УДК 631.411.4
ХИМИЯ ПОЧВ
ГУМУС В КРИОГЕННЫХ ТРЕЩИНАХ МЕРЗЛОТНЫХ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ*
© 2014 г. Г. Д. Чимитдоржиева, Ю. Б. Цыбенов
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6
e-mail: galdorj@gmail.com Поступила в редакцию 09.06.2012 г.
Проведен сравнительный анализ состава гумуса из почвенной массы криогенных трещин (карманов) и гумусово-аккумулятивного горизонта мерзлотных лугово-черноземных почв Забайкалья. Гумус из почвенного материала карманов сохраняет основные черты собственно гумусового горизонта по характеру и распределению углерода по фракциям гумусовых кислот (ГК и ФК), показывая единое происхождение. Однако на молекулярном уровне гуминовых кислот наблюдаются черты изменения гумуса в карманах: увеличение степени ароматичности, бензоидности, окисленности. Это свидетельствует о пребывании гумуса в иных условиях в связи с тем, что он был механически перенесен в нижние срединные горизонты.
Ключевые слова: почвенный материал, морозобойные трещины, характер гумуса, преобразован-ность макромолекул ГК.
DOI: 10.7868/S0032180X1402004X
ВВЕДЕНИЕ
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) [12—14, 17]. Криогенные процессы оказывают не только существенное воздействие на режимные явления, но и способствуют мерзлотному растрескиванию поверхности почв, приводя к формированию криогенных структур. Под последними подразумеваются сложноорга-низованные комплексы, состоящие из эволюционных единых образований: блоков естественной природной почвенной толщи и межполигональных трещин. На дневной поверхности лугово-черноземных мерзлотных почв повсеместно наблюдается полигональный западинный рельеф, формирующийся при растрескивании почв. Мо-розобойные трещины заполняются почвенным материалом из верхнего гумусового слоя [6, 8, 12, 26], и вынесенный гумус распределяется по профилю в виде разных морфогенетических образований: затеков, карманов, языков. Известно, что когда стенка разреза пересекает трещину поперек, то в профиле виден язык, если вдоль — то карман, отсюда, не существует генетического различия между гумусовыми языками и карманами
* Работа выполнена при поддержке РФФИ проект № 10-04-01368-а.
[3] (в статье они будут употребляться под общим термином карманы). Их площадь на стенке разреза достигала 30—50% [6].
В результате криогенной иммобилизации [11] происходит изъятие гумуса из верхнего гумусового горизонта, достигающее 10 кг/м2 в слое почвы 0—50 см. По нашим данным, в почвах карманов на глубине 20—30 см запасы гумуса составляют 2.6 кг/м2, тогда как в почвенной толще на этой же глубине всего 0.9 кг/м2 [24].
В изученных почвах преобладает сток углекислоты со значительным депонированием углерода в почвах [23]. Выявление масштаба консервации углерода, а также установление форм связи его в резервуарах морозобойных трещин считаем актуальным. В литературе много работ, посвященных изучению влияния криогенеза на водно-физические свойства почв [3, 6, 8, 13, 26], однако исследований состава гумуса из почв морозобойных трещин не имеется.
Морозобойные трещины имеют различный возраст: как далекого прошлого [6, 10], так и современные [8], которые возникают в результате сильных морозов, длящихся несколько дней подряд [8]. Формирование исследуемых почв происходило в эпоху голоценового оптимума [27, 28]. Перед почвоведами региона постоянно вставал вопрос: каков состав гумуса в трещинах, и сохраняются ли свойства и его характер, присущие верхнему органогенному слою, откуда гумус был
4
177
Таблица 1. Химические свойства мерзлотной лугово-черноземной почвы
Горизонт Глубина, см Гумус, % Азот общий, % рН водный Обменные катионы, смоль(экв)/кг
Са2+ Mg2+ сумма
Разр. 1
А 3-16 6.9 0.81 7.3 27.2 9.3 36.5
АВ 16-40 карман 2.4 0.54 7.6 17.7 4.8 22.5
АВ 16-40 1.9 0.35 7.6 13.4 7.0 20.4
В 40-96 1.5 Не опр. 7.6 13.3 8.9 22.2
Разр. 2
А 0-10 7.5 0.99 6.9 25.3 10.1 35.4
АВ 16-34 карман 2.2 0.53 7.5 17.1 8.7 25.8
АВ 20-30 0.8 0.46 7.9 18.6 10.5 29.1
В 45-55 0.7 Не опр. 7.8 19.0 10.7 29.7
ВС 60-70 Не опр. » 8.3 Не опр.
механически занесен вниз в трещины? Целью работы было определить состав гумуса, гуминовых кислот в почвенном материале из трещин и сравнить с таковыми из собственно гумусового горизонта.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Условия почвообразования и подробная характеристика лугово-черноземных мерзлотных почв неоднократно приводились в литературе [1, 5, 21—25]. Почвенные разрезы заложены в Ерав-нинской котловине, расположенной в южной части Витимского плоскогорья, входящей в почвен-но-климатическую подзону мерзлотной лесостепи Забайкалья. Морфологическое описание и физико-химическая характеристика почвы проведены по двум ключевым разрезам (табл. 1). Исследуемые почвы развиваются в автономных условиях и являются полугидроморфными аналогами черноземов. Луговатость в профиле выражается в повышенной гумусности, мучнистом характере карбонатов и наличии признаков оглее-ния в нижних горизонтах и материнской породе. Гидроморфизм лугово--черноземных мерзлотных почв обусловлен близким (2.9—3.0 м) залеганием мерзлоты [8]. 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.
Мощность гумусового горизонта почвы варьирует в пределах 15—20 см, карманы фиксируются уже с глубины 12—16 см.
Содержание органического углерода определяли методом И.В. Тюрина в модификации Б.А. Никитина, азот общий — колориметрическим методом в модификации Н.А. Соловьевой и А. Рихтер, групповой и фракционный состав гу-
муса — методом И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [1]. Выделение препаратов гуминовых кислот проводилось исчерпывающим экстрагированием по методике Д.С. Орлова, Л.А. Гришиной из гумусового горизонта (0—10 см) и из почвенного материала мо-розобойных трещин. Элементный состав ГК определен на автоматическом анализаторе CHNS-2000 фирмы Perkin Elmer.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Ниже приводим морфологическое описание двух ключевых разрезов.
Разр. 1. Изреженный выгон с выраженным по-лигонально-западинным микрорельефом. Растительность низкорослая, разнотравная: ромашка, кровохлебка, мятлик, клевер, одуванчик, подмаренник, астрагал, смолевка, тысячелистник, вероника, злаки.
Ад, 0—3 см. Сухой, рыхлая дернина.
А1 3—16 см. Темно-серый, рыхлый, сухой. Средний суглинок с включениями мелких камней. Мелкокомковатая структура с элементами ореховатости. Скреплен и уплотнен корнями. Граница языковатая.
АВ, 16—40 см. Буровато-желтый, свежий, плотный. Тяжелый суглинок мелкокомковатой структуры, хрящеватый. Включения корней неравномерные.
АВ, 16—40 см. Гумусовый карман. Темно-серый, влажный, рыхлый. Легкий суглинок, мелкокомковатой структуры, более рыхлый по сравнению с соседней вмещающей почвенной толщей, встречаются корни растений.
В, 40—96 см. Светло-желтый, влажный, плотный. Тяжелый суглинок, комковатой
Таблица 2. Групповой и фракционный состав углерода гумуса мерзлотных лугово-черноземных почв из вмещающих горизонтов и из морозобойных карманов, % от С общ
Горизонт Глубина, см С общ, % Гумус, % C : N Гуминовые кислоты Фульвокислоты С гк С фк НО
1 2 3 £ 1а 1 2 3 £
Разр. 1
А 3-16 4.0 6.9 4.9 4.2 24.8 4.6 33.6 3.4 8.6 12.9 7.6 32.5 1.03 33.9
АВ 16-40 1.12 1.9 3.2 0.6 9.7 1.9 12.2 2.1 2.8 8.3 4.2 17.4 0.70 70.4
В 50-70 0.40 1.5 - 0.5 9.0 1.6 11.1 5.5 0.5 15.5 8.4 29.9 0.37 59.0
АВ 16-40 карман 1.38 2.4 4.4 2.6 32.3 5.5 40.3 3.8 6.3 21.8 6.8 38.6 1.04 21.4
Разр. 2
А 0-10 4.35 7.5 4.4 6.9 21.8 9.7 38.4 4.4 7.1 1.0 3.0 15.5 2.5 46.1
АВ 20-30 0.48 0.8 1.04 0.6 7.7 1.9 10.2 6.3 1.4 25.7 6.5 39.9 0.2 49.9
В 45-55 0.43 0.7 - 0.2 2.1 0.9 3.2 5.8 1.0 25.7 6.0 38.5 0.08 58.3
АВ 16-34 карман 1.3 2.2 2.5 2.2 43.1 6.7 52.0 4.8 2.2 14.0 3.6 24.6 2.11 23.4
Примечание. НО — нерастворимый остаток.
структуры. Встречаются единичные корни, переход по линии вскипания.
Вк, 96—131 см. Мокрая, вязкая, серая глина, при подсыхании сизоватого цвета. Встречаются ржавые конкреции. Карбонатный с признаками криотурбации, при подсыхании вскипает от HCl.
С, 131—160. Желтый, плотный, резкий переход по цвету. Линзы льда. Надмерзлотная мокрая вязкая глина.
Почва: лугово-черноземная мерзлотная.
Разр. 2. Пастбище с редкой разнотравной растительностью, как на разр. 1.
A, 0—16 см. Темно-серый, сухой, рыхлый. Легкий суглинок мелкокомковатой структуры. Обильно пронизан корнями, переход ясный по цвету.
АВ, 16—40 см. Серовато-желтый легкий суглинок, сухой, плотный, структура комковатая, пронизан корнями, переход ясный по цвету.
АВ, 16—34 см. Гумусовый карман. Темно-серый, влажный, рыхлый. Легкий суглинок мелкокомковатой структуры. Встречаются корни растений.
B, 40—58 см. Ярко-желтый суглинок, влажный, плотный, ореховато-комковатой структуры, имеются единичные корни, переход по линии вскипания.
Вк, 58—98 см. Ярко-желтый суглинок, плотный, влажный, имеются белесые мучнисто-карбонатные выделения, вскипающие от HCl, корней нет.
C, 98—170 см. Желтый, резкий переход по цвету. Надмерзлотная мокрая вязкая глина.
Почва: лугово-черноземная мерзлотная.
Для изучаемой почвы характерна небольшая мощность гумусового горизонта, реакция среды в верхней части профиля близка к нейтральной, в нижней — слабощелочная, по гранулометрическому составу почвы средне- и легкосуглинистые.
Содержание гумуса в верхней части профиля по двум разрезам высокое — 6.9—7.5%, которое резко уменьшается с глубиной до 1.9% на 16—40 см в разр. 1 и до 0.8% на 20—30 см в разр. 2. В карманах на этих же глубинах гумуса меньше, чем в гумусо-во-аккумулятивных горизонтах, но значительно больше, чем в окружающей почвенной толще.
В составе гумуса почвы разр. 1 наблюдается равномерное распределение гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК), соотношение С гк : С фк составило 1.03, то есть гумус фульватно-гуматного характера. Такой показатель С гк : С
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.