CC BY
6
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 581.5:631.41
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПОЧВ ГЕТЕРОЛИТНЫХ СОПРЯЖЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЮЖНОТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЫ
Л.Г. Богатырев, А.И. Бенедиктова, М.М. Карпухин, В.М. Телеснина, Н.И. Жилин, А.Н. Вартанов, Ф.И. Земсков, В.В. Демин
Изучен состав водных вытяжек почв, развивающихся в пределах гетеролитного геохимического ландшафта бассейна р. Клязьмы в ее верхнем течении. Основным фактором, который определяет содержание водорастворимых компонентов, является генезис и положение почвы в ряду элементарных ландшафтов. Специфика содержания водорастворимых макро- и микроэлементов в профиле почв вне зоны антропогенного влияния зависит от их элювиально-иллювиального строения. В условиях вышедшего из поемного режима супераквального ландшафта со сложным почвенным покровом особенности распределения водорастворимых компонентов в профиле обусловлены карбонатностью и близостью к поверхности почвенно-грунтовых вод. Дополнительный фактор — подстилание почв торфяниками. Показано, что кальций относится к числу важнейших элементов, которые формируют специфику изучаемого гетеролитно-го ландшафта. Различия состава водорастворимых компонентов для каждой из почв подтверждаются результатами кластерного анализа.
Ключевые слова: водные вытяжки, водорастворимые компоненты, макроэлементы, микроэлементы, южнотаежная подзона, дерново-подзолистые почвы, геохимический ландшафт.
Введение
Содержание и химический состав почвенных растворов изучается давно. Традиционно водные вытяжки используются при исследовании почв в условиях аридных ландшафтов, особенно для расчета содержания и запасов легкорастворимых солей или установления степени солонцеватости. Почвенные растворы привлекают внимание и при изучении почв гумидной зоны, причем применяемые методы довольно разнообразны — от способов выделения почвенных растворов до использования лизиметрических вод. Жидкая фаза почв и ее особенности в химическом отношении обсуждены в отдельной монографии [9]. Исследуются кислотно-основные свойства водных вытяжек в связи с влиянием различных металлов [7], изучается характер органических соединений [10]. Интерес представляют работы, рассматривающие вопросы минерализации водорастворимого органического вещества [3]. Для почв таежной зоны проведено сопоставление состава водных вытяжек и почвенных растворов [6]. В числе классических следует упомянуть работы И.С. Кауричева в области изучения водорастворимых железо-органических соединений в почвах таежной зоны [4].
За рубежом водные экстракты из почв используются для изучения органического углерода [13], аммонийных и нитратных форм азота. Содержание
водорастворимых форм углерода сопоставляется с гидротермическими условиями [15] и общими свойствами почв, причем различного генезиса, включая тундровые [16]. Проведено сравнение характера изменения содержания водорастворимого углерода в почвах в связи с современной тенденцией подкисления [14]. Исследуются водорастворимые формы алюминия и характер их взаимоотношений с микробными сообществами [12]. Горячие водные вытяжки из почв с последующим анализом на содержание углерода, азота и фосфора применяются как индикаторы качества почв при изменении характера землепользования [17]. Органическое вещество, экстрагируемое при различной температуре, рассматривается как легкодоступный субстрат для почвенных микроорганизмов [11]. Изучение в стационарных условиях динамики состава почвенных растворов, выделенных методом Крюкова из почв тундровых ландшафтов [2], показал его информативность.
Цель настоящей работы — определение состава водных вытяжек из почв разного генезиса в пределах единого геохимического ландшафта, расположенного в верхнем течении р. Клязьмы.
Объекты и методы исследования
Основные объекты — почвы классического геохимического ландшафта, охватывающего систему
элементарных ландшафтов, последовательно занимающих элювиальные, транзитные, транзитно-аккумулятивные и супераквальные позиции на территориях, характерных для верхнего течения Клязьмы [8]. Исследования проводили в пределах Солнечногорского р-на Московской обл. Согласно имеющимся публикациям, район относится к южнотаежной подзоне с характерным для этой территории распространением покровных суглинков, подстилаемых мореной [5]. Преобладающими являются дерново-подзолистые почвы автоморф-ных ландшафтов. Катена классифицирована как гетеролитная, так как элювиальные и транзитные ландшафты представлены почвами, сформированными на покровных суглинках, подстилаемых мореной, тогда как почвы транзитно-аккумулятивных и аккумулятивных ландшафтов, относящиеся к су-пераквальному их типу, развивались на аллювиальных отложениях. Это закономерно обусловило пространственную контрастность почвенных растворов изучаемых почв.
Почвы элювиального ландшафта (разр. 1) формируются по классическому элювиально-иллювиальному типу на покровных суглинках, подстилаемых красно-бурой мореной московского оледенения, которая обычно вскрывается в пределах одного метра с характерными для нее неокатанными, грубыми включениями — от щебня до валунов. Но это не исключает и более глубокого залегания морены, что обнаруживается при детальном исследовании территории. Так, в пределах водораздела мощность покровного суглинка может достигать полутора метров, что свидетельствует о бывших палеокриогенных явлениях. Почва — дерново-слабоподзолистая языковатая легкосуглинистая среднепахотная, относится к старопахотной, на что указывает ровная нижняя граница пахотного горизонта на глубине 37 см. Столь значительная мощность объясняется, вероятно, не стандартной, а плантажной вспашкой, которую ранее проводили в целях дополнительного осушения территории. В частности, об этом свидетельствуют остатки старых дренажных канав и повышенная гидроморфность, до сих пор обнаруживаемая в понижениях с близким залеганием почвенно-грунтовых вод. Отсутствие хорошо выраженного элювиального горизонта объясняется почти полным его вовлечением в пахотный, в нижней части которого вскрываются отдельные фрагменты элювиального горизонта. Для текстурного горизонта характерна хорошо выраженная призматически ореховатая структура с глинистыми коричневатыми кутанами. Почти вся толща покровного суглинка, особенно при его небольшой мощности, вовлечена в процесс почвообразования. Среди морфологических признаков следует отметить оглее-ние уже на глубине 70 см с характерным нараста-
нием этого процесса вниз по профилю и преимущественно вертикальной ориентированностью.
В настоящее время эти участки не распахиваются, и современный цикл почвообразования протекает под залежной растительностью, представленной лугом. В травостое преобладают типично луговые виды: ежа сборная (Dactylis glomerata), тимофеевка луговая (Phleum pratense), клевер луговой (Trifolium pratense); в меньшей степени встречаются сорно-рудеральные виды как индикаторы сельскохозяйственного освоения в прошлом — бодяк полевой (Cirsium arvense), пикульник красивый (Galeopsis speciosa).
В условиях транзитного ландшафта почвообразование происходит на склоне 1°—2° под пологом типичного ельника-кисличника (разр. 2) с подростом из клена (Acer platanoides); в подлеске встречаются лещина обыкновенная (Corylus avellana), жимолость лесная (Lonicer axylosteum), малина обыкновенная (Rubus idaeus). Травяной ярус состоит из кислицы обыкновенной (Oxalis acetosel-la), зеленчука желтого (Galeobdolon luteum), звездчатки дубравной (Stellaria nemorum), звездчатки жестколистной (S. holostae), щитовника игольчатого (Dryopteris carthusiana). Показательно наличие сорно-рудеральных видов, что связано с близким расположением сельскохозяйственных угодий, — одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale), крапивы двудомной (Urtica dioica), пикульника красивого.
Почва дерново-слабо-глубокоподзолистая легкосуглинистая развивается на покровном суглинке, общей мощностью около одного метра, подстилаемом мореной (разр. 2). Наиболее характерная черта почвенного профиля — высокая биоген-ность, которая проявляется на уровне формирования подстилок типа мулль и хорошо выраженной гумусированности верхнего гумусового горизонта.
Вследствие формирования на склоне отличие от почв элювиального ландшафта заключается, во-первых, в меньшей мощности всего почвенного профиля, что обусловливает максимальное вовлечение покровного суглинка в процессы почвообразования. Во-вторых, по понижениям, находящимся на склоне, почвы испытывают влияние залегающих близко к поверхности почвенно-грун-товых вод, что приводит к ярким признакам оглее-ния, включая самые верхние почвенные горизонты.
Почвы транзитно-аккумулятив-ного ландшафта (разр. 3), приуроченные к узкой пограничной зоне в пределах относительно пониженного пространства между первой террасой и собственно супераквальным ландшафтом, развиваются под типичным пойменным лугом с характерной для него высокой продуктивностью травостоя, в котором представлены таволга вязо-листная (Filipendula ulmaria), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium), крапива двудом-
ная. Много видов, соответствующих сочетанию повышенной увлажненности и обогащенности почвы элементами питания: дудник лесной (Angelica sylvestris), вербейник обыкновенный (Lysimachia vulgare), канареечник тростниковидный (Phalaro-ides arundinacea).
В пределах этой контактной, часто незначительной по протяженности, зоны, не превышающей 50 м, развиваются почвы, относящиеся к группе аллювиальных лугово-болотных оторфован-ных окарбоначенных омергеленных перегнойно-торфяных на аллювиальных отложениях со следующими характерными особенностями. Первая — близкое залегание почвенно-грунтовых вод, вскрываемых независимо от условий года в пределах одного метра. Вторая заключается в высокой карбо-натности всего почвенного профиля, при которой вскипание от 10%-й соляной кислоты отмечается с поверхности. Почва в морфологическом отношении представляет собой сочетание типичного перегнойного горизонта (по личному сообщению И.Е. Смирновой) очень тонкой консистенции, коричневато-бурых тонов, сменяемого на глубине 30 см переходным, хорошо разложившимся торфянистым материалом с многочисленными прослойками карбонатов. С глубины 50 см отчетливо выделяется зона сплошных карбонатов с тонкими прослойками ожелезненного материала, нередко охристых тонов. Третья своеобразная особенность — подстилание почвенного профиля с глубины 80 см хорошо разложившимся торфом. Все это указывает на то, что почва в настоящее время существует в гидроморфном режиме, а близкий уровень залегания почвенно-грунтовых вод обусловлен выклиниванием мигрирующих сюда вод, в том числе латерального потока, формирующегося в пределах элювиальных и транзитных ландшафтов. Кроме латерального стока, поступающего в суперак-вальный ландшафт и оказывающего воздействие на почвенные воды, существующий геохимический фон поддерживается постоянным поступлением родниковых вод, выклинивающихся в притеррасной части поймы.
Почвы повышенных и относительно выровненных участков супераквального ландшафта лугово-кислые ожелезненные старопахотные легкосуглинистые на аллювиальных отложениях относятся к типичным аллювиальным (разр. 4). Растительный покров представлен лугом, в травостое которого преобладают крапива двудомная, лисохвост луговой (Alopecurus pratensis), тимофеевка луговая, герань луговая (Geranium pratense), вероника длиннолистная (Veronica longifo-lia), иван-чай узколистный, — виды, соответствующие оптимальным условиям увлажнения и трофности.
Этим почвам присуща высокая гумусирован-ность в сочетании с хорошо выраженной биоген-
ностью в виде многочисленных червороин и хорошо сформированным дерновым горизонтом с типичной мелкокомковато-зернистой структурой. Подстилание аллювиальных почв довольно разнообразно — от суглинистого до более облегченного материала, что вполне объясняется обычными аллювиальными процессами. В этих условиях почвенно-грунтовые воды залегают на значительно большей глубине по сравнению с притеррасным понижением, что не исключает их появления в отдельные годы в нижней части почвенного профиля. Можно полагать, что почвы этих участков в настоящее время находятся вне зоны активного и постоянного влияния почвенно-грунтовых вод и постепенно вступают в фазу автоморфного почвообразования, сохраняя при этом следы былого гидроморфизма в виде признаков оглеения.
Совершенно в другом режиме функционируют почвы, приуроченные к пониженным элементам мезорельефа, характерным центральным частям су-пераквального ландшафта (разр. 5). Растительный покров здесь резко отличен от такового повышенных элементов поймы и является результатом сильного увлажнения. В травостое появляются валериана лекарственная (Valeriana officinalis), тростник обыкновенный (Phragmites communis), канареечник тростниковидный, который почти абсолютно преобладает. Наиболее яркая черта развивающихся здесь почв (аллювиальные лугово-кислые маломощно-легкосуглинистые на аллювиальных отложениях, подстилаемых торфом) — высокая гумусированность верхних горизонтов, высокая оструктуренность в сочетании с повышенной влажностью, которая обусловлена близким залеганием верховодки, обнаруживаемой в пределах одного метра. Специфическая особенность почвы заключается в подстилании маломощного почвенного профиля на глубине 40 см древними торфяниками.
Таким образом, две почвы в пределах двух участков супераквального ландшафта, развивающиеся в притеррасном понижении (разр. 3) и понижениях центральной поймы (разр. 5), подстилаются на небольшой глубине древними торфяниками. Несмотря на то что супераквальный ландшафт, вероятно, уже более пятидесяти лет тому назад вышел из пойменного режима, тем не менее близость залегания почвенно-грунтовых вод до сих пор обусловливает полугидроморфный режим функционирования почв, что особенно проявляется на пониженных элементах мезорельефа (разр. 3 и 5). Для всего почвенного покрова супераквального ландшафта характерна ровная нижняя граница на глубине 30—40 см, что является следствием мелиоративной обработки почв в целях осушения территории для рационального использования поймы в сельском хозяйстве. Отметим, что дренажные канавы в настоящее время большей
частью зарастают и далеко не полностью соответствуют своему предназначению; сейчас частичное дренирование осуществляется постоянными ручьями, сбрасывающими круглогодично избыток вод в Клязьму.
Лабораторные методы исследования включали в себя получение почвенных вытяжек из свежих образцов почв при соотношении образец: вода 1:5, согласно стандартным методам [1]. Макро- и микроэлементы определены методом масс-спектро-метрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре Agilent 7500aICP-MS, анионы — на ионном хроматографе Dionex 2000.
Результаты и их обсуждение
Анализ на содержание макроэлементов в водных вытяжках почв элювиального ландшафта (разр. 1) показал, что одним из ведущих механизмов, обусловливающих характер профильного распределения элементов, является элювиально-иллювиальная дифференциация, осложненная в верхней части профиля формированием старопахотного горизонта в сочетании с развитием современного дернового (табл. 1). В связи с этим максимальное количество водорастворимых форм кальция, магния и калия приурочено к дерновому горизонту с посте-
Таблица 1
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в почве и грунтовых водах разр. 1
Элемент Горизонт, глубина, см Грунтовая вода
Адерн, 0—8 P, 8—37 EB, 37—52 BT, 52—74 BCg, 74—90 Cg, 90—100 C2g, 100 и ниже
Макроэлементы, мг/л
Na 3,33 3,12 3,62 3,02 3,86 4,41 4,58 4,9
Mg 1,07 0,62 0,34 0,99 0,67 0,46 0,76 11,8
K 1,03 0,30 0,14 0,57 0,33 0 0,09 8,0
Ca 2,01 1,08 0,72 1,41 1,70 0,93 1,54 54,6
F- 0,13 0,19 0,08 0,05 0,05 0,09 0,08 0,2
Cl- 2,03 2,29 3,55 1,94 3,04 2,61 2,34 4,0
Br- следы 0,01 следы следы следы следы следы следы
NO- 3,82 0,02 0,46 то же то же 0,12 0,08 0,4
so42- 2,37 1,42 1,81 3,10 5,66 5,28 6,29 27,8
PO43- следы следы следы следы следы следы следы —
С 3,54 3,47 6,09 2,54 2,99 8,04 5,83 13,0
N 1,16 0,37 0,57 0,14 0,26 0,73 0,39 2,2
Микроэлементы, мкг/л
V 0,09 0,12 0,19 0,06 0,21 0,65 1,27 —
Cr 0,60 0,70 0,96 0,51 0,56 2,00 1,42 —
Mn 21,0 24,20 9,80 33,20 10,80 8,60 13,00 725,7
Fe 95,62 271,92 268,50 30,19 212,20 141,70 218,70 452,8
Co 0,02 следы следы следы следы 0,04 0,07 —
Ni 9,17 10,89 6,70 2,98 3,72 1,25 3,03 3,3
Cu 6,20 4,93 6,65 6,47 6,96 12,30 8,16 8,3
Zn 127,60 62,62 60,68 31,88 36,36 102,80 42,32 следы
As 1,18 1,32 0,57 0,76 1,07 0,30 0,25 —
Sr 55,37 24,93 26,47 28,91 32,28 18,75 24,16 —
Mo 1,08 0,33 0,35 1,76 0,86 0,32 0,37 —
Sb 0,17 0,04 0,04 0,01 0,03 0,07 0,10 —
Ba 34,26 17,83 21,18 23,17 20,20 16,18 20,51 —
Pb 0,82 2,76 0,75 0,57 0,70 6,48 0,97 —
Примечание. Прочерк — не определяли.
пенным снижением вниз по профилю. Содержание водорастворимого натрия не следует этой закономерности и, напротив, постепенно увеличивается с глубиной и обнаруживает максимум в почвенно-грунтовой воде, что характерно и для кальция и магния. Водорастворимый углерод имеет два максимума — в переходном гор. ЕВ и в материнской породе. Максимум содержания азота с постепенным снижением вниз по профилю наблюдается в дерновом горизонте, но так же как и в случае с углеродом увеличением в материнской породе. К этому горизонту приурочено и высокое содержание с последующим резким снижением в нижележащих горизонтах нитрат-иона. Количество
хлорид-иона колеблется от 2 до 3 мг/л, достигая максимума в переходном гор. ЕВ.
Водорастворимые микроэлементы образуют в почве несколько групп. Первая, куда входят цинк, стронций, железо, никель, мышьяк и барий, накапливается в верхних дерновом и старопахотном горизонтах, вторая (ванадий, хром, медь, свинец) явно тяготеет к нижним горизонтам. На этом фоне обращают на себя внимание такие элементы, как кальций, сера, марганец и молибден, содержание которых несколько повышено в иллювиальном горизонте.
В отличие от элювиального в почвах транзитных ландшафтов (разр. 2) с их ненарушенной
Таблица 2
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в почвах разр. 2
Элемент Горизонт, глубина, см
Адерн, 2—5 А, 5—12 АЕ, 12—21 Е, 21—34 ЕВ, 34—52 ВС, 52—70 СБ, 70 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ 4,74 3,45 4,32 3,23 3,63 4,05 3,56
ме 1,31 0,64 1,05 0,62 1,36 0,78 0,73
К 2,18 0,13 1,42 0,27 0,36 0,64 следы
Са 2,99 1,61 2,80 1,33 4,65 1,58 1,55
Б- 0,03 0,02 0,03 0,01 0,15 0,09 0,07
С1- 3,20 2,87 3,34 1,45 2,78 1,99 2,28
Вг- 0,01 следы следы следы следы следы следы
7,16 0,57 0,46 0,53 0,60 0,21 то же
8042- 3,46 2,33 3,55 2,87 4,23 3,67 3,48
Р043- следы следы следы следы следы 0,03 следы
С 13,37 8,11 4,28 14,68 4,75 2,79 2,05
N 1,96 0,58 0,52 1,10 0,45 0,44 0,24
Микроэлементы, мкг/л
V 1,04 1,09 1,44 2,83 0,22 0,17 0,30
Сг 1,45 2,60 5,07 2,33 0,67 0,68 0,76
Мп 34,80 13,60 36,60 25,80 16,60 15,00 8,20
Бе 308,72 437,72 602,42 408,42 64,76 88,42 54,05
Со следы 0,03 0,08 0,17 следы следы следы
N1 3,45 1,38 14,22 2,69 0,06 2,49 1,63
Си 12,81 6,49 10,45 7,04 3,15 7,02 5,42
7п 48,50 34,83 36,34 25,79 17,31 38,25 23,32
Аз 0,45 0,49 0,31 0,55 0,30 0,30 0,40
8г 11,82 12,22 11,78 16,69 21,46 11,55 14,83
Мо 0,29 0,24 0,12 0,22 0,12 0,21 0,20
8Ъ 0,06 0,05 0,07 0,03 0,04 0,02 0,12
Ва 14,00 15,71 13,55 15,97 14,29 8,06 10,60
РЪ 2,20 0,82 1,49 1,27 0,45 0,60 0,32
антропогенным вмешательством и сохранившейся элювиально-иллювиальной дифференциацией поведение водорастворимых элементов носит более четкий характер, обусловленный строением профиля (табл. 2).
Для макро- и микроэлементов минимальное содержание, как и следовало ожидать, выявлено в элювиальном горизонте. Исключение составляют водорастворимые углерод и азот, очевидно, вследствие миграции из верхних горизонтов и частичного накопления в надтекстурной части профиля. Несмотря на маломощность самого верхнего дернового горизонта, в нем диагностируются максимальные величины таких водорастворимых элементов,
как натрий, магний, калий и кальций. К этому же горизонту приурочен максимум таких подвижных анионов, как нитрат- и хлорид-ионы. Это же относится и к сульфат-иону, но в отличие от других анионов он более равномерно, с небольшим максимумом в переходном гор. ЕВ, распределен по профилю. Подобное элювиально-иллювиальное распределение характерно для значительного числа микроэлементов, но эта закономерность не относится к водорастворимым ванадию, кобальту, стронцию и барию, содержание которых несколько увеличивается в элювиальном горизонте.
Для почв элювиального и транзитного ландшафтов, несмотря на разное внутрипрофильное рас-
Таблица 3
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в почве и грунтовых водах разр. 3
Элемент Горизонт, глубина, см Грунтовая вода
А ■^дерн' 0—10 А1, 10—30 АС, 30—50 С2са, 50—75 [1Тса], 75—80 [11Т], 80—85 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ 5,40 3,37 3,32 3,44 3,03 14,42 4,7
ме 3,87 2,52 2,52 1,97 2,12 11,29 13,3
К 2,43 0,95 1,57 0,74 0,95 2,70 0,9
Са 17,62 9,54 8,04 6,55 8,23 37,94 120,1
Б- 0,15 0,11 0,24 0,08 0,11 0,89 0,2
С1- 5,05 1,66 3,94 1,94 2,36 18,01 19,5
Вг- следы следы следы следы 0,01 следы —
ко- 18,50 12,61 4,37 0,54 0,35 1,44 3,9
8042- 6,03 5,77 9,17 6,38 5,47 43,52 36,0
ро43- следы следы следы следы следы следы 0,2
С 11,82 4,63 10,41 2,48 3,47 15,83 4,7
N 4,63 2,90 1,52 0,77 0,51 2,60 0,7
Микроэлементы, мкг/л
V 0,32 0,98 0,63 1,07 1,39 3,37 1,1
Сг 0,81 4,10 1,42 5,14 1,54 13,10 0,5
Мп 21,80 17,60 45,40 17,40 20,20 122,40 49,4
Бе 49,17 221,42 100,70 243,10 102,10 921,30 391,2
Со следы следы следы следы следы следы 0,8
N1 0,64 1,24 0,32 2,07 3,61 10,42 следы
Си 4,18 4,26 5,34 7,21 7,36 32,40 1,7
7п 24,46 13,88 24,61 29,94 25,72 131,20 0,9
Аз 0,24 0,32 0,26 0,48 0,54 1,68 2,4
8г 8,36 4,92 9,72 9,06 17,92 32,96 230,5
Мо 0,09 0,22 0,23 0,25 0,24 0,72 4,6
8Ъ следы 0,01 следы 0,05 0,05 0,07 —
Ва 6,66 6,22 6,53 8,85 19,64 28,63 121,0
РЪ 2,75 1,23 0,74 0,82 0,56 2,61 2,0
пределение водорастворимых компонентов, характерны близкие значения содержания водорастворимых элементов в покровном суглинке и морене. Это можно объяснить однотипностью механизма их вовлечения в почвообразовательный процесс. С другой стороны, это можно рассматривать и как свидетельство их исходной минералогической близости.
Профиль лугово-болотной почвы транзитно-аккумулятивного ландшафта (разр. 3) можно рассматривать как полигенетический, в котором карбонатная зона сочетается с погребенным торфом при близком залегании почвенно-грунтовых вод, несомненно оказывающих влияние на состав вод-
ных вытяжек. Данные четко показывают, что наибольшее содержание водорастворимых компонентов приурочено к горизонту погребенного торфа (табл. 3). Это обусловлено не только его принадлежностью к классу биогенных тел природы, но и его нахождением в непосредственной зоне влияния почвенно-грунтовых вод. Исключение составляет нитрат-ион, количество которого в этой форме и форме общего азота является наибольшим в самом верхнем маломощном дерновом горизонте. Для последнего, в силу его биогенного происхождения, характерно некоторое превышение содержания ведущих водорастворимых катионов и анионов по сравнению с нижележащими горизонтами,
Таблица 4
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в почве и грунтовых водах разр. 4
Элемент Горизонт, глубина, см Грунтовая вода
Адерн, 0—10 А1, 10—26 Ае^ 26—40 С1Е, 40—76 с2е, 76—100 с3е, 100 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ 3,85 2,91 3,56 3,22 4,13 5,65 4,6
ме 1,69 0,77 следы 0,65 0,81 2,1 15,5
К 0,65 1,19 0,09 1,45 1,53 2,08 0,8
Са 6,44 1,28 0,08 1,50 1,48 4,00 90,4
Б- 0,26 0,34 0,39 0,51 следы 0,39 0,2
С1- 2,34 3,88 1,82 4,45 то же 5,11 6,5
Вг- следы следы следы следы —''— следы 0,03
N0^: 1,39 0,89 0,11 0,28 0,22 7,9
8042- 2,02 1,13 1,29 2,01 1,88 11,8
ро43- 1,09 следы следы следы —''— следы следы
С 11,08 7,00 3,87 4,43 6,53 5,01 41,1
N 2,07 1,39 0,86 1,54 1,90 1,52 3,3
Микроэлементы, мкг/л
V 1,21 0,38 0,94 0,50 0,63 1,24 3,4
Сг 1,33 0,58 4,09 1,15 1,55 4,90 3,9
Мп 15,40 20,60 26,20 42,00 25,40 22,20 84,3
Бе 383,00 131,90 283,70 39,73 114,20 397,20 878,9
Со следы следы следы следы следы 0,22 2,4
N1 2,29 0,34 0,78 0,39 1,00 3,17 16,4
Си 6,99 10,57 5,99 4,11 5,23 10,63 7,9
7п 48,15 40,05 35,24 28,78 29,16 41,18 следы
Аз 0,67 0,31 0,33 0,17 0,27 0,35 3,9
8г 16,89 20,65 7,11 8,24 9,24 8,20 383,1
Мо 0,24 0,11 0,24 0,14 0,12 0,12 2,9
8Ъ 0,07 следы следы следы 0,07 0,12 —
Ва 17,52 14,19 6,92 6,61 7,28 7,77 213,0
РЪ 1,02 0,94 0,60 0,75 0,58 1,12 2,4
но он значительно уступает в этом отношении погребенным торфам.
Таким образом, в профиле рассматриваемой почвы диагностировано два уровня накопления водорастворимых макро- и микроэлементов: дерновый горизонт и погребенный торф. Кроме того, в профиле лугово-болотной окарбоначенной почвы водорастворимый фосфор представлен только в следовых количествах.
Максимальное содержание микроэлементов также диагностируется в погребенном торфянике, причем особенно это проявляется при сравнении карбонатной зоны с собственно торфянистой массой, что, возможно, связано с частичным осаждением большинства микроэлементов в горизонтах с повышенной карбонатностью. Не случайно в зоне карбонатов отмечены охристые прослойки осажденного железа. Сопоставление состава почвенных вытяжек и почвенно-грунтовых вод показало повышенное содержание в последних кальция, магния, стронция и бария, что характерно для карбонатных вод.
Почвы центральной части супер-аквального ландшафта (табл. 4, разр. 4) явно уступают в количестве основных водорастворимых компонентов почвам транзитно-аккумулятивного ландшафта. Исключение составляют близкие значения этого показателя водорастворимого углерода в верхних горизонтах сравниваемых почв. В системе горизонтов Адерн—А1—АС типичной аллювиальной почвы отмечено закономерное уменьшение содержания водорастворимых компонентов, причем это касается как макро-, так и микроэлементов. Последующее изменение в большей степени обусловлено характером аллювиальных отложений, а в меньшей — современным почвообразованием.
Сравнение в системе горизонтов С1—С2—С3 показывает, что заметное снижение содержания водорастворимых компонентов, особенно таких подвижных, как хлорид-, фторид-, нитрат- и сульфат-ионы в гор. С2, сменяется существенным его увеличением в гор. С3. Это касается и большинства микроэлементов, содержание которых в гор. С2 находится на одном уровне с таковым или увеличивается в гор. С3. Вероятно, это может детерминироваться характером сравниваемых аллювиальных отложений. Почвенно-грунтовые воды аллювиальных почв, вступающих в авто-морфную стадию развития, имеют более
низкое содержание кальция по сравнению с аналогичными водами лугово-болотных окарбоначен-ных почв, но повышенное количество стронция и бария по сравнению с почвенными водами.
В почвах пониженных элементов мезорельефа супераквального ландшафта с характерным под-стиланием профиля погребенными торфами изменение водорастворимых компонентов сводится к следующим закономерностям (табл. 5, разр. 5).
В системе подгоризонтов Адерн—А1—АС, представляющих собой минеральную часть профиля, количество водорастворимых компонентов в вертикальном направлении заметно снижается. Но уже
Таблица 5
Содержание водорастворимых макро- и микроэлементов в почве и грунтовых водах разр. 5
Элемент Горизонт, глубина, см Грунтовая вода
Адерн, 0—6 А1, 6—20 АС, 20—37 Т1, 37—58 Т3, 58 и ниже
Макроэлементы, мг/л
№ 5,20 3,36 следы 12,88 16,9 5,0
МЕ 0,93 1,86 то же 8,18 0,13 9,0
К 1,85 0,33 —''— 0,19 следы 1,2
Са 1,16 3,34 —''— 31,01 1,33 47,3
Б- 0,1 0,12 0,19 0,26 0,18 0,1
С1- 5,56 2,64 2,90 7,71 17,07 3,7
Вг- следы следы следы 0,02 следы 0,02
N0^: 41,06 21,04 4,60 32,96 6,46 0,04
8042- 14,81 9,87 4,27 50,67 38,17 2,7
Р043- следы следы следы следы следы следы
С 17,38 10,09 15,61 99,24 40,52 67,7
N 10,44 4,97 2,01 13,40 5,94 5,9
Микроэлементы, мкг/л
V 2,57 0,74 0,59 6,30 11,10 7,3
Сг 2,88 1,74 1,64 5,26 13,53 3,8
Мп 46,2 31,4 следы 75,2 60,8 33,4
Бе 1093,00 195,92 88,22 1030,00 5512,00 2323,0
Со 0,45 следы следы 0,06 1,72 следы
N1 21,13 то же 0,06 21,08 137,90 20,4
Си 36,05 3,44 3,08 30,92 113,50 13,1
7П 128,70 21,01 15,81 205,60 415,60 13,9
Аз 0,59 0,25 0,27 2,57 2,84 3,2
8г 372,30 14,48 8,25 112,10 1694,00 277,8
Мо 0,35 0,07 0,32 0,75 1,24 следы
8Ъ 0,26 следы следы 0,01 0,75 —
Ва 31,01 14,00 7,44 90,28 173,40 210,1
РЪ 5,80 0,62 0,36 2,24 20,56 0,5
в серии подстилающих почвенный профиль торфяных горизонтов по сравнению с гор. АС выявлено довольно существенное их увеличение. Различие между гор.Т1 и Т2 обусловлено степенью их раз-ложенности. В самых нижних торфяных горизонтах количество большинства макро- и микроэлементов заметно увеличено. Исключение составляют биофильные элементы (кальций, магний, калий, нитрат- и сульфат-ионы, а также углерод и азот), что, вероятно, объясняется формированием обменной части почвы в сильноразложившемся верхнем слое погребенного торфяника. Так же как и для других почв супераквального ландшафта поч-венно-грунтовые воды по сравнению с почвенными характеризуются повышенным содержанием кальция, стронция и бария.
Заключение
Установлено, что в почвах изученного гетеро-литного ландшафта содержание водорастворимых компонентов определяется генезисом почв, на который накладывается специфика геохимических особенностей элементарного ландшафта. Несомненно, что гумусообразование следует рассматривать как независимый фактор, который определяет состав водорастворимых компонентов вне зависимости от принадлежности к элементарному ландшафту.
Среди двух близких по генезису почв, сформированных по однотипному элювиально-иллювиальному типу и занимающих соответственно элювиальный и транзитный ландшафты, характер распределения водорастворимых компонентов по профилю сильнее проявляется в условиях слабого склона (1°—2°) под ельником-кисличником, где они сохранили свое изначальное строение, не были нарушены вспашкой (табл.2, разр.2). Этим объясняется существенная дифференциация в содержании водорастворимых компонентов в системе сопряженных гор.А—АЕ—Е, в которой свойства элювиального горизонта как места интенсивного выщелачивания проявляются наиболее ярко. Таким образом, антропогенный фактор способен нивелировать изначальный характер распределения во-
дорастворимых компонентов, присущий почвам с ненарушенным строением, особенно в его верхней части.
Резкое изменение биогеохимического фона, который формирует характер распределения водорастворимых компонентов, происходит при переходе к супераквальному ландшафту, для которого установлена пространственная неоднородность в их (компонентов) содержании, детерминируемая сочетанием нескольких факторов. Первый заключается в том, что почвы супераквального ландшафта, вышедшие из поемного процесса, продолжают оставаться под влиянием общего геохимического стока, формирующегося в пределах элювиальных и транзитных ландшафтов. Это обстоятельство обусловливает близкое залегание почвенно-грунтовых вод, уровень которых дифференцирован в зависимости от приуроченности почв к повышенным элементам центральной поймы или нахождением в пределах метровой толщи, как это свойственно понижениям притеррасья или центральной поймы. Другой фактор — карбонатность в яркой морфологической форме в условиях притеррасья, ведущая к осаждению элементов семейства железа. Это проявляется не только в элементах ожелезнения, описываемых в профиле лугово-болотных окарбо-наченных почв, но и в формировании болотных руд, выявляемых в заболоченных понижениях притеррасья. Повышенное содержание кальция обусловливает поведение целого ряда элементов в природных водах и играет активную роль в формировании высокой продуктивности супераквального ландшафта.
Закономерности изменения условий в пределах геохимического профиля хорошо иллюстрируются величиной кислотности и содержанием кальция в почвенно-грунтовых водах и почвенных растворах (табл. 6).
Отчетливо видно, что от элювиального ландшафта к суперакавальному содержание элемента существенно возрастает, достигая максимума в почвах притеррасья с характерной для них повышенной карбонатностью. Заметное снижение его количества в почвенных растворах и почвенно-грун-
Таблица 6
Кислотность и среднее содержание кальция в почвенно-грунтовых водах и почвенных растворах
Показатель Ландшафт
элювиальный транзитно-аккумулятивный, притеррасье, понижение супераквальный
повышенная часть поймы пониженная часть поймы
рН почвенно-грунтовых вод 6,8 7,4 6,9 7,4
Содержание кальция в почвенно-грунтовых водах, мг/л 54,0 120,0 90,0 47,0
Содержание кальция в почвенных растворах, мг/л 1,0 14,0 6,0 36,0
товых водах с некоторым подкислением на повышенных элементах суперакального ландшафта еще раз подтверждает гипотезу о том, что эти участки уже вступают в фазу автоморфного почвообразования, тогда как понижения еще находятся на его полугидроморфной стадии. Не случайно обнаруживается близкий уровень содержания важнейших элементов в почвенных растворах погребенных торфяников в почвах понижений притеррасья и центральной поймы. Роль погребенных торфяников, в которых в силу их биогенного происхождения
и нахождения под влиянием почвенно-грунтовых вод, обнаруживается большое количество макро-и микроэлементов.
Таким образом, высокое содержание в почвах кальция относится к числу важнейших черт, обусловливающих особенности рассматриваемого геохимического ландшафта.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.
2. Богатырев Л.Г., Васильевская В.Д., Зайцева О.Б. Функционально-коррелятивные связи между некоторыми параметрами тундровых биогеоценозов Таймыра // Почвы и продуктивность растительных сообществ. Т.5. М.,1981.
3. Караванова Е.И., Одинцов П.Е., Степанов А.А. Закономерности минерализации органических веществ почвенных растворов подзолистой почвы //Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2019. № 3.
4. Кауричев И.С., Карпухин А.И. Водорастворимые железоорганические соединения в почвах таежно-лесной зоны // Почвоведение. 1986. № 3.
5. Кириллова Н.П., Силева Т.М., Ульянова Т.Ю. и др. Цифровая почвенная карта УО ПЭЦ «Чашнико-во» МГУ им. М.В. Ломоносова // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2015. № 2.
6. Малинина М.С., Караванова Е.И., Белянина Л.А., Иванилова С.В. Сравнение состава водных вытяжек и почвенных растворов торфянисто-подзолистых глеева-тых почв Центрального лесного государственного биосферного заповедника // Почвоведение. 2007. № 4.
7. Мотузова Г.В., Макарычев И.П., Петров М.И. Влияние алюминия, цинка, меди и свинца на кислотно-основные свойства водных вытяжек из почв // Почвоведение. 2013. № 1.
8. Трифонова Т.А., Репкин Р.В., Романов В.В. и др. Экологический атлас бассейна реки Клязьма: Человек в окружающей среде / Под ред. Т.А. Трифоновой. Владимир, 2018.
9. Трофимов С.Я., Караванова Е.И. Жидкая фаза почв. М., 2009.
10. Шамрикова Е.В., Пунегов В.В., Груздев И.В. и др. Индивидуальные органические соединения вод-
ных вытяжек из подзолистых почв Республики Коми // Почвоведение. 2012. № 10.
11. Chantigny M.H., Harrison-Kirk T, Curtin D, Be-are M. Temperature and duration of extraction affect the biochemical composition of soil water-extractable organic matter // Soil Biol. Biochem. 2014. Vol. 75.
12. Hong Niu, Yifei Leng, Shangmin Ran et al. Toxicity of soil labile aluminum fractions and aluminum species in soil water extracts on the rhizosphere bacterial community of tall fescue // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2020. Vol. 187.
13. Junjun Zhang, Changhui Peng, Wei Xue et al. Dynamics of soil water extractable organic carbon and inorganic nitrogen and their environmental controls in mountain forest and meadow ecosystems in China // Catena. 2020. Vol. 187.
14. Pschenyckyj C.M., Clark J.M., Shaw L.J. et al. Effects of acidity on dissolved organic carbon in organic soil extracts, pore water and surface litters // Sci. Total Environ. 2020. Vol.703.
15. Rizinjirabake F, Tenenbaum D, Pilesjo P. Data for assessment of soil water extractable and percolation water dissolved organic carbon in watersheds // Data in Brief. 2019. Vol.27.
16. Szymanski W.Quantity and chemistry of water-ex-tractable organic matter in surface horizons of Arctic soils under different types of tundra vegetation — A case study from the Fuglebergsletta coastal plain (SW Spitsbergen) // Geoderma. 2017. Vol. 305.
17. Sha Xue, Peng Li, Guo-bin Liu et al. Changes in Soil Hot-Water Extractable C, N and P Fractions During Vegetative Restoration in Zhifanggou Watershed on the Loess Plateau // J. Integrat. Agricult. 2013. Vol.12, Is. 12.
Поступила в редакцию 26.04.2020 После доработки 15.05.2020 Принята к публикации 20.05.2020
WATER-SOLUBLE COMPONENTS OF THE SOILS OF HETEROLITHIC CONJUGATE LANDSCAPES OF THE SOUTHERN TAIGA SUBZONE
L.G. Bogatyrev, A.I. Benediktova, M.M. Karpukhin, V.M. Telesnina, N.I. Zhilin, A.N. Vartanov, Ph.I. Zemskov, V.V. Demin
The composition of water extracts of soils developing within the heterolithic geochemical landscape of the Klyazma river basin in its upper reaches has been studied. The main factor
that determines the content of water-soluble components is the genesis of soils and the position of the soil in a series of elementary landscapes. The specifics of the content of water-soluble macro- and microelements in the soil profile outside the zone of anthropogenic influence and developing according to the eluvial-illuvial type is due to their natural organization, with the combination of podzolization in combination with texture organization. Under the conditions of a supersquale landscape that has emerged from the flood regime, characterized by the complexity of the soil cover, the distribution of water-soluble components in the soil profile is determined by the carbonate content and proximity to the surface of soil-ground water. An additional factor determining the composition of soil water on the lowered elements of the relief is the underlying soil with peat bogs. It is shown that calcium is among the most important elements that determine the specificity of the studied heterolithic landscape. The composition of water-soluble components for each of the soils is specific, which is confirmed on the basis of the results of cluster analysis.
Key words: water extracts, water-soluble components, macroelements, microelements, southern taiga subzone, sod-podzolic soils, geochemical landscape.
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. Карпухин Михаил Михайлович, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова.E-mail: kmm82@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. Жилин Николай Ильич, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: zhilinnik@yandex.ru. Вартанов Александр Николаевич, аспирант каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: anvbox93@mail.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.
