CC BY
68
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 БИОЛОГИЯ Вып. 2
УДК 631.48(470.53)
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОДТОПЛЕНИЯ НА КИСЛОТНОСТЬ ПОЧВ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ КАМСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Т. Г. Филькина, О. З. Ерёмченкоь
а Естественнонаучный институт Пермского государственного университета, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4; vratsbbio08@mail.ru
ь Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15; eremch@psu.ru; (342)2396412
Исследованы показатели кислотности почв разного гранулометрического состава, подтопленных Камским водохранилищем, в сравнении с неподтопленными аналогами. Показано, что кислотность под воздействием подтопления снижается в лёгких и двучленных почвах, причём изменения в целом ослабляются вниз по профилю. Получена приблизительная пространственная оценка масштабов обнаруженных явлений.
Ключевые слова: кислотность почв; подтопление; лёгкие, тяжёлые и двучленные почвы; Камское водохранилище.
Введение
При строительстве крупных равнинных водохранилищ на низких пологих берегах начинают активно проявляться процессы подтопления, что приводит к изменениям морфологических и физико-химических свойств почв и структуры почвенного покрова. Почвы, подтопленные водохранилищами, изучались многими исследователями (см. обзор в: Кулагина, 1994), однако для большинства водохранилищ так и не было дано интегральной оценки их влияния на почвенные ресурсы. Одним из компонентов такой оценки должна быть оценка масштабов тех или иных явлений.
Объектом нашего исследования стали почвы берегов Камского водохранилища (создано в 1956 г., общая площадь при нормальном подпорном уровне (НПУ) - 1777 км2, объём - 12.2 км3). Цель данной работы - оценить влияние процессов подтопления на показатели почвенной кислотности в пространственном масштабе.
Объекты и методы исследований
В прибрежной зоне Камского водохранилища нами были заложены несколько ключевых участков, на которых изучались почвы различного гранулометрического состава, как подтопленные, так и неподтопленные.
На участках «Ольховка» и «Нижний Лух», расположенных вблизи одноименных деревни и поселка Добрянского р-на Пермского края, изучались почвы на двучленных отложениях, верхний светлобурый супесчаный слой которых мощностью 0.6-
0.9 м подстилается красновато-коричневым элюво-делювием пермских глин с песчаными прослойками. В пойме диагностированы вторичные аллювиальные серогумусовые глееватые и глеевые почвы, реже - дерново-элювозёмы глеевые; на прибрежных склонах - в основном элювозёмы и дерново-элювозёмы.
На участке «Кривое» (расположен напротив с. Кривое Чусовского р-на Пермского края) изучались почвы тяжёлого гранулометрического состава. Встречены дерново-подзолистые тяжелосугли-нисто-глинистые почвы на делювиальных отложениях, подстилаемых карбонатными породами разной степени выветрелости.
На участке «Шемети» (расположен вблизи пос. Шемети Добрянского р-на) изучены лёгкие (песчаные) почвы - псаммозёмы на аллювиальных отложениях камской террасы.
В основе наших исследований лежит сравнительно-географический метод. Согласно Я.М. Г аджиеву (1975), на вынужденную необходимость использования этого метода в подобных условиях указывали многие почвоведы, занимавшиеся вопросами подтопления почв на берегах водохранилищ. Все изученные ныне подтопленные почвы до создания водохранилища не испытывали сколько-нибудь существенного гидрологического влияния со стороны р. Камы. Согласно ряду картографических источников (см., например: Карта Молотов-ской области, 1954), это были лесные почвы, а превышение их над меженным уровнем Камы составляло более 21-22 м, а над уровнем самых высоких половодий (т.е. над уровнем поймы реки) -более 11-12 м. Таким образом, грунтовые воды не
© Филькин Т. Г., Ерёмченко О. З., 2011
Неподтапливае-мая зона
Подтапливаемая зона
С
С
1
3
могли оказывать заметного воздействия на исследованные почвы. Мы также полагаем, что ныне подтопленные почвы ранее были сходны с почвами соседних, несколько более повышенных участков, которые не подвергаются подтоплению и сейчас; сходство определяется нахождением почв в пределах близких геоморфологических элементов речной долины. На этом предположении основано сравнение почв зоны подтопления и неподтоплен-ной зоны.
Оценивались три общепринятых показателя почвенной кислотности: водное рН (характеризует актуальную кислотность), солевое рН (характеризует «ближний» резерв обменной кислотности) и Н - гидролитическая кислотность.
На каждом из участков проанализированы данные по четырём разрезам, два из которых находились в разных частях зоны подтопления, а два других - на неподтапливаемых позициях (на более высоких участках речной долины). Для обеспечения минимальной повторности из каждого горизонта разрезов отбиралось по два индивидуальных образца. Показатели рНв, рНс и Н определялись по стандартным методикам: рНв и рНс - потенцио-метрически, Н - титриметрическим методом по Каппену.
Данные парных образцов усреднялись по горизонтам. Для почв участков «Ольховка», «Нижний Лух» и «Шемети» полученные усреднённые данные обобщались по соответствующим горизонтам: для «замеров» с разных глубин одного горизонта рассчитывалось среднее арифметическое (фактически на один горизонт приходилось от 1 до 4 «замеров»). На последнем, третьем, этапе осредня-лись данные по двум разрезам одной (подтопленной или неподтопленной) зоны (рисунок). Результаты приведены в табл. 1 и 3. На участках «Оль-ховка» и «Нижний Лух» у одной почвы, наиболее близкой к урезу воды, срединные горизонты отсутствовали (верхние горизонты AY сразу сменялись материнской породой С); в этом случае данные были без повторностей (в табл. 1 они подчеркнуты). На участке «Шемети» показатели рН у неподтопленных почв приведены по данным одного разреза (в табл. 3 они также подчеркнуты).
Для почв в пределах участка «Кривое» морфологическое строение оказалось намного более схожим, чем для почв трёх предыдущих участков
- отбор почвенных проб был проведён из одних и тех же слоёв; поэтому в данном случае мы сочли более корректным представить результаты, осред-нённые лишь в 2 этапа: по двум образцам в пределах слоя и по двум разрезам в пределах подтоп-ленной/неподтопленной зоны (табл. 2). В одном из неподтопленных разрезов на глубине 90 см были встречены плотные карбонатные породы, поэтому показатели рН также приведены без повторностей. Гидролитическая кислотность в слое 90-100 см другого неподтопленного разреза не определялась ввиду высоких значений рН.
Схема осреднения данных:
знаками ® показан отбор почвенных проб в пределах разреза;
А, В, С - условные обозначения групп верхних, срединных и нижних горизонтов соответственно; овалами 1, 2, 3 - показано осреднение данных в пределах слоя, в пределах группы горизонтов и в пределах подтапливаемой/неподтапливаемой зоны соответственно
Принято считать, что ошибка определения величин рН при Р = 0.95 от среднего арифметического повторных анализов составляет 0.2 ед. (ГОСТ 26423-85; ГОСТ 26483-85); гидролитическая кислотность фотометрическим методом определяется с ошибкой 12% (ГОСТ 26212-91); титриметри-ческий метод точнее - ошибка может снижаться до 5-10% (Руководство по составлению..., 1964). Эти критерии позволяют приблизительно оценить достоверность различий в значениях кислотности подтопленных и неподтопленных почв, приведённых в табл. 1, 2 и 3.
Результаты и их обсуждение
В подтопленных двучленных почвах ключевых участков «Ольховка» и «Нижний Лух» по сравнению с неподтопленными наблюдается снижение всех форм кислотности в верхней части профиля; в меньшей степени проявляется снижение актуальной и гидролитической кислотности в средней части профиля (табл. 1); обменная кислотность при этом может оставаться практически без изменений (ключ «Ольховка»). В некоторых случаях (ключ «Нижний Лух») все формы кислотности снижаются и в нижней части почвенного профиля; нижние слои почв участка «Ольховка» не обнаруживают различий в показателях кислотности в зависимости от фактора подтопления). Возможно, что это различие связано
с разной исходной степенью выщелоченности нижнего глинистого слоя (элюво-делювия пермских красноцветных глин) от соединений железа и карбонатов.
Таблица 1
Изменение кислотности в подтопленных (1) и неподтопленных (2) двучленных почвах
Часть профиля Показатель Ключ «Ольхов-ка» Ключ «Нижний Лух»
1 2 1 2
Верхняя рНв 5.44 4.62 5.02 4.16
(горизонты рНс 4.58 3.82 4.09 3.31
AY/AO) Н 5.6 14.9 11.9 14.9
Средняя (горизонты EL, ELD, Del или G) рНв 5.13 4.91 5.44 4.43
рНс 4.10 4.03 4.28 4.13
Н 5,0 6.5 44 6.1
Нижняя рНв 5.38 5.45 5.61 5.22
(горизонты рНс 4.22 4.22 4.30 3.82
С/D) Н 3.8 3.4 4.4 6.1
Примечание. Здесь и далее величина гидролитической кислотности (Н) приведена в мг-экв/100 г почвы.
В тяжёлых почвах на делювии карбонатных пород (ключевой участок «Кривое») картина обратная: неподтопленные почвы почти во всех случаях оказались менее кислыми, чем подтопленные (табл. 2). По нашему мнению, это связано с близким залеганием карбонатных подстилающих пород. Так, подтопляемые почвы находятся на относительно пологом участке делювиального шлейфа третьей (старой) надпойменной террасы р. Чусовой; присутствия карбонатов в этих разрезах не обнаружено; полагаем, что бескарбонатные отложения на этом участке имеют повышенную мощность. Далее начинается крутой склон, на котором заложен третий разрез (с глубины 102 см идёт карбонатный рухляк
- пёстрый грязновато-красно-коричневый мелкозём с белыми вкраплениями). Четвёртый разрез заложен на водораздельном участке; с глубины 90 см, как было указано выше, идут плотные карбонатные породы. Карбонатность подстилающих пород на данном ключевом участке оказывает намного более существенное влияние на показатели почвенной кислотности, чем процессы подтопления, а неодинаковая мощность бескарбонатной толщи не позволяет высказать сколько-нибудь обоснованные суждения о том, в какую сторону и насколько изменилась кислотность рассматриваемых почв после создания водохранилища.
В подтопленных лёгких почвах ключевого участка «Шемети» в верхней и средней частях профиля снижается актуальная и обменная кислотность; незначительное снижение этих форм кислотности отмечено и в нижней части. Гидролитическая кислотность в средней и нижней частях профиля и подтопленных, и неподтопленных почв находится примерно на одном уровне. Сравнение гидролитической кислотности в верхних горизонтах исследованных псаммозёмов затруднено, так как использованный лабораторный метод анализа предназначен главным образом для минеральных горизонтов; в
органических же, к которым относится грубогумусовый горизонт W исследованных псаммозёмов, с помощью метода Каппена могут быть получены лишь очень приблизительные оценки (что и отражено в табл. 3).
Таблица 2
Изменения кислотности в почвах тяжёлого гранулометрического состава на ключевом участке «Кривое»
Часть профиля Глубина, см Пока- затель Подтопленные почвы Неподтоплен-ные почвы
Верхняя 2-12 рНв 5.01 5.55
(горизонт рНс 4.08 4.83
АУ) Н 13.0 13.8
Средняя 15-25 рНв 4.98 5.46
(горизонты рНс 3.93 4.36
ЕL и ВEL) Н 11.0 5.9
30-40 рНв 5.18 5.39
рНс 3.88 4.03
Н 8.0 7.6
Нижняя 55-65 рНв 5.44 6.48
(горизонты рНс 4.00 5.33
В, ВТС, С) Н 6.0 4.7
90-100 рНв 5.67 7.63
рНс 4.23 6.93
Н 4.6 ***
Таблица 3
Изменения кислотности в почвах лёгкого гранулометрического состава на ключевом участке «Шемети»
Часть профиля Показа- тель Подтопленные почвы Неподтоплен-ные почвы
Верхняя рНв 4.44 3.70
(горизонт W) рНс 3.47 2.85
Н от 12 до 28 от 14 до 27
Средняя (толща 10-40 см, представленная горизонтами WC и С) рНв 5.27 4.62
рНс 4.93 4.45
Н 3.8 4.1
Нижняя (толща 40-140 см, представленная горизонтами С) рНв 5.76 5.47
рНс 5.54 5.30
Н 1.0 1.3
Таким образом, в лёгких и двучленных почвах под влиянием процессов подтопления изученные показатели в той или иной степени изменяются в сторону снижения кислотности.
Полученные результаты подтверждаются данными более ранних исследований, согласно которым в супесчаных почвах в результате сильного подтопления Камским водохранилищем произошло подщелачивание среды, снижение гидролитической кислотности и увеличение степени насыщенности основаниями (Ерёмченко, Филькин, 2009). Согласно общепринятым теоретическим положениям, в условиях застойного водного режима показатели гидролитической кислотности и степени насыщенности основаниями остаются без изменений (Зай-дельман, 1998).
В одной из работ нами приведена таблица площадей, занимаемых разными почвами в зоне подто-
пления (Филькин, 2010). Позднее эта информация была несколько детализирована (табл. 4). Если исключить из подсчёта 1) тяжёлые почвы, в которых изменение кислотности экспериментально не подтверждено (суглинистые и глинистые); 2) группу почв, кардинально отличающихся от рассмотренных (торфяные, торфянистые, перегнойные, овражно-балочные); а также 3) почвы островов, по кото-
Площадь различных почвенных разностей
рым нет данных, то получим площадь, на которой можно ожидать изменений кислотности в профиле почв. Она может достигать 35% зоны подтопления, или 131.5 км2 (это строки 1, 8, 10, 15 и 17 в табл. 4, которые выделены жирными рамками). Примерно 74.5 км2 этой площади относятся к сильно подтопленным землям (20% зоны подтопления), а 57 км2 (15%) - к слабо подтопленным.
Таблица 4
зоны подтопления Камским водохранилищем
Почвы Зона сильного подтопления Зона слабого подтопления Зона подтопления в целом
км2 % км2 % км2 %
1. Аллювиальные дерновые 61.81 16.4 49.66 13.2 111.47 29.6
2. Торфяные низинные 39.40 10.5 50.71 13.5 90.11 23.9
3. Торфянисто-подзолисто-глеевые тяжелосуглинистые 27.20 7.2 31.95 8.5 59.15 15.7
4. Дерново-сильноподзолистые средне- и легкосуглинистые (изредка - с участием дерново-среднеподзолистых средне- и легкосуглинистых) 13.39 3.6 6.69 1.8 20.08 5.3
5. Дерново-сильноподзолистые тяжелосуглинистые (с участием дерновых слабо- и среднеподзолистых тяжелосуглинистых) 7.44 2.0 6.08 1.6 13.52 3.6
6. Дерново-среднеподзолистые тяжелосуглинистые 9.18 2.4 2.77 0.7 11.95 3.2
7. Перегнойные низинные 4.72 1.3 7.17 1.9 11.89 3.2
8. Подзолы и сильноподзолистые песчаные и супесчаные (с участием дерново-сильноподзолистых) 8.59 2.3 2.84 0.8 11.43 3.1
9. Подзолы и сильноподзолистые средне- и легкосуглинистые 5.55 1.5 1.65 0.4 7.20 1.9
10. Дерново-сильноподзолистые песчаные и супесчаные 2.46 0.7 4.26 1,1 6.72 1.8
11. Дерново-слабоподзолистые тяжелосуглинистые 2.84 0.8 1.19 0.3 4.03 1.1
12. Дерново-среднеподзолистые средне- и легкосуглинистые (изредка - с участием дерново-сильноподзолистых) 0.87 0.2 2.69 0.7 3.56 0.9
13. Почвы овражно-балочных комплексов 1.06 0.3 0.54 0.1 1.60 0.4
14. Подзолы и сильноподзолистые тяжелосуглинистые 1.22 0.3 0.00 0.0 1.22 0.3
15. Прочие (дерновые и серые лесные оподзоленные) 0.93 0.3 0.04 0.0 0.97 0.3
16. Дерново-карбонатные глинистые 0.56 0.1 0.35 0.1 0.91 0.2
17. Дерново-слабоподзолистые иного механического состава (супесчаные и среднесуглинистые) 0.79 0.2 0.10 0.0 0.89 0.2
18. Нет данных (почвы островов) 19.76 5.2 0.00 0.0 19.76 5.2
Итого: 207.77 55.2 168.69 44.8 376.46 100.0
К сожалению, получить более детальную оценку этих изменений в пространственном масштабе в соответствии с вышеописанной спецификой экспериментальных данных представляется проблематичным. Данные о площадях почв получены в старой классификационной системе, которая действовала ещё до введения «Классификации и диагностики почв СССР» (1979). Корреляция этой системы с новой «Классификацией и диагностикой почв России» (2004) сильно затруднена. Накладывают свой отпечаток и особенности проведения почвенной съёмки (масштаба 1 : 300 000), по данным которой рассчитаны значения в табл. 4; так, в процессе масштабных картографических работ почвоведам зачастую приходилось ограничиваться небольшими прикопками, которые вскрывали лишь верхнюю часть почвенного профиля, и широко использовать пространственную интерполяцию данных. В результате изученные нами двучленные почвы на элюво-делювии пермских глин
(элювозёмы и дерново-элювозёмы) в указанных материалах почвенной съёмки Пермской области проходят как подзолистые и дерново-подзолистые супесчаные почвы. В настоящее время отделить на старых картах двучленные почвы от собственно подзолистых почв лёгкого механического состава уже практически невозможно.
Заключение
Установлено, что более чем за полвека, прошедших с момента создания Камского водохранилища, кислотность ряда почвенных разностей прибрежной полосы изменилась в связи с воздействием процессов подтопления. В почвах на двучленных породах произошло снижение всех форм кислотности в верхней (супесчаной) части профиля. Средняя и нижняя (суглинистая и глинистая) части профиля не всегда подвержены этим изменениям; если же изменения проявляются, то в меньшей
ГОСТ 26212-91. Почвы. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО. М.: Изд-во стандартов, 1992. 7 с.
Ерёмченко О.З., Филькин Т.Г. Эволюция подзолистых и дерново-подзолистых супесчаных почв в зоне подтопления Камским водохранилищем // Эволюция почвенного покрова: тр. V Меж-дунар. конф. Пущино, 2009. С. 126-127.
Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 316 с.
Карта Молотовской области. М 1 : 500 000. М.: ГУГК МВД СССР, 1954.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
Кулагина В.И. Почвы островов Казанского района переменного подпора Куйбышевского водохранилища: дис. ... канд. биол. наук. Казань, 1994. 18 с.
Руководство по составлению почвенных и агрохимических карт. М.: Колос, 1964. 384 с.
Филькин Т.Г. Об оценке площадей почв, подтопленных Камским водохранилищем // Антропогенная трансформация природной среды: материалы Междунар. конф. Пермь, 2010. Т. 2. С. 303-308.
Поступила в редакцию 20.04.2011
Some notes about changes of soil acidity in underflooded soils of Kama Reservoir banks
T. G. Filkin, associate scientist
Natural Sciences Institute of Perm State University, 4, Genkel str., Perm, Russia, 614990; vratsbbio08@mail.ru O. Z. Eremchenko, doctor of biology, professor
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990; eremch@psu.ru; (342)2396412
The research focused on some changes in soil acidity, affected by underflooding in coastal zone of Kama Reservoir. Different soils were examined: light, heavy and binomial. Soil acidity decreased in light and binomial soils (in comparison with their unaffected counterparts), and these changes revealed themselves less distinctly in the deeper part of soil profile. The surface area, within the boundaries of which this phenomenon could be probably observed, is calculated.
Key words: soil acidity; underflooding; light, heavy and binomial soils; Kama Reservoir.
Филькин Тимофей Геннадьевич, младший научный сотрудник Естественнонаучный институт Пермского государственного университета
Ерёмченко Ольга Зиновьевна, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой ГОУВПО «Пермский государственный университет»
степени. В песчаных почвах отмечено снижение актуальной и обменной кислотности по всему профилю; это явление также ослабляется с глубиной. В тяжелосуглинистых почвах изменений кислотности, связанных с воздействием подтопления, не установлено, что связано с высокой буфер-ностью остаточно-карбонатных и ожелезненных пород. Указанные изменения почвенной кислотности, по нашим предположениям, могут затрагивать почвенный покров на площади до 131.5 км2, что составляет примерно 35% зоны подтопления Камским водохранилищем.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры России» № 2009-1.1-201-018.
Библиографический список
Гаджиев Я.М. Изменение почв при затоплении и подтоплении и влияние затопленных почв на состав вод водохранилища лесной зоны: дис. . канд. биол. наук. М., 1975. 16 с.
ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М.: Изд-во стандартов, 1985. 7 с.
ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение её рН по методу ЦИНАО. М.: Изд-во стандартов, 1985. 5с.
