CC BY
18
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 581.5:631.41
ВОДНЫЕ ВЫТЯЖКИ КАК КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В УСЛОВИЯХ МОНОЛИТНОЙ ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ КАТЕНЫ В ПРЕДЕЛАХ ВЕРХНЕГО ТЕЧЕНИЯ КЛЯЗЬМЫ
Л.Г. Богатырев, А.И. Бенедиктова, В.М. Телеснина, М.М. Карпухин, Н.И. Жилин, Ф.И. Земсков, В.В. Демин
В почвах, развивающихся в пределах монолитной почвенно-геохимической кате-ны, изучен состав водорастворимых макро-, микроэлементов и анионов. Показано, что по мере возрастания гидроморфизма от элювиальных к аккумулятивным ландшафтам закономерно увеличивается содержание углерода и азота. Характер распределения водорастворимых форм макро- и микроэлементов обусловлен биоаккумулятивными процессами и особенностями элювиально-иллювиальной дифференциации почв. В краевых частях водораздельной депрессии сочетание элювиально-иллювиальной дифференциации и интенсивного латерального выноса в весенний период объясняет максимальную выщелоченность верхних горизонтов. Использование кластерного анализа подтверждает взаимосвязь в системе геохимической катены генетической принадлежности и положения почвы с составом водных вытяжек.
Ключевые слова: водная вытяжка, водорастворимые макроэлементы, микроэлементы, геохимический ландшафт, южно-таежная зона, дерново-подзолистая почва.
Введение
Водные вытяжки относятся к числу классических характеристик почвы. Особенно широкое применение они нашли при изучении почв аридного генезиса, включая вопросы теоретического направления и задачи, касающиеся практики ведения сельского хозяйства, например, при работах почвенно-мелиоративного характера. Представления о составе водной фазы почв и процессах миграции элементов и соединений часто базируются на лизиметрических наблюдениях [5, 7, 10, 12]. Хорошо известны и работы по составу вытяжек: изучение кислотных компонентов в водных и солевых вытяжках [1], определение активности и величин электропроводности [11]. Предложен метод ультразвукового анализа водных вытяжек [8]. На примере железа показано, что содержание некоторых элементов в природных водных растворах ограничено наличием труднорастворимых соединений [4]. В более ранних работах оценивалось соотношение содержания углерода, полученного на основании водной вытяжки и лизиметрических вод [9]. Нельзя не упомянуть и фундаментальные работы в области миграции водорастворимых же-лезоорганических соединений [6].
Довольно широкий спектр исследований в области изучения водных экстрактов обнаруживает обзор зарубежных публикаций: поведение мышьяка на загрязненных территориях [16], определение содержания фосфора в целях оценки его пото-
ков [19], включая микробиологический пул. Выявлены особенности водных экстрактов пограничных почвенных фракций между собственно породой и фракцией <2 мм в целях оценки соотношения процессов выветривания и педогенеза [13]. Проводятся методические работы по сравнительному анализу электропроводности водных вытяжек при соотношении почва: вода 1:5, как это принято в Австралии, и 1: 1, более предпочтительного в США [15]. Установлен характер взаимоотношения между общим содержанием углерода и его водорастворимой частью [14], что используется и при изучении пирогенных явлений [18,20]. Детально исследуются вопросы взаимоотношения между содержанием и свойствами глины и процессами сорбции и десорбции водорастворимого углерода [17].
Состав водной фазы почв обладает не только динамичным характером во времени, но является и функцией целого ряда факторов. Существенное значение имеет генезис почв, который изначально детерминирует состав и свойства, где гранулометрия и содержание органического вещества играют ведущую роль. В связи с этим не менее важный фактор — дифференциация почвенного профиля. В число важнейших механизмов следует отнести характер почвообразующей породы, чье происхождение важно не только с точки зрения вещественного состава, но и как экранирующего фактора, определяющего скорость вертикальной миграции воды в профиле почв. Среди ландшафтных фак-
торов состав воды в горизонтах обусловливается положением почвы в системе геохимической ка-тены, которое контролирует уровень залегания и химический состав почвенно-грунтовых вод, являющихся источником макро- и микроэлементов, поступающих в систему почвенного профиля.
Так, почвенные растворы в почвах транзитных ландшафтов, кроме обычной вертикальной миграции, присущей элювиальным ландшафтам, подвержены латеральному стоку [2], который в условиях гумидного климата обеспечивает постоянный или временный отток водорастворимых продуктов почвообразования и тем самым выступает в качестве дополнительного механизма, регулирующего химический состав почвенной влаги. Еще более сложным является формирование состава растворов почв, развивающихся в условиях супер-аквальных ландшафтов, где он (состав), кроме генезиса, определяется тремя группами поступающих сюда природных вод. Во-первых, это воды, которые мигрируют сюда из системы элювиальных и транзитных ландшафтов. Вторая группа — собственно почвенно-грунтовые воды супераквальных территорий. Третья группа — родниковые воды, которые служат дополнительным источником элементов, поступающих в почвенно-грунтовые воды супераквальных ландшафтов. В условиях приво-дораздельных, особенно заболоченных, понижений существенным фактором, кроме природных вод, мигрирующих сюда из элювиальных ландшафтов, является также специфика собственно почвенно-грунтовых вод. Несомненно, что во всех случаях общая геохимия территории оказывает как прямое, так и опосредованное воздействие на состав почвенных растворов.
Вышесказанное послужило основанием для детального изучения состава почвенных растворов в почвах Московской обл.
Материалы и методы исследования
Объекты изучения — почвы почвенно-геохи-мической катены в пределах территории верхнего течения р. Клязьмы (Солнечногорский р-н, УО ПЭЦ «Чашниково»), развивающиеся в элювиальных, транзитно-аккумулятивных и аккумулятивных ландшафтах.
Разрез 6 представляет почву в элювиальном ландшафте в пределах верхней части слабопологого склона южной экспозиции. В настоящее время — это зарастающая пашня с типичными сорными растениями, среди которых преобладает борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi), в меньшей степени в постагрогенном фитоценозе встречается бодяк полевой (Cirsium arvense) и одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale). Почва сформирована по элювиально-иллювиальному типу с характерной ровной границей на глубине 34 см, что
позволяет отнести ее к старопахотному варианту. Верхняя толща в пределах указанной глубины полностью включает в себя бывший элювиальный горизонт, остатки которого обнаруживаются в виде отдельных фрагментов нижней части пахотного горизонта. Иллювиальный горизонт имеет хорошо выраженную ореховато-призматическую структуру с окрашенными в темные буровато-коричневатые тона кутанами по граням структурных от-дельностей. С этого горизонта и несколько выше картину дополняют вертикально ориентированные сизоватые следы оглеения. Существенным среди морфологических признаков профиля является почти тотальное вовлечение покровного суглинка в почвообразовательный процесс. Подстилающая порода описана с глубины 1,2 м и представляет собой обычный вариант московской морены с типичными для нее чертами, включая красно-бурую окраску, тяжелый гранулометрический состав и неокатанные включения различной размерности вплоть до валунов.
Разрез 7 расположен в пределах краевой части приводораздельной депрессии. Растительность представлена березовым лесом (10Б), в напочвенном покрове которого преобладают осока волосистая (Carexpilosa) — 80%, зеленчук желтый (Galeobdolon luteum) и копытень европейский (Asa-rum europaeum), что в сочетании с такими мезо-фильными видами, как живучка ползучая (Ajuga reptans), звездчатка жестколистная (Stellaria ho-lostae) и гравилат городской (Geum urbanum), говорит об отсутствии устойчивого переувлажнения. В силу аккумулятивного положения этой части депрессии вполне логично наличие значительной толщи покровного суглинка (> 1 м). Нижнюю границу установить не удалось. Другая отличительная черта этого профиля — хорошо выраженная элювиальная толща не только большей мощности по сравнению с почвами элювиального ландшафта, но и со значительно более высоким уровнем сегрегации новообразований. В некоторых случаях элювиальные горизонты этих почв были отнесены к конкреционным, так как железо-марганцевые конкреции занимали до 80% от общего объема всей толщи. Насыщенность элювиальных горизонтов железо-марганцевыми конкрециями варьирует в зависимости от особенностей микрорельефа в пределах края приводораздельной депрессии. Ярко выраженная оподзоленность, высокий уровень сегрегации новообразований позволяют отнести настоящую почву к типу болотно-под-золистых, а на уровне подтипа — к дерново-подзолистым.
По мере движения к центру приводораздельной депрессии постепенно возрастает уровень гид-роморфизма, хорошо диагностируемого по характеру растительности. Фитоценоз представляет собой березово-осиновый лес (2Б8О), в напочвенном по-
крове которого по-прежнему преобладает осока волосистая (22%), но появляются такие виды, как щитовник мужской (Dryopreris filix-mass), хвощ лесной (Equisetum sylvaticum) и вербейник обыкновенный (Lysimachia vulgaris), наличие которых говорит об увеличении увлажнения по сравнению с вышележащей частью склона. В профиле развивающейся здесь перегнойно-подзолисто-глеевой почвы (разрез 8) обращают на себя внимание хорошо развитый перегнойный горизонт, потеч-ный характер гумуса, яркие признаки оглеения. Нередко обнаруживается хорошо выраженная цементация почвенного мелкозема, свидетельствующая об интенсивном формировании новообразований. В отдельные годы повышается уровень залегания почвенно-грунтовых вод, что не позволяет установить мощность покровного суглинка.
Недалеко от центра депрессии расположен разрез 9 с торфянисто-подзолисто-глеевой почвой. Растительность представлена березовым лесом (10Б) с преобладанием в напочвенном покрове видов, соответствующих условиям повышенного увлажнения: щучки дернистой (Deschampsia ca-espitosa) — 50%, ситника тонкого (Juncus tenni-us) — 5%, таволги вязолистной (Filipendula ulma-ria) — 10%; фрагментарно развит моховой ярус, образованный плевроциумом Шребера (Pleurozium shreberi). Незначительную долю составляют виды-мезофиты: мятлик лесной (Poa nemoralis), бор развесистый (Milium effusum) и копытень европейский (Asarum europaeum). Отличительная черта описываемой почвы — хорошо развитый торфянистый горизонт, под которым выделяется небольшой гор. АЕ, сменяемый элювиальным горизонтом. Для последнего характерны яркие признаки оглеения в пределах элювиального горизонта и, нередко, высокое стояние почвенно-грунтовых вод.
Наиболее гидроморфные условия в рассматриваемой катене характеризуют почвенный объект, представляющий собой один из вариантов торфянисто-глеевой почвы (разрез 10), которая сформирована под растительностью, адекватно отражающей наличие устойчивого переувлажнения. В пределах описываемой площадки наряду с вышеперечисленными влаголюбивыми видами в травяном ярусе появляются камыш лесной (Scirpus sylvaticus), ситник раскидистый (Juncus effusum), фрагментарно (в понижениях микрорельефа) — белокрыльник болотный (Сallapalustris). В моховом ярусе встречаются политриховые и сфагновые мхи. Такие чисто лесные мезофильные виды, как копытень европейский и зеленчук желтый, исчезают. Закономерно, что в этих условиях почвенный профиль представляет собой серию небольших по мощности торфянистых горизонтов с нарастающей вниз по профилю степенью разложенности и подстилаемые на глубине 25 см глеевым горизонтом. Уровень почвенно-грунтовых вод в летний период
вскрывается на той же глубине. Здесь также не установлена общая мощность покровного суглинка.
Образцы почв отбирали в летний период с последующим (в течение суток) получением водных вытяжек при стандартном соотношении образец: вода 1:5 [3]. Катионы определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре Agilent 7500aICP-MS, анионы — на ионном хроматографе Dionex 2000.
Результаты и их обсуждение
Состав водных вытяжек из почв, формирующихся в условиях элювиального ландшафта (разр. 6), показал, что максимальные величины щелочноземельных элементов приурочены к пахотному горизонту, хотя он включает в себя значительную часть бывшего элювиального, что теоретически должно было бы привести к снижению водорастворимых компонентов. Вопреки такому обстоятельству, этого не происходит, что можно отнести полностью за счет включения в пахотный остатков бывшего гумусово-аккумулятивного горизонта. Поведение водорастворимого натрия имеет своеобразный характер, при котором его содержание, напротив, возрастает вниз по профилю, достигая максимума в нижней части.
Итак, распределение щелочных и щелочноземельных элементов в дерново-подзолистой пахотной почве соответствует элювиально-иллювиальному строению (табл. 1). Закономерно, что максимальное количество важнейших биофильных элементов приурочено к пахотному горизонту с последующим снижением в переходном гор. ЕВ и незначительным увеличением в иллювиальном. Максимальное содержание углерода приурочено к переходному гор. EBg. Это объясняется тем, что нижележащий текстурный горизонт служит своеобразным барьером для свободной миграции водорастворимого углерода. Аналогично поведение общего водорастворимого азота. Наибольшее содержание нитрат- и хлорид-ионов обнаружено в пахотном горизонте, но в отличие от общего углерода и азота вниз по профилю снижается довольно резко, без относительного накопления в гор. EBg. Сульфат-ион имеет тенденцию к накоплению в иллювиальном горизонте в виде слабых адсорбционных комплексов на поверхности гидроксидов железа и алюминия. Прочность адсорбции фосфат-иона в почве и низкая растворимость его соединений с кальцием, алюминием и железом обусловливает его следовые количества в водных вытяжках. Максимальное содержание микроэлементов диагностируется в верхнем пахотном горизонте с последующим снижением вниз по профилю. Содержание никеля, цинка, стронция, бария и кобальта особенно резко снижается в переходном гор. EBg. Количество водорастворимого железа мак-
симально в пахотном горизонте, снижается в переходном гор. ЕВ£ и опять увеличивается в пределах иллювиального.
Таким образом, в почвах элювиального ландшафта (табл. 1) максимальное количество подвижных водорастворимых соединений обнаруживается в верхнем пахотном горизонте, имеющем в прошлом гумусово-аккумулятивное происхождение. Второй максимум содержания этих форм элементов отмечается в текстурном гор. ВТ£. Два минимума характеризуют переходный гор. ЕВе и самый ниж-
ний горизонт, представляющий собой частично затронутый почвообразованием покровный суглинок (гор. ВСЕ). Относительно высокий уровень содержания важнейших биофильных водорастворимых макро- и микроэлементов в почвах элювиальных ландшафтов в значительной степени обусловлен длительным внесением в почву органо-минераль-ных удобрений в процессе сельскохозяйственного использования. Это становится особенно отчетливым при сравнении с почвами подчиненных ландшафтов.
Таблица 1
Таблица 2
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой окультуренной глубокопахотной почве на покровных суглинках, подстилаемых мореной (разр. 6)
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в дерново-неглубокоподзолистой легкосуглинистой грунтово-глееватой почве на покровных суглинках (разр. 7)
Горизонт, глубина, см Р 0—34 ЕВЕ 34—58 ВТЕ 58—80 ВСЕ 80 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ 4,14 4,30 4,93 5,28
МЕ 1,64 0,69 0,72 0,58
К 0,87 0,81 0,71 0,72
Са 2,50 1,11 1,26 0,97
F- 0,48 0,10 0,08 0,11
С1- 3,72 1,46 2,68 1,63
Вг- 0,01 0,02 следы следы
N0^ 11,38 0,75 0,02 0,01
2,68 1,89 8,10 3,35
ро4- следы следы следы следы
С 4,06 6,33 3,15 2,29
N 2,77 0,92 0,23 0,28
Микроэлементы, мкг/л
V 2,23 0,46 1,27 0,42
Сг 2,47 3,75 0,31 0,35
Мп 33,40 31,80 19,40 17,20
Fe 723,32 67,85 381,02 52,28
Со 0,29 следы следы следы
N1 9,06 0,30 1,06 0,55
Си 10,65 3,57 4,22 4,03
7П 425,80 15,45 24,94 26,92
АБ 0,80 1,47 3,36 0,45
8г 32,66 14,12 31,48 14,16
Мо 0,21 0,60 1,07 0,18
8Ъ 0,08 0,01 0,04 0,02
Ва 256,64 9,39 21,30 9,50
РЪ 2,79 0,24 0,36 0,47
Горизонт, глубина, см АЕ 7—13 Е 13—30 ЕВ 30—47 ВТЕ 47—65 ВСЕ 65 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ следы 2,97 2,78 3,98 следы
ме то же 1,09 0,34 0,91 то же
К —" — 0,20 0,75 0,06 — ""—
Са —" — 2,12 0,68 1,59 — ""—
F- 0,04 0,02 0,03 0,05 0,07
С1- 2,67 3,80 3,25 3,94 2,15
Вг- следы 0,01 следы следы следы
2,74 1,61 0,45 0,15 0,02
2,44 3,66 3,26 5,31 4,81
ро4- следы следы следы следы следы
С 6,21 3,80 3,52 2,90 4,35
N 0,90 0,19 0,47 0,31 0,27
Микроэлементы, мкг/л
V 0,42 1,59 1,62 3,23 1,72
Сг 0,86 1,42 2,43 1,39 1,68
Мп следы 12,00 56,60 12,00 следы
Fe 123,62 405,42 140,62 455,42 544,92
Со следы 0,03 0,10 0,28 0,08
N1 0,38 5,87 4,45 2,86 0,78
Си 4,96 5,17 7,85 9,87 3,05
7п 44,11 32,18 50,18 41,13 43,57
аб 0,23 0,60 0,70 0,88 0,63
8г 15,26 28,00 24,90 29,09 7,45
Мо 0,15 0,24 0,18 0,22 0,09
8Ъ следы 0,09 0,12 0,24 следы
Ва 7,61 7,61 7,61 7,61 7,61
РЪ 0,47 0,56 1,27 1,63 0,58
Действительно, рассматривая поведение водорастворимых элементов в дерново-подзолистых почвах краевых частей депрессии (разр. 7, табл. 2), подчеркнем, что низкие, а иногда и следовые количества в системе верхних горизонтов АЕ—Е—ЕВ таких элементов, как магний, калий и кальций хорошо коррелирует с их высокой отбеленностью. В то же время количество водорастворимого хлорид-иона закономерно возрастает с глубиной, достигая максимума в текстурном иллювиальном горизонте. Принадлежность к элювиальному горизонту совсем не означает полной потери основных водорастворимых катионов и анионов. Так,
по сравнению с верхними горизонтами, в нем существенно, вероятно, за счет выноса из верхних горизонтов, возрастает содержание кальция и натрия, а среди анионов — хлорид-иона, чья концентрация довольно слабо изменяется в горизонтах, следующих за элювиальным. Поведение подвижного нитрат-иона характеризуется закономерным и постепенным снижением концентрации вниз по профилю, тогда как концентрация сульфат-иона при слабом варьировании в профиле сначала несколько увеличивается в иллювиальном горизонте, а затем вниз по профилю слабо изменяется. Характерным являются следовые величины в профиле
Таблица 3
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в перегнойно-глубокоподзолисто-профильно-глеевой супесчаной почве на покровных суглинках, подстилаемых мореной (разр. 8)
Горизонт, глубина, см Н 2—12 аее 12—17 ее 17—35 еве 35—50 вте 50—70 все 70 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ следы 3,03 3,56 2,79 4,55 следы
ме то же 1,11 0,58 0,59 0,87 то же
К — " — 0,04 0,50 следы 0,19 — ""—
Са — " — 2,54 1,16 1,27 1,81 — ""—
F- 0,03 0,02 0,03 0,05 0,07 0,08
С1- 1,33 2,53 2,34 2,73 6,83 1,47
Вг- следы следы следы следы следы следы
N0^ 10,65 1,00 0,36 0,05 1,13 то же
Я02- 1,87 3,11 2,24 3,13 2,24 2,54
Р03- следы следы следы следы 0,03 следы
С 8,95 5,21 4,26 2,85 7,40 3,26
N 0,38 0,53 0,34 0,30 0,32 0,24
Микроэлементы, мкг/л
V 2,24 3,57 следы 6,33 0,70 3,45
Сг 1,48 3,39 6,33 следы 2,16 3,72
Мп 0,00 14,00 24,80 15,20 12,80 следы
Fe 63,93 1526,02 3644,67 154,33 79,82 1841,02
Со следы 0,13 следы следы следы 0,06
N1 1,66 1,36 7,67 3,00 0,85 1,41
Си 4,05 3,81 12,33 7,67 4,87 3,79
7п 23,69 26,88 155,33 98,00 28,54 36,40
Аз 0,76 0,58 следы следы 0,19 0,69
8г 18,23 10,64 14,33 20,00 10,72 11,48
Мо 0,15 0,04 следы следы 0,25 0,04
8Ъ 0,04 следы то же то же 0,03 0,07
Ва 7,61 7,61 7,61 7,61 7,61 7,61
РЪ 0,30 1,27 2,00 1,00 1,04 2,16
почвы фосфат-иона, что отмечено и для почвы элювиального ландшафта. Для углерода и азота свойственно падение их содержания вниз по профилю с закономерным снижением в элювиальном горизонте.
В этих условиях количество микроэлементов в водных вытяжках несколько снижается по сравнению с таковым микроэлементов в почвах элювиальных ландшафтов, за исключением цинка. Это объясняется не только меньшей степенью развития гумусово-аккумулятивного процесса, но и интенсивным латеральным выщелачиванием верхних горизонтов, приуроченным к весеннему периоду.
Для таких микроэлементов, как ванадий, хром, марганец и цинк максимальные величины отмечены в переходном гор. ЕВ, тогда как для содержания железа характерно два максимума: первый обнаруживается в гор. Е, что частично связано с интенсивным накоплением здесь новообразований, а второй — в текстурном гор. ВТ. В самом нижнем переходном гор. ВС£ продолжает оставаться высоким содержание в водной вытяжке железа при снижении такового марганца, кобальта, никеля, меди, стронция и молибдена.
Для перегнойно-подзолисто-глеевой почвы (разр. 8, табл. 3) характерна выщелоченность верх-
Таблица 4
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в торфянисто-глубокоподзолисто-профильно-глеевой почве на покровных суглинках, подстилаемых мореной (разр. 9)
Горизонт, глубина, см Очес мха 0—8 ТЗ 8—17 аее 17—25 ее 25—36 еве 36—52 ВТе 52 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ 19,45 4,63 3,01 следы 3,99 3,51
ме 8,34 1,22 1,03 то же 0,33 0,33
К 19,06 0,31 0,45 — " — 0,63 1,43
Са 17,47 2,86 2,46 — " — 0,68 0,61
F- 0,45 0,02 0,03 0,04 0,03 0,04
С1- 23,53 2,84 1,34 1,82 1,88 3,55
Вг- следы следы следы следы следы следы
N0^ 6,84 12,01 0,02 0,38 0,59 1,56
802- 36,98 2,95 1,22 1,68 2,47 2,46
роз- 0,30 следы следы следы следы следы
С 31,25 13,62 8,80 4,25 4,07 3,20
N 3,44 1,22 0,80 0,19 0,32 0,76
Микроэлементы, мкг/л
V 9,96 0,72 1,82 1,01 3,71 следы
Сг 7,20 0,82 0,66 1,00 4,03 то же
Мп 221,60 15,80 15,00 следы 38,40 38,00
Fe 150,00 104,72 63,91 50,66 1800,02 2649,00
Со следы следы следы следы 0,65 0,00
N1 0,06 0,66 0,50 2,96 23,63 9,67
Си 17,62 4,89 5,46 5,70 25,74 42,00
7П 97,32 24,70 23,14 36,12 98,67 139,67
АБ 2,59 0,60 0,64 0,45 0,89 0,00
8г 64,88 16,25 19,25 16,37 764,81 13,67
Мо 0,50 0,16 0,11 0,14 0,45 следы
8Ь 0,22 0,04 следы 0,05 0,18 то же
Ва 7,61 7,61 7,61 7,61 7,61 7,61
рь 4,64 0,52 0,55 0,74 7,08 3,00
него перегнойного горизонта в отношении щелочных и щелочноземельных элементов: максимум содержания кальция и магния обнаруживается в верхнем переходном гор. АЕ, а затем в текстурном. В гор. ВС£ с его облегченным гранулометрическим составом по сравнению с верхней толщей диагностируется заметное снижение содержания макроэлементов вплоть до следовых количеств. Очевидно, что перегнойный характер верхних горизонтов обусловливает распределение водорастворимого углерода по профилю почв с двумя максимумами — в перегнойном и текстурном горизонтах.
Так же как и в предыдущих случаях (разр. 8), в водной вытяжке отмечены лишь следовые количества фосфат-иона при повышенном содержании анионов в текстурно-иллювиальном горизонте с последующим снижением в переходном к почво-образующей породе гор. ВС£. Максимальное количество водорастворимых форм хрома, марганца, железа, никеля, меди и цинка явно тяготеет к элювиальному горизонту. Это связано не только с обычной для таких почв хорошо диагностируемой сегрегацией новообразований, но и с тем, что этот горизонт лежит на более тяжелом в гранулометрическом отношении переходном гор. ЕВ.
Рассматривая закономерности распределения щелочных и щелочноземельных элементов в профиле торфянисто-подзолисто-глеевой почвы (разр. 9, табл. 4), отметим, что абсолютный максимум этой группы элементов приурочен к верхним органогенным горизонтам с характерной четкой выщело-ченностью элювиального гор. Е. Характер распределения анионов в профиле этой почвы сводится к следовым количествам бромид- и фосфат-ионов, тогда как максимум содержания остальных анионов обнаруживается также в самом верхнем органогенном горизонте, что объясняется исключительно биогенным характером накопления. Второй максимум содержания анионов диагностируется, как и следовало ожидать, в иллювиальном горизонте, но уровень накопления не столь велик при сравнении с органогенными горизонтами, в которых закономерно возрастает и содержание водорастворимых углерода и азота. Содержание водорастворимых форм микроэлементов в профиле торфянисто-подзолисто-глеевой почвы, как и для щелочных и щелочноземельных элементов, связано с биогенным накоплением в торфяном горизонте очеса мхов. В последнем отмечено повышенное количество ванадия, хрома и марганца. Для остальных микроэлементов относительно высокие величины приурочены к переходному гор. ЕВе и текстурному гор. ВТ, причем в случае последнего это касается в первую очередь содержания железа, меди и цинка.
В условиях крайнего гидроморфизма (разр. 10, табл. 5) в профиле торфянисто-глеевой почвы довольно четко отмечается максимальное содержание
щелочных и щелочноземельных элементов в хорошо разложившемся торфяном горизонте, залегающем над глеевым, что объясняется облегченной гранулометрией последнего. В этой почве распределение анионов в профиле носит тот же характер, что и распределение макроэлементов, при котором максимум для тех и других групп диагностируется в нижнем сильно разложившемся торфянистом горизонте. Исключение составляет содержание углерода, чей максимум обнаруживается в самом верхнем слабо разложившемся торфянистом горизонте.
На основе кластерного анализа данных по содержанию водорастворимых макро- и микроэле-
Таблица 5
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в торфянисто-глеевой маломощной почве (разр. 10)
Горизонт, глубина, см Сфагнум 0—1 Т1 1—10 Т3 10—25 G 25 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ следы 17,82 34,79 3,57
МЕ то же 5,91 7,00 0,44
К — " — 3,26 4,49 1,17
Са — " — 15,18 16,62 0,73
F- 0,15 0,14 0,21 0,05
С1- 21,64 24,71 60,91 5,38
Вг- следы следы следы следы
N0^ 0,09 0,70 10,49 2,27
802- 14,28 20,32 40,87 3,78
Р03- следы следы 0,12 следы
С 76,92 165,44 62,96 7,60
N 4,61 9,55 12,43 2,60
Микроэлементы, мкг/л
V следы следы 32,00 следы
Сг то же то же 37,33 то же
Мп — ""— 170,40 407,20 24,80
Fe 1804,00 5760,00 13578,67 312,33
Со следы следы следы следы
N1 28,00 41,33 12,00 4,33
Си 80,00 160,00 24,00 11,67
7П 577,33 2132,00 230,67 157,67
АБ следы следы следы следы
8г 44,00 53,33 28,00 21,00
Мо следы следы следы следы
8Ь то же то же то же то же
Ва 7,61 7,61 7,61 7,61
РЬ 8,00 12,00 10,67 следы
Результаты кластерного анализа химического состава водных вытяжек из почв почвенно-геохимической катены «Кирпичное поле» (метод Варда, Евклидово расстояние)
ментов, представленных в однотипных единицах (мг/л), показано, что почвы хорошо выстраиваются в последовательный ряд соответствующих положению почв в системе сопряженного геохимического ландшафта (рисунок).
Так, установлено отделение почв автоморфно-го ряда (разр. 6), развивающихся в условиях элювиального ландшафта, от почв болотно-подзолистого ряда (разр.7, 8 и 9), принадлежащих транзитно-аккумулятивному ландшафту. Подчеркнем, что полученная группировка обязана прежде всего различиям в содержании щелочноземельных элементов и углерода, а среди анионов — хлорид- и сульфат-ионов. Это обусловливает особенно четкое отделение почв с органогенным верхним горизонтом (разр. 10), находящихся на участках с повышенной гидроморфностью. Эти участки характеризуются повышенной трофностью, о чем свидетельствуют некоторые виды растений, в частности, белокрыльник болотный, который предпочитает водные и увлажненные местообитания с богатым минеральным питанием. Таким образом, в описываемой ка-тене формальная группировка в рамках кластерного анализа хорошо коррелирует с последовательным изменением почв, обусловленным ростом гидро-морфизма.
Заключение
Рассмотрение поведения водорастворимых элементов в системе почв, образующих последовательный ряд в пределах монолитной почвенно-гео-химической катены, позволяет сделать несколько выводов. Во-первых, одним из важнейших факторов, определяющих закономерности распределения водорастворимых элементов, является элювиально-иллювиальная дифференциация, при которой иллювиальный горизонт нередко играет роль внут-
рипочвенного барьера, что приводит к некоторому увеличению содержания водорастворимых компонентов в надтекстурных горизонтах. Во-вторых, содержание водорастворимых элементов далеко не всегда коррелирует с высоким содержанием органических веществ в водных экстрактах из тех же горизонтов, что следовало бы ожидать, особенно для микроэлементов, образующих устойчивые растворимые комплексы с низкомолекулярными органическими лигандами. В-третьих, результаты определения содержания щелочных и щелочноземельных элементов в водных экстрактах не позволяют однозначно оценить степень проявления латеральной дифференциации водорастворимых компонентов. Специфичными являются содержание и характер их распределения в профиле болотно--подзолистых почв края водораздельной депрессии с максимальной выщелоченностью верхней системы горизонтов А—АЕ—Е от щелочных и щелочноземельных элементов по сравнению со всеми другими почвами в пределах изученной катены. Это вызвано тем, что край приводораздельной депрессии в весенний период оказывается целиком под влиянием интенсивного весеннего стока, который обусловливает высокий уровень выщелочен-ности верхних почвенных горизонтов, что в сочетании с элювиально-иллювиальной дифференциацией приводит к особенно низким величинам содержания кальция, магния и калия. В силу этого обстоятельства можно утверждать, что элементарный ландшафт краевых частей приводораздельной депрессии скорее относится не к транзитно-ак-кумулятивному, а к транзитному типу ландшафта. При общем отнесении катены к типу монолитной отметим, что эта монолитность несколько нарушается, особенно в пределах центральных частей приводораздельной впадины, что проявляется в морфологически выраженной облегченности нижней
части почв. Вероятно, это связано с особенностями формирования отложений в условиях плоских водораздельных понижений, которые могли находиться под влиянием латеральных водных потоков.
Таким образом, распределение водорастворимых компонентов по профилю изученных почв отражает их генезис и положение в системе сопряженных элементарных ландшафтов. Этот процесс обусловлен сезонными явлениями, в частности,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амельянчик О.А., Воробьева Л.А. Кислотные компоненты водных и солевых вытяжек из подзолистых почв // Почвоведение. 2003. № 3.
2. Апарин Б.Ф., Савельева Т.С. Внутрипочвенный сток как фактор формирования структуры почвенного покрова // Почвоведение. 1993. № 9.
3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.
4. Воробьева Л.А., Рудакова Т.А. Об уровне концентрации некоторых химических элементов в природных водных растворах // Почвоведение. 1980. № 3.
5. Зайдельман Ф.Р., Дзизенко Н.Н., Черкас С.М. Влияние глееобразования на химический состав лизиметрических вод и физико-химические свойства поч-вообразующих пород (модельный эксперимент) // Почвоведение. 2014. № 12.
6. Кауричев И.С., Карпухин А.И., Степанова Л.П. О природе водорастворимых железоорганических соединений почв таежно-лесной зоны // Почвоведение. 1977. № 12.
7. Луценко Т.Н., Аржанова В.С., Братская С.Ю. Растворенное органическое вещество лизиметрических вод горно-лесных почв Южного Сихотэ-Алиня // Почвоведение. 2014. № 6.
8. Минкин М.Б., Муляр И.А., Муляр А.И. Ультразвуковой метод анализа водной вытяжки // Почвоведение. 1985. № 3.
9. Первова Н.Е. Содержание углерода воднораст-воримых органических веществ в лизиметрических водах и почвенных растворах под разными типами леса // Почвоведение. 1978. № 11.
10. Судницын И.И. Перспективы использования лизиметров при изучении почвенных процессов // Почвоведение. 2008. № 10.
11. Толпешта И.И., Соколова Т.А., Сиземская М.Л. Активности ионов и электропроводность водной вы-
спецификой весеннего стока, что проявляется в условиях краевых участков приводораздельной депрессии и служит дополнительным фактом при объяснении его (процесса) механизма.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
тяжки целинных и мелиорированных почв Джаныбек-ского стационара // Почвоведение. 2000. № 11.
12. Шеин Е.В., Кокорева А.А., Горбатов В.С. и др. Оценка чувствительности, настройка и сравнение математических моделей миграции пестицидов в почве по данным лизиметрического эксперимента // Почвоведение. 2009. № 7.
13. Agnelli A., Cocco S., Massaccesi L. et al. Features of skeleton water-extractable fines from different acidic soils // Geoderma. 2017. Vol. 289.
14. Corvasce M., Zsolnay A., D'Orazio V. et al. Characterization of waterextractable organic matter in a deep soil profile // Chemosphere. 2006. Vol. 62, Is. 10.
15. He Y., Sutter T. de, Prunty L. et al. Evaluation of 1: 5 soil to water extract electrical conductivity methods // Geoderma. 2012. Vol. 185—186.
16. Li J., Kosugi T, Riya Sh. et al. Investigations of water-extractability of As in excavated urban soils using sequential leaching tests: Effect of testing parameters // J. Environ. Manag. 2018. Vol.217.
17.Nguyen T.-T, Marschner P. Retention and loss of water extractable carbon in soils: Effect of clay properties // Sci. Total Environ. 2014. Vol. 470—471.
18. Pino J.N. del, Almenar I.D., Rodriguez A.R.. et al. Analysis of the 1: 5 soil: water extract in burnt soils to evaluate fire severity // Catena. 2008. Vol. 74, Is. 3.
19. Schneider K.D., Voroney R.P., Lynch D.H. et al. Microbially-mediated P fluxes in calcareous soils as a function of water-extractable phosphate // Soil Biol. Biochem. 2017. Vol.106.
20. Vergnoux A., Di Rocco R, Domeizel M. et al. Effects of forest fires on water extractable organic matter and humic substances from Mediterranean soils: UV-vis and fluorescence spectroscopy approaches // Geoderma. 2011. Vol. 160, Is. 3—4.
Поступила в редакцию 29.01.2020 После доработки 15.02.2020 Принята к публикации 20.02.2020
WATER EXTRACTS AS A CRITERION OF ESTIMATION OF THE GEOCHEMICAL SITUATION IN THE CONDITIONS OF A MONOLITHIC SOIL-GEOCHEMICAL CATENA WITHIN THE UPPER REACHES OF THE KLYAZMA RIVER
L.G. Bogatyrev, A.I. Benediktova, V.M. Telesnina, M.M. Karpukhin, N.I. Zhilin, Ph.I. Zemskov, V.V. Demin
In soils developing within a monolithic soil-geochemical catena, the composition of water-soluble macro-, microelements and anions has been studied. It has been shown that,
as hydromorphism increases from eluvial to accumulative landscapes, the carbon and nitrogen contents naturally increase. The nature of the distribution of water-soluble forms of macro-and microelements is due to bioaccumulative processes and features of eluvial-illuvial differentiation of soils. In the marginal parts of the watershed depression, the combination of eluvial-illuvial differentiation of the soil and intensive lateral removal in the spring determines the maximum leaching of the upper soil horizons. The use of cluster analysis confirms in the system of geochemical catena the relationship of genetic affiliation and soil position with the composition of water extracts.
Key words: water extracts, water-soluble macroelements, microelements, geochemical landscape, southern taiga zone, sod-podzolic soils.
Сведения об авторах
Богатырев Лев Георгиевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: bogatyrev.l.g@yandex.ru. Бенедиктова Анна Игоревна, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: beneanna@yandex.ru. Телеснина Валерия Михайловна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: vtelesnina@mail.ru. Карпухин Михаил Михайлович, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: kmm82@yandex.ru. Жилин Николай Ильич, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: zhilinnik@ yandex.ru. Земсков Филипп Иванович, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: philzemskov@mail.ru. Демин Владимир Владимирович, канд. биол. наук, вед. науч. сотр. каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: vvdmsu@gmail.ru.
