In: Meena V.S., Maurya B.R., Verma J.P., Meena R.S. (Eds.) Potassium Solubilizing Microorganisms for Sustainable Agriculture. New Delhi, Springer, 2016. pp. 43-59. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2776-2_4.
7. Yakimenko V.N. Forms of potassium in soil and methods for their determination. Pochvy Okruzh. Sredy, 2018, vol. 1, no. 1, pp. 25-31. https://doi.org/10.31251/pos.v1iL5. (In Russian)
8. Jobbagy E.G., Jackson R.B. The distribution of soil nutrients with depth: Global patterns and the imprint of plants. Biogeochemistry, 2001, vol. 53, no. 1, pp. 51-77. https://doi.org/10.1023/A:1010760720215.
9. Jobbagy E.G., Jackson R.B. The uplift of soil nutrients by plants: Biogeochemical consequences across scales. Ecology, 2004, vol. 85, no. 9, pp. 2380-2389. https://doi.org/10.1890/03-0245.
10. Barré P., Berger G., Velde B. How element translocation by plants may stabilize illitic clays in the surface of temperate soils. Geoderma, 2009, vol. 151, nos. 1-2, pp. 22-30. https://doi.org/10.1016/J.GE0DERMA.2009.03.004.
11. Sardans J., Penuelas J. Potassium: A neglected nutrient in global change. Global Ecol. Biogeogr., 2015, vol. 24, no. 3, pp. 261-275. https://doi.org/10.1111/GEB.12259.
12. Brennan R.F., Bell M.J. Soil potassium-crop response calibration relationships and criteria for field crops grown in Australia. Crop Pasture Sci., 2013, vol. 64, no. 5, pp. 514-522. https://doi.org/10.1071/CP13006.
13. Romheld V., Kirkby E.A. Research on potassium in agriculture: Needs and prospects. Plant Soil, 2010, vol. 335, nos. 1-2, pp. 155-180. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0520-1.
14. Zharikova E.A. Potassium in floodplain soils ofthe Amur region. Vestn. Buryat. Gos. S-kh.Akad. im. V.R. Filippova, 2010, no. 2 (19), pp. 46-51. (In Russian)
15. Lair G.J., Zehetner F., Fiebig M., Gerzabek M.H., van Gestel C.A.M., Hein T., Hohensinner S., Hsu P., Jones K.C., Jordan G., Koelmans A.A., Poot A., Slijkerman D.M.E., Totsche K.U., Bondar-Kunze E., Barth J.A.C. How do long-term development and periodical changes of river-floodplain systems affect the fate of contaminants? Results from European rivers. Environ. Pollut., 2009, vol. 157, no. 12, pp. 3336-3346. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.06.004.
16. BoinovA.I. Floodplain lands of Siberia and the Far East and their agricultural use. In: Kovalev R.V. (Ed.) Problemy ispol'zovaniya i okhrany pochv Sibiri i Dal'nego Vostoka [Problems of Soil Use and Protection in Siberia and the Far East]. Novosibirsk, Nauka, 1984, pp. 69-72. (In Russian)
17. Kostenkov N.M., Oznobikhin V.I. Soils and soil resources in the southern Far East and their assessment. Eurasian Soil Sci, 2006, vol. 39, no. 5, pp. 461-469. https://doi.org/10.1134/S1064229306050012.
18. Golov G.V. Pochvy i ekologiya agrofitotsenozov Zeisko-Bureinskoi ravniny [Soils and Ecology of Agrophytocenoses of the Zeya-Bureya Plain]. Vladivostok, Dal'nauka, 2001. 162 p. (In Russian)
19. Purtova L.N., Kostenkov N.M., Oznobikhin V.I. Pochvy Srednego Priamur'ya [Soils of the Middle Amur Region]. Vladivostok, Dal'nauka, 1996. 103 p. (In Russian)
20. Zharikova E.A. Kalii v pochvakh Vostochnoi burozemno-lesnoi oblasti Rossii [Potassium in the Eastern Brown-Earth Forest Soil Region of Russia]. Vladivostok, Dal'nauka, 2006. 135 p. (In Russian)
21. Winzeler H.E., Owens P.R., Joern B.C., Camberato J.J., Lee B.D., Anderson D.E., Smith D.R. Potassium fertility and terrain attributes in a fragiudalf drainage catena. Soil Sci. Soc. Am. J., 2008, vol. 72, no. 5, pp. 1311-1320. https://doi.org/10.2136/SSSAJ2007.0382.
22. Francos M., Pereira P., Alcaniz M., Mataix-Solera J., Ubeda X. Impact of an intense rainfall event on soil properties following a wildfire in a Mediterranean environment (North-East Spain). Sci. Total Environ., 2016, vol. 572, pp. 1353-1362. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.01.145.
23. Li T., Liang J., Chen X., Wang H., Zhang S., Pu Y., Xu X., Li H., Xu J., Wu X., Liu X. The interacting roles and relative importance of climate, topography, soil properties and mineralogical composition on soil potassium variations at a national scale in China. Catena, 2021, vol. 196, art. 104875. https://doi.org/10.1016/jxatena.2020.104875.
24. Akbas F., Gunal H., Acir N. Spatial variability of soil potassium and its relationship to land use and parent material. Soil Water Res, 2017, vol. 12, no. 4, pp. 202-211. https://doi.org/10.17221/32/2016-SWR.
25. Kawalko D., Jezierski P., Kabala C. Morphology and physicochemical properties of alluvial soils in riparian forests after river regulation. Forests, 2021, vol. 12, no. 3, art. 329. https://doi.org/10.3390/f12030329.
26. Borden R.W., Baillie I.C., Hallett S.H. The East African contribution to the formalization of the soil catena concept. Catena, 2020, vol. 185, art. 104291. https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104291.
27. Chalov R.S. Ruslovedenie: teoriya, geografiya, praktika [The Science of River Channels: Theory, Geography, and Practice]. Vol. 1: Channel processes: factors, mechanisms, forms of manifestation, and conditions for river channel development. Moscow, Izd. LKI, 2007. 608 p. (In Russian)
28. Voskresenskii S.S. Geomorfologiya Amuro-Zeiskoi ravniny i nizkogor'ya Malogo Khingana [Geomorphology of the Amur-Zeya Plain and the Low Mountains of the Lesser Khingan]. Part 1. Moscow, MGU, 1973. 275 p. (In Russian)
29. Shishov L.L., Tonkonogov V.D., Lebedeva I.I., Gerasimova M.I. Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii [Classification and Diagnostics of Russian Soils]. Smolensk, Oikumena, 2004. 342 p. (In Russian)
30. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014: International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. Ser.: World Soil Resources Reports. Update 2015, No. 106. Rome, FAO, 2015. 192 p.
31. Oznobikhin V.I., Sinel'nikov E.P., Rybachuk N.A. Klassifikatsiya iagroproizvodstvennyegruppirovki pochv Primorskogo kraya [Soil Classification and Suitability Groups in the Primorye Region]. Vladivostok, Dal'nevost. Otd. Ross. Akad. Nauk, 1994. 93 p. (In Russian)
32. Yakimenko V.N. Diagnostics of potassium in the arable soils of Western Siberia. Sib. Vestn. S-kh. Nauki, 2007, no. 4 (172), pp. 15-22. (In Russian)
33. Novitskii M.V., Donskikh D.V., Chernov I.N. Laboratorno-prakticheskie zanyatiya po pochvovedeniyu [Laboratory and Practical Classes in Soil Science]. St. Petersburg, Prospekt Nauki, 2009. 320 p. (In Russian)
34. Nikol'skaya V.V. Physical and geographical studies in the Upper and Middle Amur basin in connection with the work on finding ways to combat floods on the Zeya-Bureya Plain. In: Nikol'skaya V.V. (Ed.) Zeisko-Bureinskaya ravnina [Zeya-Bureya Plain]. Moscow, Akad. Nauk SSSR, 1958. pp. 85-133. (In Russian)
35. Leonov G.P., Sergeeva E.M. Geologiya i inzhenernaya geologiya Verkhnego Amura [Geology and Engineering Geology of the Upper Amur]. Moscow, MGU, 1962. 319 p. (In Russian)
36. Kirk G. The Biogeochemistry of Submerged Soils. Chichester, John Wiley & Sons, 2004. 304 p. https://doi.org/10.1002/047086303X.
37. Tran A.M. Potassium fixation by oxidized and reduced forms of different phyllosilicates. Master's Thesis. Manhattan, Kans. State Univ., 2012. 133 p.
38. Kostenkov N.M. Okislitel'no-vosstanovitel'nye rezhimy v pochvakh periodicheskogo uvlazhneniya (Dal'nii Vostok) [Redox Regimes in Soils with Periodic Moistening (Far East)]. Moscow, Nauka, 1987. 195 p. (In Russian)
39. Favre F., Tessier D., Abdelmoula M., Génin J.M., Gates W.P., Boivin P. Iron reduction and changes in CEC in intermittently waterlogged soil. Eur. J. Soil Sci., 2002, vol. 53, no. 2, pp. 175-183. https://doi.org/10.1046/j.1365-2389.2002.00423.x.
40. Han T., Huang J., Kailou L., Fan H., Shi X., Chen J., Jiang X., Liu G., Liu S., Zhang L., Xu Y., Feng G., Huimin Z. Soil potassium regulation by changes in potassium balance and iron and aluminum oxides in paddy soils subjected to long-term fertilization regimes. Soil Tillage Res., 2021, vol. 214, art. 105168. https://doi.org/10.10167j.still.2021.105168.
41. Etesami H., Emami S., Alikhani H.A. Potassium solubilizing bacteria (KSB): Mechanisms, promotion of plant growth, and future prospects - a review. J. Soil Sci. Plant Nutr., 2017, vol. 17, no. 4, pp. 897-911. https://doi.org/10.4067/S0718-95162017000400005.
42. Smykovich L.I., Onoshko M.P. Geochemistry of potassium and sodium prevalence in the barrier geosystem. Vestn. BGU. Ser. 2: Khim. Biol. Geogr., 2015, no. 3, pp. 59-63. (In Russian)
43. Yakimenko V.N. Mobility of potassium forms in soils. Agrokhimiya, 2005, no. 9, pp. 5-12. (In Russian)
44. Zimovets B.A. Pochvenno-geokhimicheskie protsessy musonno-merzlotnykh landshaftov [Soil and Geochemical Processes of Monsoon-Permafrost Landscapes]. Moscow, Nauka, 1967. 167 p. (In Russian)
45. Sereda V.P. Geochemical features of potassium behavior in soils. Vestn. Tomsk. Gos. Univ. Biol., 2007, no. 1, pp. 106-118. (In Russian)
46. Vodyanitskii Yu.N., Shishov L.L., Vasil'ev A.A., Sataev E.F. An analysis of the color of forest soils on the Russian Plain. Eurasian Soil Sci., 2005, vol. 38, no. 1, pp. 11-22.
47. Maher K., Chamberlain C.P. Hydrologic regulation of chemical weathering and the geologic carbon cycle. Science, 2014, vol. 343, no. 6178, pp. 1502-1504. https://doi.org/10.1126/science.1250770.
48. Mavris C., Furrer G., Dahms D., Anderson S.P., Blum A., Goetze J., Wells A., Egli M. Decoding potential effects of climate and vegetation change on mineral weathering in alpine soils: An experimental study in the Wind River Range (Wyoming, USA). Geoderma, 2015, vols. 255-256, pp. 12-26. https://doi.org/10.1016/J.GE0DERMA.2015.04.014.
49. Li T., Wang H., Chen X., Zhou J. Soil reserves of potassium: Release and availability to Lolium perenne in relation to clay minerals in six cropland soils from Eastern China. Land Degrad. Dev., 2017, vol. 28, no. 5, pp. 1696-1703. https://doi.org/10.1002/ldr.2701.
50. Bohn H.L., McNeal B.L., O'Connor G.A. Soil Chemistry, New York, John Wiley & Sons, 2001. 320 p.
51. Lybrand R.A., Rasmussen C. Climate, topography, and dust influences on the mineral and geochemical evolution of granitic soils in southern Arizona. Geoderma, 2018, vol. 314, pp. 245-261. https://doi.org/10.1016/IGE0DERMA.2017.10.042.
52. Andrist-Rangel Y., Simonsson M., Andersson S., Oborn I., Hillier S. Mineralogical budgeting of potassium in soil: A basis for understanding standard measures of reserve potassium. J. Plant Nutr. SoilSci, 2006, vol. 169, no. 5, pp. 605-615. https://doi.org/10.1002/JPLN.200621972.
53. Barré P., Velde B., Fontaine C., Catel N., Abbadie L. Which 2:1 clay minerals are involved in the soil potassium reservoir? Insights from potassium addition or removal experiments on three temperate grassland soil clay assemblages. Geoderma, 2008, vol. 146, nos. 1-2, pp. 216-223. https://doi.org/10.1016/IGE0DERMA.2008.05.022.
54. Askegaard M., Eriksen J., Johnston A.E. Sustainable management of potassium. In: Christensen T.B., Schj0nning P., Elmholt S. (Eds.) Managing Soil Quality: Challenges in Modern Agriculture. Wallingford, CABI Publ., 2004, pp. 85-102. https://doi.org/10.1079/9780851996714.0085.
55. Manning D.A.C., Baptista J., Sanchez L.M., Brandt K. Testing the ability of plants to access potassium from framework silicate minerals. Sci. Total Environ., 2017, vol. 574, pp. 476-481. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.09.086.
56. Zhang K., Song C., Zhang Y., Dang H., Cheng X., Zhang Q. Global-scale patterns of nutrient density and partitioning in forests in relation to climate. Glob. Change Biol., 2018, vol. 24, no. 1, pp. 536-551. https://doi.org/10.1111/gcb.13860.
57. Butt R., Akhtar M.S., Mehmood A., Imran M., Rukh S., Kayani G.S., Siddique M.T., Abbasi K.S., Qayyum A., Ahmad Z. Relationship of soil potassium forms with maize potassium contents in soils derived from different parent materials. Ital. J. Agron., 2017, vol. 12, no. 2, pp. 102-109. https://doi.org/10.4081/IJA.2017.818.
58. Isaev A.V., Demakov Yu.P., Talantsev V.I. The content of ash elements in the shoots of various tree species. Nauchn. Tr. Gos. Prir. Zapov. "Bol'shaya Kokshaga", 2015, no. 7, pp. 79-85. (In Russian)
59. Hellsten S.V., Helmisaari H.-S., Melin Y., Skovsgaard J.P., Kaakinen S., Kukkola M., Saarsalmi A., Petersson H., Akselsson C. Nutrient concentrations in stumps and coarse roots of Norway spruce, Scots pine and silver birch in Sweden, Finland and Denmark. For. Ecol. Manage., 2013, vol. 290, pp. 40-48. https://doi.org/10.1016ZJ.F0REC0.2012.09.017.
60. Kuz'mina Zh.V. Consequences of changing the river flow regime for floodplain ecosystems associated with small (low-pressure) hydraulic structures. In: Novikov N.M. (Ed.) Otsenka vliyaniya izmeneniya rezhima vod sushi na nazemnye ekosistemy [Assessing the Impact of Changes in Land Water Regime on Terrestrial Ecosystems]. Moscow, Nauka, 2005. pp. 134-163. (In Russian)
Для цитирования: Мартынов А.В. Влияние ландшафтообразующих факторов на содержание обменной формы калия в почвах поймы р. Амур // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2023. Т. 165, кн. 3. С. 447-466. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2023.3.447-466.
For citation: Martynov A.V. Effects of Landscape variables on exchangeable potassium content in the floodplain soils of the Amur River. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 3, pp. 447-466. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2023.3.447-466. (In Russian)
