АГРОХИМИЯ, 2015, № 9, с. 14-19
УДК 631.41 7:631.445.1(571.54)
УГЛЕРОД ГУМУСНЕСУЩИХ КРИОГЕННЫХ "МОРФОНОВ" ГИДРОМЕТАМОРФИЗОВАННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ*
© 2015 г. Э.О. Чимитдоржиева, Ю.Б. Цыбенов, Г.Д. Чимитдоржиева
Институт общей и экспериментальной биологии Бурятского научного центра 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия E-mail: erzhena_ch@mail.ru
Поступила в редакцию 18.02.2015 г.
Проведен сравнительный анализ состава гумуса из почвенной массы гумусовых "карманов" (криогенных "морфонов") и гумусово-аккумулятивного горизонта гидрометаморфизованных черноземов Забайкалья. Состав гумуса "карманов" сохранял основные черты гумусового горизонта по распределению углерода по фракциям гумусовых кислот (ГК и ФК), показывая единое происхождение. Степень гумификации органического вещества гумусовых "карманов" и собственно гумусового горизонта высокая, тогда как во вмещающем минеральном горизонте - слабая.
Ключевые слова: органический углерод, гумуснесущие криогенные "морфоны", гидрометаморфи-зованные черноземы, Забайкалье.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях криолитозоны закономерности гу-мусообразования в большей мере определяются особенностями криогенного влаго- и массообме-на, ограничивающими профильную дифференциацию, определяющими застойный водный режим в узкозамкнутой системе (вследствие низкой водопроницаемости, близкого залегания льдистой мерзлоты). Накопление органического углерода (Сорг) в профиле гидрометаморфизованных черноземов обусловлено процессами мерзлотной ре-тинизации, криогенного массобмена; разложение корневого опада in situ, криогенной денатурацией и коагуляцией гумусовых веществ [1-6].
Наиболее ярким следствием криогенных процессов является морозобойное растрескивание почв, что в первую очередь влияет на их плодородие. Морозобойные трещины нарушают сплошность генетических горизонтов в результате смятий, разрывов горизонтов и формирования гумусовых "карманов". Многолетняя мерзлота и низкие температуры почвенного профиля в вегетационный период задерживают рост и развитие растений, затрудняют потребление ими элементов питания, тормозят микробиологическую активность. В результате криогенной иммобилизации [7] происходит изъятие (потеря) углерода
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 10-04-01368а).
из верхнего гумусового горизонта, достигающее 5.8 кг/м2 в слое почвы 0-50 см.
Гумусовые "карманы", заполненные гумусиро-ванным материалом верхних горизонтов почвы, авторы называют термином криогенные "морфоны" (гумусовые "карманы" - морфологические почвенные образования в результате действия низких температур [8]). Размеры полигональной решетки системы трещин, ширина и глубина трещин зависят от градиента температуры, влажности и механических свойств почвогрунта [9]. "Карманы" представляют собой широкие (до 50 см) затеки прямоугольной формы с тупым нижним концом. "Языки" имеют форму узких вертикальных полос шириной от 2-3 до 10-15 см, прямых по всей длине или сужающихся книзу, иногда расходящихся веером [10]. В горизонтальной плоскости "языки" и "карманы" имеют вид замкнутых колец различной толщины и диаметра [7]. В работе [11] связывали образование "карманов" и "языков" гумуса с наличием горизонтального термоградиента между блоком полигона и трещиной, под действием которого гумусовые вещества мигрируют из блока к холодному фронту трещины. В работе [10] главной причиной образования "карманов" и "языков" считали криогенную трещиноватость. По мнению [10], генетического различия между гумусовыми "карманами" и "языками" не существует, поскольку если стенка разреза пересекает трещину поперек, то в профиле виден "язык", если вдоль - "карман".
Несмотря на ранние исследования органического вещества мерзлотных почв Забайкалья [12, 13], состав гумуса, законсервированного в криогенных "морфонах" гидрометаморфизован-ных черноземов, остается недостаточно изученным.
Цель работы - исследование фракционного состава углерода гумуса почвенной массы из криогенных "морфонов" в сравнении с таковыми из гумусово-аккумулятивных горизонтов гид-рометаморфизованных черноземов Забайкалья. Результаты работы позволят расширить данные о гумусе мерзлотных почв и оценить уровень его плодородия.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Природно-климатические условия Забайкалья, и в частности Еравнинской котловины, по сравнению с одноширотными провинциями европейской территории России и даже Сибири очень своеобразны. Экстраконтинентальность климата характеризуется отрицательными среднегодовыми температурами, сильно сокращенным теплым периодом, малоснежьем и глубоким промерзанием почв, большими амплитудами температур в годичном, сезонном и суточном циклах, обилием солнечного света и переменным водным режимом. Дополнительным фактором, влияющим на температурный и водный режимы почв, служит многолетняя мерзлота. В совокупности климатические особенности создают жесткие гидротермические условия для вегетации растений, обусловливают специфику почвенных процессов и способствуют формированию генетически самобытных почв.
В Забайкалье многолетнемерзлые породы распространены и островными, и сплошными массивами, они имеют различную мощность (до 300 м) и залегают на разной глубине от дневной поверхности (от 1 м и более) [3, 14-16].
Объектами исследования послужили гидроме-таморфизованные черноземы (по классификации 2004 г., а по классификации 1977 г. - лугово-черноземные мерзлотные почвы) Еравнинской котловины юга Витимского плоскогорья Забайкалья (52°30,894' с.ш., 111°32,738' в.д., 962.7 м над уровнем моря), формирующиеся в южной части распространения многолетней мерзлоты. По результатам бурения на территории Еравнинского стационара ИОЭБ СО РАН верхняя граница мерзлоты в сентябре 2011 г. обнаружена на глубине 2.5-2.6 м.
На территории Еравнинского стационара ИОЭБ СО РАН были заложены 2 разрез-траншеи длиной 9 и 11 м, глубиной 140 см, в которых фиксировали обособившиеся "морфоны" и отбирали образцы вниз по профилю через каждые 10 см. Данные для "карманов" ограничены глубиной 50 см, ниже гумусовые "карманы" представляют собой тонкие прожилки черного цвета, плотные, заполненные мелкой галькой. Измеряли мощности горизонтов, просчитывали средние и максимальные глубины "карманов".
Основные физико-химические свойства почв определены общепринятыми в почвоведении методами [17, 18]. Фракционный состав гумуса определяли методом Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой [19] в трехкратной аналитической повторности. Для оценки гумусного со стояния почв использовали систему показателей, предложенную в работе [20].
Статистическая обработка экспериментальных данных выполнена в Microsoft Excel 2003.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для исследованных гидрометаморфизованных черноземов свойственна укороченность гумусового профиля, мощность которого в среднем равна 23.5 см при коэффициенте вариации 18% (n = 98), "карманы" фиксировали уже с глубины 12-16 см, по гранулометрическому составу почвы - средне- и тяжело суглинистые, сумма поглощенных оснований достигала 32.0 мг-экв/100 г почвы, среди последних основная роль принадлежала кальцию. Для верхних горизонтов характерна реакция среды, близкая к нейтральной, в средней и нижней частях профиля наличие карбонатов обусловливало слабощелочную/щелочную реакцию почвенного раствора.
Содержание органического углерода (Сорг) в верхних горизонтах гидрометаморфизованных черноземов было высоким - 6.8-8.7% (n = 9). Резко оно уменьшалось вниз по профилю при переходе от гумусово-аккумулятивного к нижележащим минеральным горизонтам, тогда как по трещинам снижение происходило значительно более плавно. В гумусовых "карманах", развивающихся по многочисленным морозобойным трещинам (глубина <20 см), содержание углерода было незначительно меньше, чем в гумусово-аккумулятив-ном горизонте, но больше, чем в окружающей его минеральной почвенной толще (табл. 1).
Запасы углерода в слое 0-70 см без учета криогенных "морфонов" составляли >15 кг/м2,
16 ЧИМИТДОРЖИЕВА и др.
Таблица 1. Физико-химические показатели гидрометаморфизованных черноземов Забайкалья
Глубина, см РНн2о Гумус, % Са2+ Mg2+ Частицы размером <0.01 мм, %
мг-экв/100 г почвы
1 2 1 2 1 2 1 2
3-10 6.52 ± 0.25 - 13.6 ± 0.37 - 32.0 ± 5.7 - 11.5 ± 1.0 - 50.5 ± 0.3
10-20 7.15 ± 0.24 - 12.3 ± 1.9 - 28.9 ± 2.9 - 10.6 ± 2.4 - 48.3 ± 5.0
20-30 7.81 ± 0.22 7.84 ± 0.08 1.70 ± 0.44 10.4 ± 1.6 11.6 ± 3.4 19.5 ± 1.3 10.5 ± 1.6 9.5 ± 0.7 47.8 ± 6.3
30-40 Не опреде- 8.01 ± 0.09 Не опреде- 9.3 ± 0.8 13.3 ± 2.5 19.4 ± 3.9 13.3 ± 2.1 10.4 ± 1.7 45.8 ± 5.1
40-50 ляли 8.07 ± 0.1 ляли 9.2 ± 1.7 14 ± 2.8 20.2 ± 3.6 14.0 ± 1.3 10.2 ± 1.4 50.3 ± 6.4
8.36 ± 0.31 0.84 ± 0.34
Примечание. В графе 1 - почвенная толща, 2 - криогенные "морфоны".
из них основная часть (12.7 кг/м2) сосредоточена в гумусово-аккумулятивном горизонте (0-20 см) (рисунок). Запасы углерода в криогенных "мор-фонах" в слое 20-70 см достигали значительной величины - 5.1 кг/м2.
Мерзлотно-климатические условия создают своеобразие состава гумуса почв. Тип гумуса в пределах гумусового профиля и криогенных гумусовых "карманов" гидрометаморфизованных черноземов изменялся от фульватно-гуматного до гуматного. Гумус большей частью накапливался в инертной форме, значительным было содержание гумина в системе гуминовых веществ (ГВ). В гумусово-аккумулятивном горизонте и гумусовых "карманах" гумус был фульватно-гуматного/ /гуматного типа (СГК : СФК = 1.4-1.7), тогда как во вмещающей толще вниз по профилю возрастало
количество углерода фульвокислот, в результате чего гумус приобретал гуматно-фульватный характер (СГК : СФК = 0.7-0.8).
Почвы характеризовались в верхних горизонтах и в гумусовых "карманах" высокой (36 ± 4) и средней (26 ± 2) степенью гумификации. Содержание углерода во фракциях гумуса коррелировало с содержанием илистой фракции (г = 0.440.97).
Высокие величины коэффициента вариации обусловлены криогенными процессами, происходящими в мерзлотных почвах, поскольку фракционный состав гумуса является функцией местных условий, а криотурбации приводят к их большой неоднородности. Данные статистической обработки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.