О ГЛЕЕОБРАЗОВАНИИ И РАЦИОНАЛЬНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ИЗБЫТОЧНО-УВЛАЖНЕННЫХ ПОЧВ
Понятие "глей" ввел в почвоведение Г.Н. Высоцкий [1], подразумевая под ним однородно окрашенный в холодный цвет горизонт почвенного профиля. Он первый попытался понять механизм формирования глеевых горизонтов. На ограниченном материале ему удалось установить, что глееобразование всегда сопровождается восстановлением железа в бескислородной среде при участии анаэробной гетеротрофной микрофлоры. Высоцкий показал биохимическую природу глееобразования и назвал необходимые условия для формирования оглеенных почв: переувлажнение, анаэробная гетеротрофная микрофлора и органическое вещество, способное к сбраживанию. Глееобразование - один из наиболее древних и распространенных на Земле почвообразовательных процессов. При возникновении большинства осадочных пород доминировали восстановительные процессы. Понимание сущности глееобразования является ключом к познанию общих закономерностей почвообразования в ландшафтах Севера, где доминирует переувлажнение почв. Оно позволяет не только оценить условия их формирования, но и прогнозировать возможные изменения почв в результате их использования. В последние десятилетия многие видные почвоведы стали придавать глеевому процессу очень широкое и даже решающее значение в формировании таких почв, как подзолистые, утверждая [2, 5, 6], что без оглеения подзолобразование в принципе невозможно. Эти представления были подвергнуты критике [3, 4, 7]. Изучение особенностей процессов показало [7], что глееобразование и подзолообразование в таежных ландшафтах являются самостоятельными и своеобразными почвенными и биохимическими процессами. Их проявление связано как с неодинаковыми условиями среды, так и с неоднозначными по составу, свойствам и масштабу новообразованными продуктами. Вода при оглеении есть фактор гидролиза и формирования коллоидных систем, а при оподзоливании - один из факторов переноса продуктов почвообразования. Эти два процесса в таежной зоне обуславливают широкий спектр взаимосвязанных почвенных мезо- и микропроцессов, диагностика которых затруднена и дискуссионна. Особенно трудно диагностировать оглеенные почвы на обширных территориях северо-востока Русской равнины, где педогенные процессы осложняются еще мерзлотными явлениями. Целью нашей работы было установление связей основных климатических факторов с параметрами оглеения в почвах этой территории, раскрытие основных черт естественного и измененного хозяйственной деятельностью водного, теплового и химического режимов почв. При этом решались частные задачи: · Уточнение влияния элементов микро- и мезорельефа на морфологические, агрофизические, водные и химические параметры подзолистых оглеенных почв. · Изучение воздействия многолетних колебаний климата на гидротермические и химические свойства подзолистых оглеенных почв в лесу и на пашне. · Разработка системы признаков качественной и количественной диагностики оглеения и оподзоливания на покровных суглинках, уточнение соотношения их в подзонах южной и средней тайги. · Характеристика влияния оглеения на агрегатный состав подзолистых почв, выявление ведущих агентов структурообразования в кислых почвах подзон средней и южной тайги, разработка рекомендаций по активизации агрегации почв. · Изучение морфологии ортштейнов, их состава и количества в подзолистых оглеенных почвах; сопоставление ортштейнов естественной и пахотной катен, выявление сходства и различий, обусловленных агрогенезом и оглеением. Наблюдения проводили на стационарах Летский (северная часть подзоны южной тайги) и Дырносский (подзона средней тайги) на катенах почв, сопряженных в геохимическом отношении. Почвы на стационаре Летский от вершины увала к депрессии представлены следующими разновидностями - слабодерново-подзолистой: неоглеенной, слабоглееватой, глееватой и дерново-подзолистой глеевой; в средней подзоне тайги - подзолистой иллювиально-железистой слабоглееватой, подзолистой глееватой, подзолистой торфянисто-глеевой, дерново- подзолистой слабоглееватой (на склоне юго-восточной экспозиции). Почвенный покров Дырносского стационара достаточно разнообразный на плакоре (от подзолистой до подзолистой глеевой) и более однородный в склоновой части (преобладает слабодерново-подзолистая слабоглееватая). Зональные особенности глееобразования и оподзоливания изучались посредством комплекса методов: сравнительно-географического, аналитического и стационарного. Наблюдения проводились на катенах оглеенных почв средней и южной подзон тайги, развитых на однородных покровных почвообразующих породах. На Летском стационаре Прилузского района Республики Коми в течение 1986-1990 гг. определяли сезонную динамику температуры, влажности и содержания кислоторастворимого железа в почвах разной степени оглеения в геохимически сопряженных ландшафтах. Морфогенетические свойства дерново-подзолистых оглеенных почв изучали в траншеях длиной 5-20, глубиной 1.0-1.8 м. Детальные морфолого-генетические профили были использованы для обоснования последующих аналитических и обобщаюших этапов изучения почв. Признаки оглеения в рассматриваемом ряду почв подзоны южной тайги проявляются достаточно слабо в верхней части катены. В плакорных почвах они усиливаются и становятся более разнообразными в местах ветровальных нарушений, а именно под нанобугорками. В почвах на склонах принципиальных изменений в морфологии профиля не происходит, за исключением почти полного исчезновения почв без признаков оглеения, которые распространены на плакоре. Ближе к шлейфу склона появляются сизые кутаны в горизонте ВТ и увеличивается количество сизых пятен около корневых пор. В ложбине оглеение охватывает весь подзолистый горизонт, начинаются процессы торфообразования и заболачивания леса. Статистический анализ мощностей горизонтов (см. таблицу) в почвах лесной катены позволяет сделать важные выводы. Во-первых, наибольшая изменчивость, а следовательно и неустойчивость мощностей генетических горизонтов O, AT, AUg, EL отмечается в почвах, расположенных в крайних позициях мезорельефа - на вершине увала и в ложбине. В последней еще формируется и темногумусовый горизонт, отсутствующий в почвах других местоположений. Во-вторых, элювиальный горизонт дерново-подзолистых почв по окраске становится все более пестрым по мере продвижения вниз по склону. При этом прослеживается тенденция уменьшения мощности подзолистого горизонта и более глубоким его расположением от поверх-ности по мере нарастания гидроморфизма. Среднеарифметическая глубина нижней границы элювиального горизонта составляет на плакоре, в верхней части склона, его шлейфе и в ложбине соответственно 26.6±0.5, 26.6±0.1, 22.7±1.5 и 33.1±1.3 см. В ложбине и шлейфовой части склона увеличивается разнообразие факторов, влияющих на почву. К усложняющим факторам следует отнести увеличение доли вещества, поступающего с латеральным стоком и ветровальных турбаций в ложбине. Увеличение внутрипочвенного бокового стока на склоне способствует уменьшению аккумулятивной составляющей почвы, сокращению органогенных и элювиальных горизонтов, облегчению гранулометрического состава верхних слоев, повышению плотности сложения их, ослаблению иллювиального горизонта. В нижней части склона в составе сочетаний незначительно расширятся ареал поверхностно-глееватых почв. Под влиянием оглеения увеличивается изменчивость физических показателей органогенных горизонтов, частично нейтрализуются отрицательные свойства иллювиальной текстурной толщи, уменьшается плотность сложения, увеличивается порозность, ухудшается агрегатная структура элювиального горизонта и улучшается агрегированность темногумусового горизонта. В глеевых поч-вах формируется темногумусовый оглеенный горизонт, качественно отличающийся от грубогумусового исходных дерново-подзолистых почв. Под влиянием привносимого ила с прилегающих повышений, богатого зольного питания элементами-биофилами, железом, марганцем, алюминием в глеевой почве аккумулируются фосфор, аморфное и силикатное железо, алюминий, возрастают обменная и гидролитическая кислотности и емкость поглощения, выравнивается профиль почвы по химическому составу, меняется состав поглощенных оснований и фракционно-групповой состав гумуса. Фракция 2, связанная с кальцием, составляет в темногумусовом горизонте глеевой почвы 43 % от суммы углерода гуминовых кислот, тогда как в горизонте АT неоглеенной почвы - около 6.5 %. Заметную роль в составе гумуса глеевой почвы играют гуминовые кислоты: отношение Cгк/Cфк составляет 0.84. В составе гумуса преобладают бурые гуминовые кислоты, связанные с подвижными полуторными оксидами. Пик фракции 1а ФК, наиболее агрессивной, в глеевой почве спускается в среднюю часть элювиально-глеевого горизонта. На плакорах подзоны средней тайги увеличивается роль микрорельефа как ретранслятора и регулятора направления движения воды и растворимых веществ в профиле почвы. Микрорельеф усиливает контрастность почв по морфологическим признакам, по степени оглеения, проявлениям криогенеза, влияет на процессы элювиирования, характер растительности, а следовательно, и на интенсивность биохимических процессов в почве. На наиболее возвышенных участках плакора слабые признаки оглеения формируются на фоне усиления оподзоливания в пределах облегченного, супесчаного элювиального горизонта. В горизонте EL формируется карликовый вложенный субпрофиль, где наблюдается активный нисходящий ток воды, органических кислот и их производных. Вынос ила из элювиального горизонта достигает 82 %, ЕАК оксидов магния, железа, марганца, фосфора, кальция, алюминия, калия и натрия составляет соответственно -0.84, -0.79, -0.78, -0.49, -0.47, -0.37, -0.23 и -0.09, что значительно превышает аналогичные показатели в почвах плакоров южной тайги. В микропонижениях и в широких деперессиях плакора оподзоливание сочетается с оглеением почв, связанным со слабо застойным водным режимом, в результате интенсивность разрушения минералов возрастает. Ввиду застойности водного режима перераспределение мелкозема за-труднено, что отражается на выносе ила из верхних горизонтов оглеенных почв и колебаниях глубин максимального элювиирования (от 16-27 до 42 см в глееватых почвах и до 30- 38 см в глеевых). В условиях крайней застойности водного режима (глеевые почвы) резко увеличиваются все виды кислотности почв, особенно в верхних органогенных горизонтах; наблюдается выход железа, фосфора и других оксидов из геохимического круговорота за счет выпадения в виде вивианита и сульфитов железа, титана и других оксидов. На склоне, где активизируется внутрипочвенный боковой сток, вынос ила в горизонте EL достигает 79 %, иллювиальные горизонты приобретают фрагментарный характер. В почвах склона вынос оксидов из слоя 4-47 см не сопровождается его аккумуляцией в нижних горизонтах. Интенсивность бокового внутрипочвенного стока в этом слое определяется крутизной склона, водно-фильтрационными свойствами элювиальных горизонтов. Слабоглееватые поч-вы на склоне сходны с почвами склонов южной тайги. Эволюция почв и почвенного покрова на склонах обоих подзон тайги будет похожей, только в средней подзоне тайги будет быстрее увеличиваться процентное содержание глееватых почв в составе ПП: в настоящее время их почти в 4 раза больше на Дырносском, чем на Летском стационарах. Для сравнительной экологической оценки почв по оглеению мы использовали показатели устойчивости теплообеспеченности (ПТ) и увлажнения (ПУ), которые определяли по формуле ПУ (ПТ) = 1 - V, где V - коэффициент вариации температур или влагозапасов на характеризуемых глубинах. Все эти показатели в перспективе, в условиях продолжающегося потепления, будут действенными и в условиях средней тайги. Характеристики теплообеспеченности почв на глубине 20 см сильно варьируют по месяцам лета. Неустойчивая теплообеспеченность в южной подзоне тайги наблюдаются в мае (ПТ = 0.32-0.48), в меньшей степени - в сентябре. Наиболее устойчиво обеспечены теплом почвы в июле (ПТ = 0.78-0.89) и августе (ПТ = 0.83-0.88), немного хуже - в июне (ПТ = 0.71-0.78). ПТ, определенный отдельно по годам за период май-сентябрь, выше в теплые годы. Устойчивость ПТ минимальна в глеевых поч-вах (0.19-0.27). Температурный режим слабодерново-подзолистых почв ухудшается под влиянием переувлажнения: возрастает пространственная и временная неустойчивость теплообеспеченности верхних горизонтов, особенно в прохладные влажные годы. В теплые годы отрицательные последствия переувлажнения почв нейтрализуются. В южной подзоне тайги получены следующие результаты по динамике ПУ влагозапасов в слое 0-20 см в неоглеенных, слабоглееватых, глееватых и глеевых почвах соответственно: в мае 0.78, 0.76, 0.77 и 0.37, в июне 0.63, 0.64, 0.27 и 0.22, в июле 0.63, 0.57, 0.59 и 0.48, в августе 0.66, 0.78, 0.82 и 0.59 и в сентябре 0.66, 0.68, 0.54 и 0.24. Наиболее изменчив водный режим глеевых почв в лесу во все месяцы, хотя среднемесячные влагозапасы и превышали ППВ. Максимальная неустойчивость увлажнения в этом слое наблюдается в засушливые годы и тоже в глеевых почвах. На втором месте по экологической нестабильности увлажнения находятся глееватые поч-вы шлейфов, значительные колебания влажности обнаруживаются в июне, июле и сентябре. Близкой и повышенной по сравнению с глееватыми и глеевыми почвами стабильностью увлажнения характеризуются неоглеенные и слабоглееватые поч-вы водораздела и верхних частей склона. Почвы разной степени оглеения достаточно четко различаются по запасам влаги в слое 0-20 см и по УП в средние по увлажнению годы. Сближение запасов влаги в почвах происходит в позднелетний период засушливых лет. Сезонные колебания содержания подвижного железа зависят от степени оглеения почв, температурных и гидрологических условий года. Изменчивость подвижности железа выше во влажные годы и они максимальны в элювиальных горизонтах. В засушливые годы снижается содержание кислоторастворимого железа в глеевых почвах. Динамика подвижных форм железа в слабоглееватых почвах коррелирует с изменением температуры почвы: корреляция положительная в неоглеенных и слабоглееватых почвах плакора и склона, но отрицательная в глеевых почвах ложбины: 11-го мая r = -0.51, 17 августа r = -0.79±0.37, 25-го сентября r = -0.52±0.45. В том же 1987 г. установлена положительная корреляция в подзолистом горизонте слабоглееватых и глееватых почв между ними (r = 0.69±0.38). Она ослабевает в 1988 г. (r = 0.54±0.46) и совсем отсутствует в 1989 г. Содержание подвижного железа в почвах слабо зависит от температурных условий в поч-ве. Максимальные параметры ее в глеевой почве наблюдаются при низких температурах и связаны с активными восстановительными процессами. Содержание подвижного железа коррелирует по отдельным срокам с влажностью. Положительная корреляция между ними обнаружена в апреле (r = 0.99±0.04), первой дека- де мая (r = 0.49±0.33), августе (r = 0.55±0.50), конце сентября (r = 0.57±0.52) и конце октября (r = 0.48±0.52). Отрицательная корреляция наблюдается в конце мая (r = -0.60±0.50) и июне (r = -0.44±0.44). В июле 1987 г. корреляция между ними не установлена. Параметры колебаний содержания кислоторастворимого железа в глеевых почвах почти в два раза превышают таковые в слабоглееватых почвах. Изменчивость подвижности железа в дерново-подзолистых поч-вах выше во влажные годы, причем максимальные коэффициенты вариации наблюдают в элювиальных горизонтах слабоглееватых почв верхней части склона. Глееобразование является очаговым процессом, на начальных стадиях развивающимся на поверхности криогенных трещин и агрегатов. Оно активно при низких температурах и доминирует на влажных сезонно-мерзлотных суглинистых породах тайги. Криогенез в переувлажненных почвах активизирует оглеение, что мы и наблюдаем в средней подзоне тайги. Для рационализации использования оглеенных почв мы провели эколого-мелиоративную группировку почв подзоны южной тайги. В подгруппу 1.1 включены целинные почвы плакоров со слабыми признаками оглеения. Прежде всего, они выделяются резкой дифференциацией профиля по основным физическим свойствам. Самый верхний слой мощностью 20 см включает органогенные и элювиальный горизонты. Он характеризуется значительной порозностью, способствующей как образованию внутрипочвенного стока, так и его аэрации. Слой активного влагообмена не превышает 30 см. В нижележащих горизонтах наблюдаются монотонные сезонные колебания влагозапасов, возрастающие в засушливые годы. Индекс увлажненности почв (УП), отражающий количество избыточно увлажненных дней в почве в слое 0-20 см, составляет 31 день с колебаниями по годам от 13 до 58 дней. Как и в западносибирских дерново-подзолистых почвах [6, 7], резко ухудшаются все параметры в последующих, лежащих ниже слоях. В погруппу 1.2 включены почвы освоенных плакоров. Профиль верхней части почвы становится сглаженным по многим показателям: плотность сложения, плотность твердой фазы, порозность и т.п., но при этом ухудшаются почти все водно-физические параметры 20-сантиметрового слоя по сравнению с целинными почвами. Освоение дерново-подзолистых почв из-под леса расшатывает стабильность водного, физического и химического режимов их, приводит к появлению поверхностного стока, уменьшению суммарного испарения и к значительному повышению увлажненности в иллювиальной части профиля, возрастанию контрастности почвенного покрова по влажности, физическим и химическим свойствам. Продолжительность переувлажнения 20-сантиметрового пахотного слоя почв данной подгруппы достигает 47 дней с колебаниями по годам от 4 до 110 дней, в среднем на 16 дней больше, чем в почвах под лесами. Особенно резко, почти в два раза, увеличивается УП во влажные годы как в осваиваемых, так и старопахотных почвах. Кроме того, как показали наблюдения на Летском, Чухломском и Дырносском стационарах среди старопахотных почв данной подгруппы довольно широкое распространение получают профильно-оглеенные почвы западин, ухудшающие эколого-гидрологические условия почв всего освоенного плакора. Почвы западин, несмотря на их ограниченные площади, мы отнесли к отдельной подгруппе 1.3, поскольку они не только выделяются своей специфичностью среди подзолистых почв (элювиально-иллювиальный профиль по илу, типоморфным элементам, отсутствие латерального стока, оглеение всего профиля, контрастность водного режима), но и нуждаются в определенных мелиоративных мероприятиях (спуск талой воды, иногда засыпка или специальные севообороты). Почвы склонов под лесами отнесены к подгруппе 2.1. Они характеризуются более сглаженной дифференциацией профиля по физическим свойствам, чем в почвах плакоров. Продолжительность их переувлажнения возрастает до 62 дней с колебаниями по годам от 23 до 121 дня. Сходные с ними почвы освоенных склонов протяженностью до 200-300 м (подгруппа 2.2) не претерпевают значительных изменений гидрологического режима по сравнению с почвами склонов под лесом, отличаются сокращением УП до 43 дней с колебаниями от 16 до 95 дней. Почвы этой подгруппы довольно благоприятны по температурным и гидрологическим условиям и не нуждаются в осушительных мелиорациях, за исключением шлейфовой части склона. На освоенных склонах возможна активизация поверхностного стока. Почвы ложбин отнесены к подгруппе 3.1. У них отмечается уменьшение плотности сложения в иллювиальной части профиля и увеличение продолжительности переувлажнения до 86 дней в среднем. Осушенные почвы ложбин выделены в подгруппу 3.2. Осушительные системы не обеспечили полный отвод избыточных вод: показатель УП даже возрос по сравнению с глеевыми почвами ложбин и составил 120 дней с колебаниями по годам от 91 до 137 дней. В отдельную группу 4 включены гумусово-глеевые почвы грунтового увлажнения. Они занимают незначительные площади на склонах южной тайги, в местах выклинивания жестких грунтовых вод. Эти почвы обладают высоким потенциальным плодородием, содержат много гумуса, обладают довольно мощным гумусовым горизонтом, близкой к нейтральной актуальной кислотностью, высокой емкостью поглощения. Нуждаются в систематическом дренаже. ЛИТЕРАТУРА 1. Высоцкий Г.Н. Глей // Почвоведение, 1905. № 4. С. 291-327. 2. Зайдельман Ф.Р. Подзоло- и глееобразование. М.: Наука, 1974. 208 с. 3. Зонн С.В. О современных концепциях подзолообразования и псевдоподзолообразования // О почвах Сибири (к ХI международному конгрессу почвоведов). Новосибирск, 1978. С. 14-35. 4. Пономарева В.В. Теория подзолообразовательного процесса (био-хи-ми-ческие аспекты). М.-Л.: Наука, 1964. С. 47-151. 5. Ярков С.П. Сезонная динамика некоторых процессов почвообразования // Почвоведение, 1956. № 6. С. 30-44. 6. Ярков С.П. Почвы лесо-луговой зоны. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 318 с. 7. Яшин И.М., Кауричев И.С. Особенности процессов глее- и подзолообразования в почвах таежных экосистем // Известия ТСХА, 1996. Вып. 1. С. 79-98.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3196 посещений с 30.12.2001 |