ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 3, с. 288-295
= ХИМИЯ ПОЧВ =
УДК 631.445.11:631.417(1-924.81)
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ ТОРФЯНЫХ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ ЮГО-ВОСТОКА БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКОЙ ТУНДРЫ*
© 2015 г. Е. В. Шамрикова, Д. А. Каверин, А. В. Пастухов, Е. М. Лаптева,
О. С. Кубик, В. В. Пунегов
Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, 167982, Сыктывкар, Коммунистическая, 28
e-mail: shamrik@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 16.06.2014 г.
В сезонноталых и многолетнемерзлых горизонтах торфяных мерзлотных почв юго-востока Больше-земельской тундры охарактеризованы состав водных вытяжек, рН, массовые концентрации общего углерода органических соединений и низкомолекулярных органических кислот. Количественный анализ кислот, переведенных в триметилсилированные производные, выполнен методом газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. В составе кислот доминируют молочная, пропионовая и гликолевая кислоты (30—50, 10—20 и 10% от общего содержания кислот соответственно). Детектированы также яблочная, глицириновая, сорбиновая, триоксимасляная, рибоно-вая и другие кислоты. Показано, что различия в генезисе торфяных отложений оказывают существенное влияние на состав и содержание водорастворимых органических соединений почв на уровне как почвенного профиля, так и ландшафта.
Ключевые слова: низкомолекулярные органические кислоты почв, торфяные мерзлотные почвы, газовая хроматография, Cryic Histosols.
DOI: 10.7868/S0032180X15030107
ВВЕДЕНИЕ
Торфяные, в том числе мерзлотные, почвы занимают значительные площади (около 10%) сла-бодренированных водораздельных террас и озер-но-аллювиальных равнин юга Большеземельской тундры. Условия почвообразования определяют комплексность почвенного покрова бугристых торфяников, в контурах которых распространены торфяные почвы бугров и мочажин. На вершинах бугров лишайниковый покров часто нарушен, в связи с чем на поверхности появляются лишенные растительности голые пятна торфа [2, 12].
Формирование торфяных бугров в бугристо-мочажинных комплексах Большеземельской тундры отражает сложную историю процессов торфообразования и торфонакопления в болотных экосистемах тундры и лесотундры, происходящих на фоне периодических климатических изменений голоцена. Считается, что образование торфяных бугров (бугров пучения) началось в ос-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проекты № 14-05-31111мол_а "Многолетнемерзлые торфяники Большеземельской тундры: экологическое состояние почвенно-мерзлотного комплекса при климатическом потеплении в XXI веке" и № 13-04-01693 "Процессы гумификации при первичном почвообразовании в холодном гумидном климате".
новные экстремумы похолодания, то есть 6.4— 7.3 тыс. лет назад, а современный облик мерзлых торфяников сложился в прошедшее тысячелетие — в период так называемой Малой ледниковой эпохи [8]. Особенности сукцессионной смены растительности в течение голоцена обусловили неоднородность торфяной толщи бугров, как по возрасту, так и по ботаническому составу. Влияние мерзлоты сказывается на процессах трансформации органического материала и миграции химических соединений в ландшафтах, в первую очередь наиболее подвижных, легко растворимых в воде. Сведения о составе водорастворимых органических соединений, в том числе низкомолекулярных органических кислот (НМОК), в мерзлотных торфяных почвах и особенностях их профильного распределения отсутствуют.
Почвы Большеземельской тундры, включая торфяные, в настоящее время испытывают все возрастающие нагрузки, обусловленные как антропогенными (разведка и добыча углеводородного сырья), так и природными (возможные глобальные климатические изменения) факторами. Вышесказанное определяет необходимость последовательного и детального изучения состояния торфяных мерзлотных почв, включая компоненты почвенного органического вещества.
Цель данной работы — выявление закономерностей распределения общего содержания и состава водорастворимых органических кислот в комплексе торфяных мерзлотных почв южной тундры европейского северо-востока.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования торфяных мерзлотных почв проведены в пределах бугристо-мочажинного комплекса (67°03' с.ш.; 62°55' в.д., 100 м над ур. м.) площадью 0.6 км2, приуроченного к древней озерной котловине, расположенной на юго-востоке Большеземельской тундры в бассейне р. Сейда, правого притока р. Уса (Воркутинский р-н, Республика Коми). Подробная характеристика района исследований и почв рассматриваемого бугристого торфяника представлена ранее [5]. Здесь отметим следующее. Для изучения торфяных мерзлотных почв закладывали траншею общей протяженностью около 10 м. Траншея начинается от центра торфяного бугра и последовательно пересекает оголенное торфяное пятно, лишенное растительности, его краевую зону с мохо-во-лишайниковым покровом и периферическую часть бугра с типичным для бугристых торфяников кустарниковым мохово-лишайниковым растительным сообществом (рис. 1). Для выявления закономерностей распределения содержания и состава водорастворимых органических соединений в торфяных почвах образцы почв отбирали в трех основных зонах траншеи, соответствующих торфяным олиготрофным деструктивным (I — оголенное пятно) и торфяным олиготроф-ным типичным почвам (II — краевая зона пятна и III — периферическая часть торфяного бугра). Названия почв даны в соответствии с классификацией и диагностикой почв России [7]. В соответствии с Международной Реферативной базой почвенных ресурсов WRB [25] все почвы диагностированы как Сгук Н181о8ок. Глубина залегания мерзлоты на конец августа 2013 г. составляла 54, 50 и 35 см от центра пятна к склону.
Образцы почв отбирали на разных глубинах се-зонно-талого слоя (СТС) и горизонтов многолет-немерзлых пород (ММП): 0-10 (СТС-1), 10-30 (СТС-2), 105-130 (ММП-1), 200-240 (ММП-2) см. Химический анализ объектов выполняли в лаборатории "Экоаналит", аккредитованной в Системе аналитических лабораторий Росстандарта России (аттестат РОСС RU.0001.511257 от 16.04.09), отделах "Почвоведение" и "Ботанический сад" Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Водные вытяжки готовили при соотношение почва : вода, равном 1 : 25. Общее содержание углерода органических соединений водных вытяжек из почв (р(СВОС)) определяли методом высокотемпературного каталитического окисления с бездисперсионной ИК-регистрацией на анализа-
см
100 200 300 400 500 600 700 800 9001000
см
Рис. 1. Морфологическое строение почвенно-гео-криологического комплекса: I — почва торфяного пятна, II — почва краевой зоны пятна, III — почва на периферии торфяного бугра.
торе общего углерода ТОС VCPH [4] по методике измерений М-02-2405-09. Методика распространяется на питьевую, природную (поверхностная, подземная) и сточную воды. Погрешность измерения общего содержания углерода органических соединений составляет 12%. Ранее была показана возможность использования данной методики при анализе водных вытяжек из почв [14]. Массовую концентрацию низкомолекулярных органических кислот (рНМок) оценивали методом газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС) [15—19]. Относительная погрешность измерения составляет +S < 3%. В статье приведены тривиальные названия кислот. Зная рНМОК, рассчитывали массовую концентрацию углерода идентифицированных низкомолекулярных органических кислот р(СНМОК). Значения рН водной вытяжки измеряли потенциометрически [3], погрешность методики 0.1 ед. рН. Обработку аналитических данных проводили с использованием пакета программы EXCEL 5.0 и STATISTICA 6.0. Дендрограммы сходства горизонтов и разрезов почв строили методом взвешенного среднего. В качестве меры различия применяли евклидово расстояние; рассматриваемые признаки — рН водной вытяжки, общее содержание водорастворимых органических соединений и содержание низкомолекулярных кислот [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Формирование специфического микрорельефа торфяных бугров - появление оголенных, лишенных растительности поверхностей торфа -неразрывно связано с криогенными процессами, определяющими либо современные процессы пучения [11], либо развитие эрозионных процессов [8]. Отсутствие растительности на микроповышениях в центральной части торфяного бугра (I - почва оголенного торфяного пятна)
способствует ветровому переносу снега в зимний период, его переотложению и накоплению в периферической части бугра. Этот факт определяет заметную дифференциацию среднегодовых и минимальных температур по элементам микрорельефа изучаемого участка [9]. Минимальные температуры на поверхности понижений могут быть на десятки градусов выше по сравнению с вершинами бугров. Максимальный размах температурных колебаний в органопрофиле разных типов тундровых почв характерен для горизонтов, где идут современные процессы почвообразования — горизонтов сезонно-талого слоя до глубины 20— 30 см [6]. Отсутствие растительности, более низкие температуры почв, приуроченных к микроповышениям, способствуют разрушению (растрескиванию) органогенного субстрата, его перемещению под действием сильного ветра (абразии) [24] и "выходу" на поверхность нижележащих торфяных слоев. Таким образом, хорошо разложенные поверхностные слои почвы первого участка траншеи (I), характеризующиеся темно-коричневым, близким к черному, цветом торфа, несколько отличаются от аналогичных горизонтов двух других почв.
В зарастающей части краевой зоны оголенного пятна (II) растительность представлена морошкой, лишайниками и политриховыми мхами при незначительном участии карликовой березки высотой до 20—30 см. Поверхностные горизонты почвы на данном участке сложены среднеразло-женным торфом светло-коричневого или бурого цвета. В периферической части бугра (III), образующей пологий склон к мочажине, кустарниковый ярус растительного сообщества более высокий — до 70 см. В мохово-лишайниковом ярусе наряду с присутствием политриховых мхов возрастает роль сфагновых мхов. Соответствующая этому участку торфяная олиготрофная почва лучше других защищена от ветра, более увлажнена, в меньшей степени подвергается сезонным криогенным процессам. Ее поверхностные горизонты представляют собой слаборазлож
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.