CC BY
19
Научная статья
УДК 631.4:502.1(470.343)
https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2022.2.80
Закономерности изменения гранулометрического состава аллювиальных почв в процессе развития пойм рек
А. В. Исаевт, Ю. П. Демаков1'2, Р. Н. Шарафутдинов3
'Государственный природный заповедник «Большая Кокшага»,
Российская Федерация, 424038, Йошкар-Ола, ул. Воинов-Интернационалистов, 26
аувасЬ а@у ап с1ех. гин 2Поволжский государственный технологический университет, Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3 3Набережночелнинский институт Казанского (Приволжского) федерального университета, Российская Федерация, 423810, Набережные Челны, пр-т Мира, 68/19
Введение. Гранулометрический состав является одной из важнейших базовых характеристик почвы, во многом определяя их, в том числе и концентрацию в них химических элементов. Его изучение необходимо для выявления закономерностей эволюции аллювиальных почв, а также объяснения причин формирования геохимических аномалий. Цель исследования - оценить характер изменения гранулометрического состава аллювиальных почв в ходе развития поймы реки Большая Кокшага. Объекты и методы. Изучение гранулометрического состава аллювиальных почв проведено на 33 временных пробных площадях на участках поймы с различными типами русловых процессов. Анализ образцов почвы проводили на лазерном анализаторе размеров частиц, валовое содержание в них химических элементов определяли рентгенофлуоресцентным методом. Полученный цифровой материал обработан общепринятыми методами математической статистики. Результаты. Установлено, что гранулометрический состав аллювиальных почв, в котором доминирует фракция крупной пыли, по содержанию в них физической глины изменяется от рыхлых песков до тяжёлых глин, что обусловлено существенными различиями условий их формирования. Его радиальная дифференциация в каждом типе почв отражает историю их формирования. Характер качественных изменений состояния почв, происходящих в процессе их эволюции, более чётко отражает валовой состав химических элементов. Вывод. Все типы почв поймы реки Большая Кокшага имеют большой эволюционный возраст. Изменение гранулометрического состава в ходе их развития во многом связано с органическим веществом, приводящим к снижению доли мелких пылеватых и илистых частиц. Содержание органики, которое наиболее велико в болотных почвах, во всех их типах с возрастом в целом неуклонно возрастает. Характер качественных изменений состояния аллювиальных почв наиболее чётко отражает валовое содержание химических элементов, особенно кремния, которое во всех их типах в основном снижается.
Ключевые слова: почвы пойм; заповедник «Большая Кокшага»; фракции почвы; содержание органики; валовое содержание
Благодарности: авторы выражают благодарность сотрудникам лаборатории института геологии и нефтегазовых технологий Казанского государственного университета и лаборатории Центра коллективного пользования Поволжского государственного технологического университета за проведение химического анализа образцов почвы.
Финансирование: работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030) и государственного задания ФГБУ «Государственный заповедник Большая Кокшага».
© Исаев А. В., Демаков Ю. П., Шарафутдинов Р. Н., 2022.
Для цитирования: Исаев А. В., Демаков Ю. П., Шарафутдинов Р. Н. Закономерности изменения гранулометрического состава аллювиальных почв в процессе развития пойм рек // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер: Лес. Экология. Природопользование. 2022. № 2 (54). С. 80-93. https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2022.2.80
Кировская область
Чебоксары
Чувашская Республика
пойме среднего течения реки Большая Кокшага на территории одноимённого заповедника (рис. 1), где преобладают аккумулятивные формы рельефа, представленные речными долинами и зандровыми равнинами. Заповедник, площадь которого составляет 21,5 тыс. га, расположен на восточной окраине Русской платформы в пределах Волго-Уральской антеклизы и Чебоксарского прогиба [14] в умеренном климатическом поясе атлантико-конти-нентальной области [15,16].
Изучение особенностей формирования гранулометрического состава аллювиальных почв, названия типов которых даны в соответствии с российской классификацией [17], проведено на 33 временных пробных площадях (ВПП), заложенных в 2004—2005 годах на участках поймы с различными типами русловых процессов [18], где в 2016-2019 годах были отобраны почвенным буром Maulwurf в пятикратной повторности образцы почвы с глубины 0-10, 10-20, 20^0, 40-60 и 60-80 см. Наносы песков береговых отмелей отбирали почвенным бури-ком в трёхкратной повторности до глубины 10 см. Для каждого слоя почвы в пределах ВПП были сформированы сводные образцы, общее количество которых составило 138 шт., в том числе девять образцов песков береговых отмелей.
Введение. Гранулометрический состав, представляющий собой совокупность минеральных, органоминеральных и органических частиц различного размера, является одним из важнейших базовых характеристик почв, во многом определяя их свойства [1—4], в том числе и концентрацию в них химических элементов [5-10]. Так, содержание в почвах кремния положительно коррелирует с содержанием фракции песка, а большинства же других элементов - с пылеватой или илистой фракциями [11]. Он является основным структурным уровнем организации твёрдого вещества почвы, отражающим их генезис и развитие [12]. Гранулометрический состав определяет также формирование педолитогенных и педогенных геохимических барьеров [13]. Изучение гранулометрического состава аллювиальных почв необходимо для выявления закономерностей их эволюции и процессов миграции химических элементов, а также объяснения причин формирования геохимических аномалий.
Цель исследования — оценить характер изменения гранулометрического состава аллювиальных почв в ходе развития поймы реки Большая Кокшага.
Объекты и методика исследований. Объектами исследования явились аллювиальные почвы, сформировавшиеся в
Республика Татарстан
Рис. 1. Расположение заповедника «Большая Кокшага» на территории Республики Марий Эл и места
отбора проб почеы (выделено зелёным квадратом) Fig. 1. Location of the Bolshaya Kokshaga nature reserve on the territory of the Republic ofMari El and the soil sampling site (marked as a square-shaped region surrounded by a green line)
Аллювиальные дерновые слоистые примитивные почвы представлены двумя ВПП, собственно дерновые слоистые -тремя, дерновые оподзоленные - одной, луговые поверхностно-оглеенные - 11, перегнойно-глеевые - шестью, иловато-торфяные - двумя. Оценку гранулометрического состава образцов почвы проводили в лаборатории Поволжского государственного технологического университета на лазерном анализаторе размеров частиц. Дополнительно определяли также по стандартной методике плотность сложения почв [19, 20], валовое содержание в них рентгенофлуоресцентным методом химических элементов [21] и потери при прокаливании в муфельной печи при температуре 1 100 °С в течение двух часов. Полученный цифровой материал обработан общепринятыми методами математической статистики [22-24] с использованием прикладных программ Excel и Statis-tika. Ряды исходных данных по концентрации элементов в каждом слое и типе почв подвергали процедуре отбраковки резко выпадающих из совокупности значений.
Результаты и их обсуждение. Почвенный покров на территории заповедника, несмотря на скромные его размеры, довольно разнообразен, особенно в пойме реки Большая Кокшага, где на площади всего около 1 500 га нами было выделено несколько типов аллювиальных почв, каждый из которых имеет сугубо специфические свойства и гранулометрический состав.
В прирусловой части поймы формируются преимущественно дерновые примитивные почвы, имеющие маломощный профиль, представленный гумусовым горизонтом мощностью от 9 до 30 см. Ниже залегает гумусово-иллювиальный горизонт, подстилаемый песчаными отложениями, почти не обнаруживающими признаков развития почвенных процессов. Затапливаются они на 20-35 дней и уровень грунтовых вод (УГВ) находится в меженный период глубже 200 см. На гри-
вах поймы с продолжительностью затопления до 20 дней формируются более зрелые дерновые оподзоленные почвы, имеющие маломощный (15 см) гумусовый горизонт, под которым залегает гумусово-элювиальный, подстилаемый на глубине 90 см песчано-глинистыми отложениями. УГВ находится на глубине 260 см.
В центральной части поймы встречаются обычно луговые поверхностно-оглеенные почвы, у которых отсутствуют признаки подзолообразования, а на глубине от 16 до 25-30 см проявляется огле-ение. Гумусовый горизонт мощностью 10-15 см рыхлый, хорошо оструктурен, насыщен мелкими корнями растений. Под ним залегает более плотный переходный гумусово-иллювиальный горизонт, часто с признаками оглеения и/или ожелезнения в виде охристых или сизых примазок, реже дробовин различного размера (от 0,25 до 9 мм). Ниже находится сильно уплотнённый, оглеённый иллювиальный горизонт с пятнами ожелезнения. Мощность профиля не превышает, как правило, 80-90 см. Подстилаются эти почвы рыхлыми оглеёнными песчаными отложениями, которые обнаруживаются иногда на глубине 50-60 см. Продолжительность весеннего половодья составляет 30-35 дней.
В центральной и в притеррасной частях поймы при близком залегании УГВ, часто выходящем на дневную поверхность, формируются обычно болотные перегнойно-глеевые и иловато-торфяные почвы. Первые из них имеют двучленное строение профиля: минеральные горизонты чередуются с высокоминерализованными торфяными. Они бесструктурные, вязкие, сильно оглеённые с ржавыми примазками оксида железа. Вторые - исключительно торфяные, содержат как хорошо разложившиеся, так и слаборазло-жившиеся органические остатки. Половодье в этих экотопах продолжается 40 и более дней.
Исследования показали, что гранулометрический состав аллювиальных почв заповедника «Большая Кокшага» по со-
держанию в них физической глины изменяется от рыхлых песков до тяжёлых глин (табл. 1). Доминирование фракции крупной пыли, или так называемой лёссовой фракции, унаследовано, как нами было установлено ранее [25], от находящегося выше по течению почвенного покрова Кировской области, который сформировался на некарбонатных лёссовых породах, а также на покровных суглинках [12, 26-29]. Доминирование этой фракции в аллювиальных почвах Восточно-Европейской равнины отмечено многими исследователями [30-32]. Преобладание этой фракции отмечено также в гумусовых горизонтах почв зонального ряда европейской части России [33]. В аллювиальных же почвах Западной Сибири преобладают две фракции: пыли и ила [2, 3]. Описываются ещё и аллювиальные системы пермского возраста, состоящие почти исключительно из пылеватых осадков [28].
Гранулометрический состав в каждом типе аллювиальных почв имеет свои специфические особенности (табл. 2). Так, прибрежные пески, представляющие собой начальную стадию формирования аллювиальных почв, хорошо отсортированы и в них абсолютно доминирует песчаная фракция, а меньше всего содержится ила. Дерновые почвы имеют
более тяжёлый гранулометрический состав, хотя на долю песчаной фракции приходится более 60 %. Их верхний слой (0-20 см) относится, по классификации Н.А. Качинского [34], к лёгкому суглинку, варьируя от песка связного до среднего суглинка. Преимущественно песчаный литологический состав связан с тем, что эти почвы формировались в непосредственной близости от русла реки из материала первой надпойменной террасы, сложенной дерново-подзолами иллюви-ально-железистыми. Границы изменчивости содержания фракций у них очень велики, что связано с различной удалённостью экотопов от русла реки, а также с вертикальной литологической неоднородностью почвенного профиля. Другие типы почв характеризуются ещё более тяжёлым гранулометрическим составом, в котором доминирует фракция крупной пыли. Так, верхний горизонт луговых почв является в основном среднесугли-нистым, хотя его состав изменяется от среднего до тяжёлого суглинка, пере-гнойно-глеевых - тяжелосуглинистым, а иловато-торфяных - легкосуглинистым. Луговые почвы, по сравнению с болотными, содержат больше илистых частиц и, соответственно, меньше мелкопесчаных.
Таблица 1. Статистические показатели значений содержания частиц различного размера
Table 1. Statistical indicators of the content values of particles of various sizes
Показатель* Содержание частиц различного размера, %
1-0,25 мм 0,25-0,05 мм 0,05-0,01 мм 0,01-0,005 мм 0,005-0,001 мм <0,001 мм <0,01 мм
M 9,3 12,5 39,5 8,2 21,5 8,9 38,6
min 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 0,9 1,0
max 92,0 51,7 70,4 19,4 51,3 62,1 90,0
Размах 92,0 51,7 70,2 19,4 51,3 61,2 89,0
CV 243,4 113,0 44,9 59,6 59,7 113,6 50,7
^Примечание: M, min, max — среднее минимальное и максимальное значения содержания частиц определённого размера; CV - коэффициент вариации.
Таблица 2. Средние значения и пределы изменчивости содержания гранулометрических фракций в верхнем 20-см слое разных типов аллювиальных почв
Table 2. Mean values and limits of variability of the content of particle-size fractions in the upper 20 cm layer of alluvial soils of different types
Размер фракций, мм Содержание частиц в разных типах аллювиальных почв, %*
Прибрежные пески Дерновые Луговые Перегнойно-глеевые Иловато-торфяные
1-0,25 М 8,1-8,6 16.7 0,0-54,5 0,2 0,0-2,5 м 0,1-3,5 LQ 0,7-1,3
0,25-0,05 73.2 72,6-73,7 28.8 4,2-51,2 ш 0,0-29,2 12.4 1,0-42,2 23,8 15,0-30,4
0,05-0,01 13.5 13,1-13,8 33.3 3,9-62,9 45.6 6,7-69,1 40.5 31,0-52,0 47,8 45,3-50,4
0,01-0,005 2J_ 2,0-2,3 5,3 0,9-9,9 ТА 0,0-13,5 14.0 7,5-19,4 10,5 7,5-15,9
0,005-0,001 22 1,6-2,8 12.4 2,0-25,2 24.6 2,1-45,8 28.9 13,8-41,6 15,2 13,2-16,4
<0,001 0,6 0,5-0,7 ЗА 0,6-6,8 18.0 6,3-62,1 М 1,7-6,7 Ш 1,3-2,1
<0,01 4,9 4,2-5,8 21.2 3,5-40,9 50.5 28,4-90,0 46.3 23,3-64,5 27,4 22,2-34,4
ГДИ** 5,42 0,86 0,08 0,31 0,50
Песок: глина 16,7 2,15 0,08 0,29 0,91
* Примечание: над чертой - среднее значение, под чертой — пределы изменения; **ГДИ - гидродинамический индекс, равный соотношению фракции мелкого песка к фракции крупной пыли.
Доля содержания фракции мелкого песка (0,25-0,05 мм) характеризует, по данным Б.Н. Польского [31], напряжённость гидродинамических процессов в половодье: чем она выше, тем больше их напряжённость и тем ближе режим половодья приближается к русловому типу. В обратном отношении к ней находится фракция 0,05-0,01 мм, типичная для центральной части поймы. По их соотношению можно судить о близости или отдалённости места отложения аллювия от русла реки, о принадлежности его к той или иной части поймы. Об этом же свидетельствует отношение объединённой фракции песка к фракции физической глины. Приведённые данные указывают на снижение напряжённости гидродинамических процессов от прирусловых песков к центральной части поймы. В притеррасной части поймы, где сформировались перегнойно-глеевые и иловато-торфяные почвы, напряжённость гидродинамических процессов, если оценивать
её по значениям индексов, вновь немного увеличивается.
Факторами вариабельности гранулометрического состава аллювиальных почв являются как особенности размещения точек отбора образцов в пределах поперечного профиля поймы, так и в пределах самого почвенного профиля, характеризующего историю их формирования. Расчёты показали, что все представленные в выборке типы почв достоверно (р < 0,05) различаются между собой по содержанию частиц средней и мелкой пыли, ила и физической глины, вклад же вертикальной дифференциации в общую изменчивость гранулометрического состава оказался статистически незначимым. Довольно велик вклад шумовой компоненты (фактор «ошибка»), влияние которой связано с особенностями аллювиальных отложений в каждом типе почв.
Гранулометрический состав почв определяет не только их минеральная компонента (твёрдая фаза), но и мёртвое
органическое вещество, поступающее в них с опадом и продуктами жизнедеятельности биоты, которое в результате трансформации постепенно превращается в гумус и почвенные коллоиды. Подтверждением этого положения является, в частности, связь между содержанием в почве крупнопылеватых частиц размером 0,01-0,05 мм (У, %) и содержанием в ней органического вещества, выраженного через потери при прокаливании (X, %). Расчёты показали, что наиболее тесная связь между этими параметрами отмечается лишь в дерновых почвах, аппроксимируемая уравнением регрессии:
У = 11,03х(Х - 0,78)°'661; Я2 = 0,932.
В других типах почв связь между параметрами становится менее тесной или же полностью исчезает (рис. 2 и рис. 3). В некоторых случаях меняется на противоположный даже знак этой связи, что свя-
зано, на наш взгляд, с процессом коагуляции почвенных частиц и образованием органоминеральных гранул [34], концентрация которых по мере увеличения в почве органического вещества становится всё больше. Особенно резко этот процесс проявляется в болотных почвах. Косвенным подтверждением вывода о процессе коагуляции почвенных частиц и образовании в результате него органоминеральных гранул, удерживающих химические элементы, содержащиеся в наносах аллювия, в частности алюминия и кальция, является тесная зависимость между их концентрацией в почве (г/кг) и содержанием органического вещества (X, %), аппроксимируемая с высокой точностью уравнениями регрессии:
[А1] = 88,16х[1 -ехр(-11,16хЮ-2хХ)];
Ы2 = 0,930;
[Са] = 1,903хХ°>644; Я2 = 0,863.
>п
0
о"
1
F
о
С=С
20 30 40 50 60 Потери при прокаливании, %
о Дерновые Д Болотные
о
V
Ü" I
et
20 30 40 50 60 Потери при прокаливании, %
Рис. 2. Характер связи между содержанием крупнопылеватых и илистых частиц в дерновых
и болотных почвах и потерей при прокаливании Fig. 2. Characteristics of the relationship between the content of coarse powder and silty particles in soddy and swamp soils and the loss on ignition
о
о"
70 -, 60 -50 -40 -30 -20 -10 -0 -
♦ • w
♦ *
« ♦
о
v
о
С=С
30 -, 25 -20 -15 -10 -5 -0 -
♦ ♦♦
о
ю
15 20
25
30 35
0
10
15 20
25
30 35
Потери при прокаливании, %
Потери при прокаливании, %
Рис. 3. Характер связи между содержанием крупнопылеватых и илистых частиц в луговых почвах
и потерей при прокаливании Fig. 3. Characteristics of the relationship between the content of coarse powder and silty particles in meadow
soils and the loss on ignition
Анализ полученного материала показал, что гранулометрический состав каждого типа почв и содержание в них органического вещества, отражающие историю их формирования, изменяются в пределах вертикального профиля по-своему. Так, в дерновых почвах доля физической глины резко снижается с глубиной, приближаясь в слое 40-60 см к значениям, свойственным прирусловым пескам (рис. 4). В луговых и болотных почвах содержание частиц размером более 0,01 мм значительно выше, что свидетельствует о большом их эволюционном возрасте, но изменяется по градиенту профиля по-разному: максимальных значений у первых из них оно достигает в нижних слоях, а у вторых - в слое 10-20 см. Более значительны различия между почвами по характеру вертикального изменения содержания в них органического вещества, значение которого наиболее велико в болотном их типе. В дерновых и луговых типах почв величина потерь их при прокаливании, которая тесно связана с содержанием выгорающей органики, постепенно снижается вниз по профилю, в болотных же в слое 60-80 см она вновь увеличивается.
Характер качественных изменений состояния почв, происходящих в процессе их эволюции, более чётко отражает валовой состав химических элементов. Так, содержание кремния, напрямую связанного с долей песчаных фракций, наиболее велико в
дерновых почвах, а очень мало в болотных (рис. 5). Во всех типах оно возрастает с глубиной, однако даже у дерновых почв не достигает значений, свойственных прирусловым пескам. Это свидетельствует о большом эволюционном возрасте всех аллювиальных почв, особенно болотных. По содержанию большинства химических элементов, особенно марганца, лидируют луговые почвы, а содержание кальция, составляющего основу оболочки растительных клеток и скелета животных, наиболее велико в болотных, где отмечается поступление большого количества органики. Различия между типами почв отмечаются и по содержанию других химических элементов, однако это выходит за рамки данной статьи и является предметом отдельной публикации.
Гранулометрический состав аллювиальных почв (за исключением болотных), главным образом доля частиц размером менее 0,01 мм, а также содержание в ней гумуса во многом определяют плотность её сложения, которая необходима для оценки депонирования ею химических элементов, в том числе углерода. Расчёты показали, что эту зависимость с высокой точностью описывает мультипликативное уравнение регрессии: У = 1,248хехр(-19,44х10"2хХ - 5,50х х 10-3хг) + 0,47; Я2 = 0,821; в котором X - содержание в почве гумуса, %; Ъ - содержание частиц размером < 0,01 мм, %.
-я
о &
5
6
S о. 5Г
Дерновые ■Луговые ■Болотные
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см
Слой почвы
Слой почвы
Рис. 4. Характер изменения доли глинистых частиц и содержания органического вещества в разных типах почв по градиенту их вертикального профиля Fig. 4. Pattern of change in the concentration of clay particles and organic matter content in different soil types
by the gradient of their vertical profile
Дерновые ■ Луговые ■ Болотные
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см
Слой почвы
^ 60 3 50
б 20
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см
Слой почвы
I 30
5 20
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см Слой почвы
15 12
ci
" 10
6
о
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см Слой почвы
И
О
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см
Слой почвы
О
0-10 см 10-20 см 20-40 см 40-60 см 60-80 см
Слой почвы
Рис. 5. Характер изменения содержания основных химических элементов в разных типах почв
по градиенту их вертикального профиля Fig. 5. Pattern of change in the content of major chemical elements in different types of soils by the gradient
of their vertical profile
Выводы
1. В пойме реки Большая Кокшага встречается несколько типов аллювиальных почв, каждый из которых имеет сугубо специфический гранулометрический состав, во многом определяющий их свойства.
2. Прибрежные пески, представляющие собой начальную стадию формирования аллювиальных почв, хорошо отсортированы и в них абсолютно доминирует песчаная фракция. Дерновые почвы имеют более тяжёлый гранулометрический состав, хотя на долю песчаной фракции при-
ходится более 60 %. Другие типы почв характеризуются еще более тяжёлым гранулометрическим составом, в котором доминирует фракция крупной пыли, унаследованная от находящегося выше по течению почвенного покрова Кировской области, который сформировался на некарбонатных лёссовых породах, а также на покровных суглинках. Верхний горизонт луговых почв является в основном среднесуглини-стым, хотя его состав изменяется от среднего до тяжёлого суглинка, перегнойно-глеевых — тяжелосуглинистым, а иловато-торфяных - легкосуглинистым. Луговые почвы, по сравнению с болотными, содержат больше илистых частиц и, соответственно, меньше мелкопесчаных.
3. Изменение гранулометрического состав аллювиальных почв в ходе их развития во многом связано с органическим веществом, приводящим к снижению доли мелких пылеватых и илистых частиц в результате образования органоминеральных гранул. Особенно резко данный процесс проявляется в болотных почвах, которые никогда не бывают глинистыми. В дерновых почвах с увеличением их эволюционного возраста доля физической глины постепенно увеличивается, в болотных же,
наоборот, в целом снижается, а в дерновых, занимающих промежуточное положение по её величине, изменяется параболически с максимумом в слое 10-20 см. Содержание органики, которое наиболее велико в болотных почвах, во всех их типах с возрастом в целом неуклонно возрастает.
4. Характер качественных изменений состояния аллювиальных почв, происходящих в процессе их эволюции, наиболее чётко отражает валовое содержание химических элементов, особенно кремния, которое во всех их типах в основном снижается. Гранулометрический же состав имеет при этом вспомогательное информативное значение. По содержанию большинства химических элементов, особенно марганца, лидируют луговые почвы, а содержание же кальция наиболее велико в болотных, что связано с поступлением большой массы органики и слабым её разложением.
5. Все типы почв поймы реки Большая Кокшага имеют большой эволюционный возраст, свидетельством чего являются значительные отличия их нижних слоев от прирусловых песков по гранулометрическому и химическому составу, а также по содержанию органики.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Шеин Е. В. Гранулометрический состав почв: проблемы методов исследования, интерпретации результатов и классификаций // Почвоведение. 2009. № 3. С. 309-317.
2. Моторин А. С., Букин А. В. Гранулометрический состав и химические свойства аллювиальных почв поймы реки Пышма // Аграрный вестник Урала. 2012. № 8 (100). С. 69-72.
3. Моторин А. С., Букин А. В. Состав и свойства аллювиальных почв поймы реки Тобол Северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2012. № 6 (98). С. 71-75.
4. Голодная О. М., Жарикова Е. А. Особенности гранулометрического состава и плотности освоенных аллювиальных почв Дальнего Востока // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. 2016. № 1 (42). С. 19-26.
5. Ковальский В. В., Андрианова Г. А. Микроэлементы в почвах СССР. М.: Наука, 1970. 180 с.
6. Хрустстева М. А. Экогеохимия моренных ландшафтов центра Русской равнины. М.: Техпо-лиграфцентр, 2002. 315 с.
7. Добровольский Г .В. Почвы речных пойм центра Русской равнины. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 2005.293 с.
8. Чернова О. В., Груздков Д. Ю. Изменения валового содержания микроэлементов в почвах европейской территории России в зависимости от их гранулометрического состава // Доклады по экологическому почвоведению. 2006. № 1. Вып. 1. С. 132-151.
9. Сысо А. И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 277 с.
10. Химический и минералогический состав фракций гранулометрических элементов чернозёма типичного Курской области/ В. Г. Мамонтов, А. В. Чинилин, О. Б. Рогова и др. // Известия ТСХА. 2018. Вып. 6. С. 5-14.
П.ДемаковЮ. П., Исаев А. В. Изменение валового содержания химических элементов в ходе эволюции почв лесных биогеоценозов Среднего Поволжья // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2021. № 3 (51). С. 79-99.
12. Березин П. Н. Особенности распределения гранулометрических элементов почв и почвообра-зующих пород // Почвоведение. 1983. № 2. С. 64-73.
13.Глазовская М. А. Геохимические барьеры в почвах равнин, их типология, функциональные особенности и экологическое значение // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2012. № 1.С. 8-14.
14.Васильева Д. П. Ландшафтная география Марийской АССР. Йошкар-Ола: Марийское кн. изд-во, 1979. 136 с.
15.Алисов Б. П. Климат СССР. М.: Высшая школа, 1969. 104 с.
16. Агроклиматические ресурсы Марийской АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 107 с.
17. Классификация и диагностика почв СССР / сост. В.В. Егоров, В.М. Фридланд, E.H. Иванова и др. М.: Колос, 1977.224 с.
18. Исаев А. В. Формирование почвенного и растительного покрова в поймах речных долин Марийского Полесья (на примере территории заповедника «Большая Кокшага»). Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. 240 с.
\9. Атаманюк А. К. К методике определения плотности почвы // Почвоведение. 1970. № 4. С. 120-124.
20. Вадюнина А. Ф., Корчагина 3. А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агро-промиздат, 1986. 416 с.
21. Использование рентгенофлуоресцентного анализа для оценки содержания химических элементов в почве лесных биогеоценозов / Ю. П. Де-маков, А. В. Исаев, Б. И. Гареев и др. // Научные труды государственного природного заповедника «Большая Кокшага». Йошкар-Ола: ПГТУ. 2017. Вып. 8. С. 56-75.
22 .Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973. 392 с.
23. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
24.Гринин А. С., Орехов Н. А., Новиков В. Н. Математическое моделирование в экологии. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. 269 с.
25. Исаев А. В., Шарафутдинов Р. Н., Гареев Б. И. Эколого-геохимическая характеристика аллювиальных отложений в средней части реки Большая Кокшага и их роль в формировании почвенного покрова // Научные труды Государственного природного заповедника «Большая Кокшага». Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2020. Вып. 9. С. 8—29.
26. Тюлин В. В. Почвы Кировской области. Киров: Волго-Вятское кн. изд-во, 1976. 288 с.
27. Колеватых Е. А. К вопросу о генезисе и геохимии покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья // Литосфера. 2010. № 6. С. 55-65.
28.Макеев А. О. Пермские палеопочвы в свете общей проблематики палеопочвоведения // Почвоведение. 2012. № 1. С. 111-125.
29. Конищев В. Н. Лессовые породы: новые возможности изучения их генезиса // Инженерная геология. 2015. № 5. С. 22-36.
30. Берг Л. С. Климат и жизнь. 2-е переработанное и дополненное издание. М.: ОГИЗ Государственное издательство географической литературы, 1947. 356 с.
31. Польский Б. Н. Механический состав пойменных почв в связи с историей развития поймы // Почвоведение. 1958. № 7. С. 112-115.
32. Биогеохимические процессы в степных ландшафтах Ергенинской возвышенности в голоцене / П. И. Калинин, И. Ю. Кудреватых, И. М. Вагапов и др. // Почвоведение. 2018. № 5. С. 526-537. Б01: 10.7868/80032180X18050027
33. Микроагрегатный, гранулометрический и агрегатный состав гумусовых горизонтов зонального ряда почв европейской России / О. И. Филиппова, В. А. Холодов, Н. А. Сафронова и др. // Почвоведение. 2019. № 3. С. 335-347. Б01: 10.1134/80032180X19030031
34.Качинский П. А. Физика почв. М.: Высшая школа. 1965. Ч. 1. 323 с.
Статья поступила в редакцию 17.03.2022; одобрена после рецензирования 10.04.2022;
принята к публикации 28.04.2022.
Информация об авторах
ИСАЕВ Александр Викторович — кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель директора по научной работе, Государственный природный заповедник «Большая Кокшага». Область научных интересов — биогеоценология, почвоведение, геоэкология. Автор более 80 научных публикаций. ОЫСГО: https://orcid.org/0000-0002-3166-7962
ДЕМАКОВ Юрий Петрович — доктор биологических наук, главный научный сотрудник, Государственный природный заповедник «Большая Кокшага»; профессор кафедры лесных культур, селекции и биотехнологии, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов - биогеоценология, почвоведение, геоэкология. Автор более 360 научных публикаций. ОЯСГО: https://orcid.org/0000-0002-2633-0468
ШАРАФУТДИНОВ Рафик Низамутдинович — кандидат биологических наук, доцент кафедры химии и экологии Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) федерального университета. Область научных интересов — лесное почвоведение, география почв, урбопочвоведение, биогеоценология, охрана природы. Автор более 100 научных публикаций. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7974-8825
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи
Scientific article
UDC 631.4:502.1(470.343)
https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2022.2.80
Patterns of Change in the Particle Size Distribution in Alluvial Soils in the Process of River
Floodplain Development
IsaevA. V.1M, Demakov Yu. P.1-2, Sharafutdinov R. N. 3
1 State Nature Reserve "Bolshaya Kokshaga", 26, Voinov-Internatsionalistov St., Yoshkar-Ola, 424038, Russian Federation
2 Volga State University of Technology, 3, Lenin Sq., Yoshkar-Ola, 424000, Russian Federation
3Naberezhnye Chelny Institute of Kazan (Volga Region) Federal University, 68/19, Mira Ave., Naberezhnye Chelny, 423810, Republic of Tatarstan, Russian Federation
ABSTRACT
Introduction. The particle size distribution is one of the most relevant baseline characteristics of soils, which to a large extent determines their properties including the concentration of chemical elements. There is a need to investigate the particle size distribution in soils in order to reveal the regularities in the evolution of alluvial soils, as well as to explain the causes of the formation of geochemical anomalies. The goal of the work is to study the patterns of change in the particle size distribution in alluvial soils during the development of the Bolshaya Kokshaga River floodplain. Objects and methods. The study of the particle size distribution in the alluvial soils was carried out on 33 temporary sampling sites located in floodplain areas with channel processes of different types. The analysis of the soil samples was performed using a laser particle size analyzer; the total elemental content in the soil samples was estimated by the X-ray fluorescence method. The digital material obtained was processed employing standard methods of mathematical statistics. Results. It has been found that the particle size distribution in the alluvial soils with the coarse powder fraction dominance ranges in terms of the physical clay content from light sands to heavy clays, which is due to the significant differences in the conditions of soil formation. The radial differentiation of the particle size distribution in each soil type reflects the history of the soil-forming processes. The characteristics of qualitative changes in the constitution of soils during their evolution reflect the total elemental composition more clearly. Conclusion. All soil types in the floodplain of the Bolshaya Kokshaga River are of significant age. The changes in the particle size distribution in the soils during their development are largely associated with organic matter leading to a decline in the proportion of clay and silt particles. The organic matter content which is the highest in swamp soils, steadily increases with age in all soil types. The pattern of qualitative changes in the state of alluvial soils most clearly reflects the total content of chemical elements, especially silicon, which generally tends to decrease in all soil types.
Keywords: floodplain soils; Bolshaya Kokshaga nature reserve; soil fractions; organic matter content; total content
Acknowledgments. The authors would like to express their gratitude to the personnel of the Laboratory of the Institute of Geology and Petroleum Technologies of Kazan (Volga Region) Federal University and the Laboratory of the Center for Collective Use of Volga State University of Technology for performing chemical analysis of soil samples.
Funding. The study was carried out within the framework of the Strategic Academic Leadership Program "Priority-2030" of Kazan (Volga Region) Federal University and the state assignment of the state nature reserve "Bolshaya Kokshaga".
REFERENCES
1. Shein E. V. Granulometricheskiy sostav pochv: problemy metodov issledovaniya, interpretatsii rezul'tatov i klassifikatsiy [Particle size distribution of soils: problems of research methods, interpretation of results and classifications]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2009. No. 3. Pp. 309-317. (In Russ.).
2. Motorin A. S., Bukin A.V. Granulometricheskiy sostav i khimicheskiye svoystva allyuvial'nykh pochv poymy reki Pyshma [Granulometric composition and chemical properties of alluvial soils of flood-plain the Pyshma River]. Agrctrnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals], 2012. No. 8 (100). Pp. 69-72. (In Russ.).
3. Motorin A. S., Bukin A.V. Sostav i svoystva allyuvial'nykh pochv poymy reki Tobol Severnogo Zaural'ya [Composition and properties of alluvial soils of floodplain the River Tobol Northern Urals], Agrctrnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals], 2012b. No. 6 (98). Pp. 71-75. (In Russ.).
4. Golodnaya O. M., Zharikova E. A. Osoben-nosti granulometricheskogo sostava i plotnosti osvoy-ennykh allyuvial'nykh pochv Dal'nego Vostoka [Peculiarities of particle- size distribution and density of the cultivated alluvial soils in the Far East]. Vestnik Buryat-skoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii im. V.R. Filippova [Vestnik of Buryat State Academy of Agriculture named after V. Philippov]. 2016. No. 1 (42). Pp. 19-26. (In Russ.).
5. Kovalskii V. V, Andrianova G. A. Mikroele-menty v pochvakh SSSR [Microelements in the USSR soils], Moscow: Nauka, 1970. 180 p. (In Russ.).
6. Khrustaleva M. A. Ekogeokhimiya moren-nykh landshaftov Russkoy ravniny [Eco geochemistry of moraine landscapes in the Russian Plain]. Moscow: Tekhpoligraftsentr, 2002. 315 p. (In Russ.).
7. Dobrovolsky G.V. Pochvy rechnykh poym tsentra Russkoy ravniny [Soils of river floodplains in the center of the Russian Plain], Moscow: MSU Publ., 2005.293 p. (In Russ.)
8. Chernova O. V., Gruzdkov D. Yu. Izmeneniya valovogo soderzhaniya mikroelementov v pochvakh yevropeyskoy territorii Rossii v zavisimosti ot ikh granulometricheskogo sostava [Changes in the total content of microelements in soils of the European territory of Russia depending on the particle size distribution in them]. Doklady po ekologicheskomu pochvovedeniyu [Interactive Soil Science Reports], 2006. No. 1. Issue 1. Pp. 132-151. (In Russ.).
9. Syso A.I. Zakonomernosti raspredeleniya khimicheskikh elementov v pochvoobrazuyushchikh porodakh i pochvakh Zapadnoy Sibiri [Regularities of chemical elements distribution in soil-forming material and soils of Western Siberia], Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2007. 277 p. (In Russ.).
10. Mamontov V. G. Chinilin A.V., Rogo-va O. B., Varlamov E. B., Panova P. Yu. Khimich-eskiy i mineralogicheskiy sostav fraktsiy granulo-
metricheskikh elementov chernozema tipichnogo Kur-skoy oblasti [Chemical and mineralogical composition of different particle size fractions of typical chernozems in Kursk Region], Izvestiya TSKHA [Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy]. 2018. Iss. 6. Pp. 5-14. (In Russ.)
11. Demakov Yu. P., Isaev A.V. Izmeneniye valovogo soderzhaniya khimicheskikh elementov v khode evolyutsii pochv lesnykh biogeotsenozov Sred-nego Povolzh'ya [The change of total content of chemical elements in the evolution of soils of forest biogeocenoses (Midle Volga Region)]. Vestnik Pov-olzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo uni-versiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovaniye [Vestnik of Volga State University of Technology. Series: Forest. Ecology. Nature Management], 2021. No. 3 (51). Pp. 79-99. (In Russ.).
12. Berezin P. N. Osobennosti raspredeleniya granulometricheskikh elementov pochv i pochvoobrazuyushchikh porod [Features of the distribution of granulometric elements of soils and soil-forming rocks], Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1983. No. 2. Pp. 64-73. (In Russ.).
13. Glazovskaya M. A. Geokhimicheskiye bar'yery v pochvakh ravnin, ikh tipologiya, funktsional'nyye osobennosti i ekologicheskoye znacheniye [Geochemical barriers in plain soils, their typology, functional characteristics and environmental impartancey. Vestnik Moskovskogo Univer-siteta. Seria 5, Geografía [Moscow University Bulletin. Series 5, Geography], 2012. No. 1. Pp. 8-14. (In Russ.)
14. Vasilyeva D. P. Landshaftnaya geografiya Mariyskoy ASSR [Landscape geography of the Mari ASSR]. Yoshkar-Ola: Mariyskoye knizhnoye izd-vo, 1979. 136 p. (In Russ.)
15. Alisov B. P. Klimat SSSR [Climate of the USSR], Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1969. 104 p. (In Russ.).
16. Agroklimaticheskiye resursy Mariyskoy ASSR [Agro-climatic resources of the Mari ASSR], Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1972. 107 p. (In Russ.).
17. Klassifikatsiya i diagnostika pochv SSSR [Classification and diagnostics of soils of the USSR]. Ed.V.V. Egorov, V.M. Friedland, E.N. Ivanova, et al. Moscow: Kolos, 1977. 224 p.(In Russ.).
18. Isaev A. V. Formirovanie pochvennogo i ras-titelnogo pokrova v poymakh rechnykh dolin Mariyskogo Polesya (na primere territorii zapovedni-ka «Bolshaya Kokshaga») [Forming of Soil and Vegetation Cover in the Bottom of River Valleys of Mari Forests (on the Example of «Bolshaya Kokshaga» Reserve): monograph.]. Yoshkar-Ola: MarSTU, 2008. 240 p. (In Russ.)
19. Atamanyuk A. K. K metodike opredeleniya plotnosti pochvy [On the methodology of determining
soil density]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 1970. No. 4. Pp. 120-124. (In Russ.)
20. Vadyunina A. F., Korchagina Z. A. Metody issledovaniya fizicheskikh svoystv pochv [Methods for studying the physical properties of soils], Moscow: Agropromizdat, 1986. 416 p. (In Russ.).
21. Demakov Iu.P., Isaev A.V., Gareev B.I. et al. Ispol'zovanie rentgenofluorescentnogo analiza dlya otsenki soderzhaniya khimicheskikh elementov v pochve lesnykh biogeotsenozov [Use of X-ray fluorescence analysis to calculate the content of chemical elements in the soil of forest biogecoenoses]. Nauch-nye trudy gosu-darstvennogo prirodnogo zapovednika «Bol'shaya Kokshaga» [Scientific Papers of the State Nature Reserve "Bolshaya Kokshaga"]. Iss. 8. Yosh-kar-Ola: PGTU, 2017. Pp. 56-75. (In Russ.).
22. Draper N., Smith H. Prikladnoy regres-sionnyy analiz [Aplied regression analysis], Moscow: Statistika, 1973. 392 p. (In Russ.).
23. Lakin G. F. Biometriya [Biometrics]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1990. 352 p. (In Russ.)
24. Grinin A. S., Orekhov N. A., Novikov V. N. Matematicheskoe modelirovanie v ekologii [Mathematical simulation in ecology]. Moscow: IUNITI-DANA, 2003.269 P. (In Russ.).
25. Isaev A.V., Sharafutdinov R. N., Gareev B. I. Ekologo-geokhimicheskaya kharakteristika allyuvi-al'nykh otlozheniy v sredney chasti reki Bol'shaya Kokshaga i ikh rol' v formirovanii pochvennogo pokrova [Ecological and geochemical characteristics of alluvial deposits in the middle part of the Bolshaya Kokshaga River and their role in the formation of soil cover]. Nauchnyye trudy Gosudarstvennogo prirodnogo zapovednika «Bol'shaya Kokshaga». Vypusk 9 [Scientific works of the State Nature Reserve "Bolshaya Kokshaga".Issue 9]. Yoshkar-Ola: Volga State Technological University. 2020. Pp. 8-29. (In Russ.)
26. Tyulin V. V. Pochvy Kirovskoy oblasti [Soils of the Kirov Region], Kirov: Volgo-Vyatskoye kn. izd-vo, 1976. 288 p. (In Russ.)
27. Kolevatykh E. A. K voprosu o genezise i geokhimii pokrovnykh suglinkov Vyatsko-Kamskogo Predural'ya [On the problem of genesis and geochem-
istry of clay loam mantles in the Vyatka-Kama Cis-Ural Region], Litosfera [Lithosphere]. 2010. № 6. Pp. 55-65. (In Russ.).
28. Makeev A. O. Permskiye paleopochvy v svete obshchey problematiki paleopochvovedeniya [Permian paleosoils in relation to general issues of paleopedology], Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2012. No. 1. Pp. 111-125. (In Russ.)
29. Konishchev V. N. Lessovyye porody: novyye vozmozhnosti izucheniya ikh genezisa [Loess soil: new opportunities of its genesis study]. Inzhenernaya geologiya [Engineering Geology World]. 2015. No. 5. Pp. 22-36. (In Russ.).
30. Berg L. S. Klimat i zhizn [Climate and Life]. Moscow: OGIZ Publishing House, 1947. 356 p. (In Russ.)
31. Polsky B. N. Mekhanicheskiy sostav poy-mennykh pochv v svyazi s istoriyey razvitiya poymy [Mechanical composition of floodplain soils in connection with the history of floodplain development]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 1958. No. 7. Pp. 112-115. (In Russ.)
32. Biogeokhimicheskiye protsessy v stepnykh landshaftakh Yergeninskoy vozvyshennosti v golotsene [Biogeochemical processes in steppe landscapes of the Ergeni upland in the Holocene]. P. I. Kalinin, I. Y. Kudrevatykh, I. M. Vagapov, A.V. Borisov, A. O. Alekseev. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2018. No. 5. Pp. 526-537. DOI: 10.7868/S0032180X18050027. (In Russ.).
33. Mikroagregatnyy, granulometricheskiy i agregatnyy sostav gumusovykh gorizontov zonal'nogo ryada pochv yevropeyskoy Rossii [Particle-size, mi-croaggregate-size, and aggregate-size distributions in humus horizons of the zonal sequence of soils in European Russia] O. I. Filippova, V. A. Kholodov, N. A. Safronova, A.V. Yudina, N. A. Kulikova. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2019. No. 3. Pp. 335-347. DOI: 10.1134/S0032180X19030031. (In Russ.).
34. Kachinsky N. A. Fizika pochv [Soil Physics]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ. Part 1, 1965. 323 p. (In Russ.).
The article was submitted 17.03.2022; approved after reviewing 10.04.2022;
accepted for publication 28.04.2022
For citation: Isaev A. V., Demakov Yu. P., Sharafutdinov R. N. Patterns of Change in the Particle Size Distribution in Alluvial Soils in the Process of River Floodplain Development. Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management. 2022. №2 (54) Pp. 80-93. (In Russ.). https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2022.2.80
Information about the authors
Aleksandr V. Isaev - Candidate of Agricultural Sciences, Deputy Director for Science, the State Nature Reserve "Bolshaya Kokshaga". Research interests -biogeocenology, soil science, ge-oecology. Author of more than 80 scientific publications. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3166-7962
Yuriy P. Demakov - Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher, the State Natural Reserve "Bolshaya Kokshaga", Professor of the Chair of Forest Plantations, Selection and Biotechnology, Volga State University of Technology. Research interests - biogeocenology, soil science, geoecology. Author of more than 360 scientific publications. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2633-0468
RaflkN. Sharafutdinov - Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Chair of Chemistry and Ecology, Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga Region) Federal University. Research interests - forest pedology, soil geography, urban soil science, biogeocenology, nature conservation. Author of over 100 scientific publications. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7974-8825
Contribution of the authors: All authors made an equivalent contribution to the preparation
The authors declare that they have no conflict of interest.
The authors declare that there is no conflict of interest.
All authors have read and approved the final version of the manuscript
