Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфогенетические особенности почв Северо-Востока Русской равнины

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Морфогенетические особенности почв Северо-Востока Русской равнины"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Сибирское отделение Институт почвоведения и агрохимии

ргб од

На правах рукописи

РУСАНОВА Галина Владимировна

морфогенетические особенности почв

Северо-Востока Русской равнины

03.00.27 — Почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск— 1995

Работа выполнена в Институте биологии Коми Научного Центра Уральского отделения Российской Академии Наук

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Т.В. Турсина, доктор биологических наук В.М. Курачев, доктор биологических наук Ю.И. Ершов

Ведущая организация — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Защита состоится 25 октября 1995 года в.....час. в........................

на заседании специализированного совета Д 002.15.01 Института почвоведения и агрохимии СО РАН. Адрес специализированного совета: 630099, г. Новосибирск, ул. Советская, 18, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Автореферат разослан " 1995 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, присылать по адресу специализированного совета, ученому секретарю.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук М.И. Дергачева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Фундаментальными направлениями почвоведения являются анализ закономерностей почвообразования, генезиса почв и разработка критериев их диагностики. Особенно актуально развитие этих направлений на Северо-Востоке Европейской части России в связи с интенсивным промышленным освоением этого региона и угрозой экологической безопасности таежным и тундровым экосистемам. Прогрессирующая деградация почвенного покрова выдвигает на первый план такие актуальные проблемы, как сохранение разнообразия почв, изучение их структурно-функциональных особенностей, возможностей самовосстановления.- Несмотря на достаточно длительную историю исследования почв Северо-Востока Русской равнины, ряд вопросов их генезиса и истории развития, диагностики и классификации остаются дискуссионными. Противоречива интерпретация морфологических и других признаков, не ясны процессы формирования компонентов топоэколошческих катен. Диагностика на уровне мезо- и микроморфологии используется ограниченно, несмотря на существующую огромную фактологическую информацию по микростроению почв. Применение же морфогенетического и катеиарио-го подходов к изучению почв позволяет выявить топологические и функциональные взаимосвязи между почвами и разработать систему микропризнаков для разграничительной диагностики на разных таксономических уровнях и оценки антропогенных изменений на ранних этапах их проявления.

Нерешенность указанных проблем и вопросов негативно сказывается на рациональном использовании земель и приемов их улучшения, осложняет понимание сущности почвообразования, в частности, в нарушенных почвах, и наконец, прогнозирование тенденций их развития.

С учетом степени изученности перечисленных проблем возникает необходимость дальнейших исследований в этом направлении.

Цель работы: Разработать на основе сравнительного изучения таежных и тундровых почв в топоэкологических катенах, их микроморфологическую диагностику, выявить ЭПП в почвах этих ка-тен и трансформацию в условиях антропогенного воздействия. Исходя из этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Дать анализ микростроения и морфогенетических свойств природных почв топоэкологических рядов, сформированных на разных породах в таежной и тундровой зонах.

2. Провести разделение унаследованных и отвечающих современным колебаниям факторов почвообразования признаков и процессов тундровых и таежных почв.

3. Оценить изменение в таежных и тундровых почвах морфогенетических свойств и почвенных процессов под влиянием агротехнических, агромелиоративных мероприятий, а также в результате техногенных нарушений почвенного покрова.

4. Выявить направления почвообразования антропогенно-трансформированных почв.

Объекты и методы исследований. Исследования проведены на северо-востоке Русской равнины. Объектами исследований в подзонах северной, средней и южной тайги служили природные и нарушенные почвы топоэкологических катен на суглинистых, песчаных и двучленных отложениях под естественной и культурной растительностью. В типичной и южной подзонах Болынеземель-ской тундры 'изучались комплексы целинных, освоенных и антропогенно-нарушенных почв автономных и подчиненных положений на песках и суглинках. В Предуралье и на Северном Урале изучались бурые кислые грубогумусные почвы и подбуры фоновых и нарушенных территорий почвенно-геоморфологических рядов. Использован почвенно-экологический подход к характеристике микростроения и особенностей генезиса почв катен, и комплекс методов, включающих поэтапные морфологические (макро-, мезо-, микро- и субмикроморфолотческие), общепринятые химические и физико-химические. Проведено разделение главных признаков микростроения и морфогенетических свойств на современные и

реликтовые по методу Турсиной (1988). Названия и систематика почв даны по "Классификации и диагностике почв" (1977); Игна-тенко (1979).

Для обобщения и анализа полученных данных использовались методы вариационной статистики, установления корреляционной зависимости между показателями, расчета коэффициентов (Дмитриев, 1972).

Научная новизна. Впервые для крупного региона на примере Северо-Востока Русской равнины получена детальная информация о микроморфологическом строении связанных миграционными потоками вещества почв топоэкологических катен тайга и тундры, формирующихся на различных почвообразующих породах. На основе морфогенетического анализа, исследования свойств почв выявлены современные и унаследованные педогенные и литогсн-ные признаки, их трансформация при педогенезе, показана специфика проявления различных элементарных почвообразовательных процессов в зависимости от литологических и биохимических условий, разработана микроморфологическая диагностика. Исследование по единой развернутой программе почв типичной и южной тундры, горной тундры Северного Урала и увалистой полосы Предуралья позволило получить новую информацию об их микро-морфологаческом строении, углубить представление об их генезисе и эволюции. Выявлена степень перестройки тундровых и таежных почв в результате сельскохозяйственного освоения, при смене естественных биоценозов на агроценозы; показано приобретение ими признаков процессов, свойственных более южным зонам. Обнаружена трансформация почвообразования" и смена типовой принадлежности болотных и болотно-подзолистых почв таежной зоны под влиянием мелиоративных приемов. Проведено сравнительное исследование естественных и нарушенных почв северотаежной и южнотундровой подзон, подбуров и бурых кислых грубогумусных почв Северного Урала; выявлен механизм трансформации почв под влиянием гидрогенных, аэротехногенных загрязнителей и ме-ханогенных вмешательств. Показано, что потенциальная способность к самовосстановлению находится в зависимости от интен-

сивности воздействия и физико-химических особенностей почв, их буферности, устойчивости. Разработана диагностика антропогенно-измененных таежных и тундровых почв, выявлены тенденции их развития. Разработан прогноз долговременного поведения техногенных веществ в таежных почвах.

Основные положения, представленные к защите:

1. Типы организации микростроения природных почв определяются биоклиматическими и литологическими факторами, положением в катене, историей формирования и отражают современные и унаследованные процессы: А1-Ре-1умусовой дифференциации элювиальной толщи и лессиважа — в автономных таежных суглинистых почвах; оглеения и ослабления физического перемещения ила, цементации — в подчиненных. Микропризнаки тундровых почв фиксируют застойные формы оглеения, криогенез и миграцию глин в нижней части профилей. Элювиально-иллювиальный тип распределения А1-Ре-гумусовой плазмы в тайге и аккумулятивно-иллювиальный с криогенными чертами — в тундре, характеризуют почвы на песчаных отложениях.

2. Виды и технологии агротехнического воздействия на таежные и тундровые почвы способствуют приобретению ими признаков и протеканию в них процессов, свойственных почвам, формирующимся в более южных зонах.

3. Использование мелиоративных приемов в почвах таежной зоны (дренаж, глубокое рыхление) способствует трансформации почвообразования и смене типовой принадлежности болотных и болотно-подзолистых почв, усилению элювиально-иллювиальных процессов распределения Бе, гумуса, глины в оглеенных подзолистых почвах.

4. Техногенная трансформация почв определяется типом и интенсивностью нарушений: под влиянием гидрогенных и атмосферных загрязнений происходит хемогенная переорганизация почвенной массы и формирование техногенных поверхностных горизонтов; механогенные вмешательства (перемешивание и удаление горизонтов, погребение) спо-

собствуют локальным нарушениям или деградации почв. Потенциальная способность к самоочищению от загрязнителей определяется физико-химическими свойствами почв и микроморфологическими особенностями.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на международных совещаниях по микроморфологии почв (Брауншвейг, 1991) на Международных конгрессах и симпозиумах (Москва, 1974; Хельсинки, 1994), на делегатских съездах Всесоюзного общества почвоведов (Алма-Ата, 1970; Минск, 1977; Ташкент, 1985), на Всесоюзных конференциях по микроморфологии почв (Харьков, 1980; Тарту, 1983; Москва, 1989), на Всесоюзных совещаниях: по биологическим проблемам Севера (Сыктывкар, 1972; 1981; Петрозаводск, 1973; 1976), повышению продуктивности почв (Тарту, 1979), истории развития почв в голоцене (Пущи-но, 1984), проблемам почвенного криогенеза (Воркута, 1985), на выездном заседании ЦСРОП по проблемам почвенных ресурсов Севера (Сыктывкар, 1991), на расширенном заседании отделов географии, минералогии и микроморфологии Почвенного Института (Москва, 1992).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 10 глав, введения и выводов, включает 344 страницы машинописного текста, 144 рисунков и таблиц. Список литературы насчитывает 662 работы. В диссертации использованы результаты личных исследований, а также некоторых совместных работ, выполненных под руководством автора и при непосредственном его участии. Автору принадлежит разработка программы исследований и положений, представленных к защите, сбор полевого материала, выполнение микроморфологических и части экспериментальных работ, интерпретация фактического материала, теоретическое обобщение оригинальных и литературных данных. Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Г.В. Добровольскому и к.г.-м.н. Е.А. Яриловой, д.с.-х.н. Т.В. Турсиной, д.с.-х.н.'В.Д. Тонко-ношву, д.б.н. М.И. Герасимовой, профессорам Ф.Р. Зайдельману, С.А. Шобе, д.г.н. Т.Д. Морозовой за ценные советы и замечания, сотрудникам отдела почвоведения и лабораторий экологии и охра-

ны тундры, химико-аналитической Института биологии КНЦ УрО РАН за помощь в сборе и обработке материала, оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методологические и методические подходы к изучению генезиса почв

Представление о развитии почв в пространстве и во времени дано В.В. Докучаевым в определении почв как функции пяти факторов почвообразования и предположении об их эволюции при изменении одного или нескольких факторов. Формы развития определены впоследствии введением понятий "метаморфоз" (Захаров, 1927) и "саморазвитие" (Роде, 1947). Педогенез является частным по отношению к ландшафтно-геохимическим процессам (Глазовская, 1988), включающим мобилизацию, транслокацию и аккумуляцию подвижных соединений. Функционирование отдельных почв в пределах ландшафта находится во взаимосвязи и зависимости от их положения в почвенно-геохимических катенах. Диагностические горизонты почвенного профиля отражают структурно-функциональную организацию строения, определяемую как современными вертикально и латерально направленными процессами, так и унаследованными чертами. Методологической основой морфогенетического подхода к познанию генезиса почв является изучение структурно-функциональных связей между компонентами строения почв и сочетаний почв в катенах, характера и последовательности изменений во времени.

Впервые при исследовании почв северо-востока Русской равнины выполнялся морфогенетический анализ основных типов почв в катенарных рядах для выявления генетической взаимосвязи между морфологическим строением и внутренними .свойствами как в отдельных почвах, так и почвами в катенах. Использован поэтапный подход к изучению строения профиля. На макроуровне описание профилей сопровождалось детальным изучением морозо-бойных крупных трещин и пограничных горизонтов; на мезоуров-

не — фрагментов горизонтов, педореликтов, трещин и их заполнений, новообразований; на микроуровне — состава и размера скелетных зерен, толщины пленок, микроформ гумуса, характера плазмы, лито- и педореликтов, новообразований: на субмикро-уровне — железистых и глинистых новообразований.

Успехи в изучении генезиса таежных и тундровых почв Северо-Востока Русской равнины связаны с именами Ю.А. Ливеров-скош, E.H. Ивановой, И.А. Соколова, В.О. Таргульяна, В.Д. Тон-коногова, Т.С. Зверевой, И.В. Игнатенко, И.В. Забоевой, и др. Достижения в исследовании процессов почвообразования в этой зоне и в разработке диагностики с использованием микроморфологии значительно скромнее.

Генетическая интерпретация и классификация компонентов микростроения связаны, прежде всего, с работами В. Кубиены (1938), Е.И. Парфеновой и Е.А. Яриловой (1962), Р. Брюера (1964), Г.Ю. Альтемюллера (1972), Л. Баля (1973), В.О. Таргульяна и др. (1974), Г. Ступса и А. Йонгериуса (1975), Г.В. Добровольского (1977), Т.В. Турсиной (1977), А.И. Ромашкевич и М.И. Герасимовой (1982), С.А. Шобы (1988), М.И. Герасимовой (1992), и др. Компоненты активной фазы микростроения ярче отражают условия почвообразования, антропогенные влияния, а почва в целом имеет характерные черты строения под влиянием специфической окружающей среды (Кубиена, 1938; Думанский, 1969). Широкое распространение некоррелирующих с современной биоклиматической обстановкой признаков свидетельствует о полиге-нетичности почв, способствует раскрытию истории их формирования (Добровольский, 1972; Соколов и др., 1983; Турсина, 1988). К числу таких признаков относятся гумусовые педореликты (Тюлин, 1973; Фоминых, 1977; Гаджиев, 1982; Дергачева, 1984; Караваева и др., 1986), палеокриогенные признаки (Гугалинская, 1982), пограничные горизонты в торфяниках (Пьявченко, 1978), литорелик-ты (Турсина, 1988), морозобойные трещины (Морозова, 1986). Наиболее устойчивыми чертами в педореликт^х являются их микросложение (Морозова, 1981), агрегаты и тонкодисперсный гумус,

связанный с минеральной частью, биолиты, конкреции (Шоба, 1988), типы плазмы (Морозова, Фаустова, 1965).

Часть I. Морфогенетические особенности и диагностика почв.

II, III. Почвы на песчаных отложениях.

Особенностям генезиса почв на песках и двучленных породах посвящены работы Рудневой E.H. (1981), Верхоланцевой JI.A. (1968), Варфоломеева JI.A. (1967), Апарина Б.Ф., Рубилина Е.В. (1975), Тонконошва В.Д. (1972), Константиновой Т.П. (1983) и др.

Хотя микростроение почв на легких породах в известной степени изучено (Шоба, 1989; Герасимова и др., 1992), материалы по микроморфологии песчаных почв типичной тундры Европейской территории отсутствуют. Не освещены вопросы стадийного развития этих почв.

Рассматриваются почвы, формирующиеся на песках и двучленных отложениях (песках, подстилаемых суглинками), в средней и северной подзонах тайги в бассейнах рек Вычегды, Печоры и в подзоне типичной тундры. Группа таежных почв включает ил-лювиально-железистые и иллювиально-гумусово-железистые, кон-тактно-оглеенные и грунтово-глееватые Подзолы, торфянисто-подзолисто-глееватые иллювиально-гумусовые почвы. В тундре, вблизи побережья Баренцева моря, изучались подбуры типичные и надмерзлотно-глееватые.

Изучение микростроения показало, что в таежных почвах тонкодисперсный материал сконцентрирован в основном в виде гетерогенных пленок на зернах, а в тундровых — в виде пленок и криогенно-коагуляционных плазменных агрегатов в промежутках между зернами. Пленочная форма плазмы в иллювиальной толще, состав которой отражает главный процесс почвообразования в тайге — Al-Fe-гумусовый, а также суспензионный перенос глины и пылеватых частиц (табл. 1), замещается на агрегатно-пленочную — в тундре. Последнее отражает преобладание криогенных процессов организации почвенной массы. Элювиально-иллювиальный тип распределения плазмы в профиле таежных почв постепенно

сменяется на аккумулятивно-иллювиальный — в профиле тундровых подбуров субарктической подзоны.

Таблица 1

Диагностика иллювиирования в катенарных рядах песчаных почв

Подзона Почвы катен Горизонт Пленки

Средняя тайга Подзол иллювиально- а2 ленки отсутствуют

железистый Вг христо-бурьге (железистые), тонкие и ред-

о бурые (тинистые)

Подзол иллювиально- а2 ленки отсутствуют

гумусо-железистый Вь урые (железисто-гумусовые) н светлобурые

глинистые) с пьшеватыми зернами

Вг урые (гумусо-железистые) толстые с пыле-

атыми зернами, и глинистые

Торфянисто-подзолис- А:8 ленки отсутствуют

го-глееватая иллюви- Вь емно-коричневые (гумусовые), толстые с

ально-гумусовая рещинами усыхания

вг олстые коричнево-бурые (железистые),

ранжевые в отраженном свете, толстые

Северная тайга Подзол иллювиально- а2 уроватые (глинистые) и желто-бурые

железистый железистые), тонкие

Вь урые (железисто-гумусовые), разорванные.

пылеватыми зернами, редко глинистые

Вг расновато-бурые (гумусо-железистые), с

ретинами, с пылеватыми зернами

Подзол иллювиально- а2 ветлобурые (глинистые), тонкие

гумусо-железистый

Вь емно-коричневые, железисто-гумусовые,

олстые, с трещинами усыхания

Вг емно-коричневые (гумусо-железистые), ра-

орванные, редко тинистые

Типичная Подбор типичный а0а1 густки гумусовой плазмы, пьшеватые час-

тундра ицьг вокруг органогенных агрегатов

Вь урые (железисто-гумусовые) пленки, ко-

ичнево-бурые сгустки вокруг скелетных

астиц

5 урые (железисто-гумусовые) пленки на

ернах

С нарастанием климатической, а также топо-литогенной гу-мидности в таежной зоне изменяется характер иллювиальных пленок: утолщение, интенсификация окраски, отражающие количественные и качественные изменения А1-Ре-гумусового процесса (табл. 2). Почвы, формирующиеся на слабоконтрастных двучлен-

ных отложениях, относятся к разряду иллювиально-железистых подзолов. Почвы на среднеконтрастных, испытывающих нарастающее оглеение, проявление ЭПП окислительной цементации Бе, гумусом, и на контрастных отложениях, ще доминируют ЭПП оглее-ния, относятся к разряду болотно-подзолистых. Формирование ор-тзандов (Зайдельман, 1974; Тонконогов, 1977) связывается с различными механизмами, аккумуляцией в них окристаллизованных оксидов железа. Анализ микростроения подзолов позволил установить, что состав цемента ортзандов соответствует компоненту кате-ны: в автоморфных почвах доминирует глина (слоистость породы), в аккумулятивных — гидроксиды ИгОз, а в транзитных — глина и гидроксиды. Близкое содержание окристаллизованных оксидов железа в ортзанде грунтово-глееватого и автоморфного подзолов позволяет предположить одновременность образования этого слоя и стадию автономного развития грунтово-глееватого подзола в ранние этапы педогенеза.

Формирование белесых языков в профиле подзола трактуется по-разному (Добровольский и др., 1981; Зайдельман, 1992; Долгова, Гаврилова, 1972; Тонконогов, 1977; Константинова, 1983). Возможна связь, в одних случаях, образования языков с неровностями микрорельефа, локализацией движения влаги, и перигля-циональными явлениями — в других. Окаймления языков аналогичны г.Вь Механизм их генезиса — хемогенная элювиально-иллювиальная дифференциация ИгОз с гумусом.

Впервые изучено микростроение типичных и надмерзлот-но-глееватых подбуров вблизи побережья Баренцева моря, формирующихся на песках и дифференцированных морфологически. Диагностика: органо-аккумулятивный горизонт агрегационного строения (округлые органогенные агрегаты, окаймленные пылева-тыми пленками; гроздьевидные сгустки гумусо-Ре плазмы в промежутках и по краям скелетных частиц); отдельные зерна с гумусо-Ре пленками. Ведущими процессами в этом горизонте являются криогенный и ЭПП метаморфизма органического вещества. В гор.Вь гумусо-Ре плазма в виде пленок и коагуляционных агрегатов на стенках пор и по краям зерен. Микрозональность основы

диагностирует слабое оглеение над ортзандом. Ортзанд (Б), с признаками криотурбаций и иллювиирования оргаио-Ре и органических соединений, коагуляционно-агрегированных, и в виде пленок. Основными процессами почвообразования являются: криогенная агрегация массы, А1-Ре-гумусовая миграция, криотурбация, ЭПП аккумуляции и метаморфизма органического вещества. Над-мерзлотно-глееватые подбуры характеризуются слабой дифференциацией профиля, в связи с усилением криодинамических процессов и оглеения при близком залегании мерзлоты (30 см).

Таблица 2

Гумус и подвижные оксиды в катенарных рядах песчаных почв, %

Почва Горизонт Глубина, см Г^мус По Тамму По Джексону

Ре203 1 А120з Ре203

Средняя тайга

Подзол железистый а2 7-12 1.70 0.20 0.20 0.33

В, 12-17 1.91 0.75 0.44 0.85

Подзол гумусово-железистый А2„ 20-24 0.73 0.19 0.22 0.35

контактно-оглеенный Вьг 24-25 3.69 0.74 0.44 0.90

Торфянисто-подзолисто-гпее- А 21 14-24 0.77 0.11 0.32 0.12

ватая иллювиально-гумусовая Вь 24-30 4.20 0.44 0.87 0.51

Северная тайга

Подзол железистый а2 5-20 0.21 0.12 0.14 0.20

В, 28-38 0.42 0.85 0.62 1.09

Подзол гумусово-железистый а2 4-14 0.20 0.22 0.39 0.24

грунтово-шееватый Вь 22-33 2.68 0.78 1.62 0.86

Типичная тундра

Подбур типичный А0А1 0-4 5.69 0.65 0.34 —

в„ 4-10 1.59 0.57 0.44 —

Подбур надмерзлотно-глееватый а0а1 0-7 4.85 0.49 0.39 —

Вь 7-15 1.73 0.51 0.40 —

Универсальным набором ЭПП в почвах на легких породах в таежной и тундровой зонах являются: метаморфизм органического вещества, АЬ-Ре-гумусовая миграция, с разной интенсивностью проявляющиеся в этих зонах. Специфическими процессами, свойственными тундровым подбурам, являются: криогенная коагуляция и криотурбация. Анализ микростроения показал, что в профилях

подзолов сохранилась информация о стадиях развития, последовательности этих стадий. О чередовании иллювиирования и суспензионной миграции пыли свидетельствуют полутораокисные пленки, с погруженными в них пылеватыми частицами, на зернах песка (табл. 1). Натеки глины в трещинах цемента ортзанда указывают на последовательность процессов Al-Fe-гумусовой миграции и лессиважа. Образование фрагментов горизонтов Аь и Вь по фону Аг и Bf в почвах подчиненных ландшафтов говорит о прохождении последними стадий автоморфного развития. Фрагменты цементированной прослойки Вь на среднеконтрастных отложениях в r.A2g — тоже более позднего происхождения, связаны с интенсификацией заболачивания. Погребенные гумусовые педореликты сохранились лишь в полугидроморфной почве на двучленных отложениях, над подстилающей толщей (68 см), благодаря их консервации в восстановительных условиях.

IV. V. Почвы на суглинистых отложениях.

В исследовании особенностей генезиса таежных и тундровых ночв на суглинистых отложениях большое значение имеют работы Ивановой E.H. и Полынцевой O.A. (1942-1952), Таргульяна В.О. (1974, 1982), Соколова И.А. (1983, 1993), Васильевской (1980), Корсунова В.М. (1982, 1990), Караваевой H.A. (1982), Втюрина Г.М. (1991), Гаджиева И.М. (1976, 1982), Хмелева В.А. (1988), Курачева В.М. (1991).

Изучение почв на суглинистых отложениях проведено в широком диапазоне биоклиматических, географических и экологических условий.

Исследовались вопросы, остающиеся до сих пор дискуссионными: роль лессиважа в текстурной дифференциации профилей, механизм образования цементаций в суглинистых полугидроморф-ных почвах, наличие признаков субгумидного этапа почвообразования в среднетаежных почвах. Рассматривались почвы, формирующиеся на покровных пылеватых суглинках: в средней тайге — собственно подзолистая, подзолистая глубокооглеенная и торфя-нисто-подзолисто-глееватая, в северной — глееподзолистая, тор-

фянисто-иодзолисто-глееватая, торфяно-подзолисто-глеевая и тор-фяно-глсевая. В подзоне южной кустарниковой тундры (Воркутин-ский район) изучены почвы микрокомплекса верхней части склона холма: тундровая торфянисто-поверхностно-глеевая (ровного участка) и поверхностно-слабоглеевая (пятна); остаточно-болотная мерзлотная перешойно-торфяная реликтового бугристого торфяника. В подзоне типичной тундры (вблизи побережья Баренцева моря) изучены тундровые глеевые и болотные почвы. Получены данные о профильном распределении песчано-пылеватого, глинистого материала и особенностях его варьирования в катенарных рядах почв тайги и тундры.

1) Средняя тайга. Подзолистые почвы.

Согласно мезо- и микроморфологическим наблюдениям, иллювиальной толще подзолистых почв свойственны плитчатость и сетчатая текстура скелета, зональность профильного распределения силикатного материала натеков, что объясняется стадийностью лессиважа, суспензионной миграции. Приуроченность пыле-вато-глинистых натеков к средней и нижней части иллювиальной толщи (табл. 3) может быть объяснена отложением грубодисперс-ного несортированного материала при таянии (возможно) ледниковых вод, в периоды раннего голоцена. Залегающие выше чисто глинистые натеки могут быть отнесены к периодам спокойного отложения, предположительно, в атлантический оптимум голоцена. Пылеватые натеки в округлых биопорах элювиальной и верхней иллювиальной частей профиля относятся, вероятно, к позднему голоцену. Вышеизложенное фиксирует факт иллювиирования пылевато-глинистого материала. Анизотропность глинистой плазмы, неоднородность распределения скелета и плазмы, литогенные признаки — характерные черты иллювиальной толщи. '

Специфические черты микростроения связаны с гумусовыми педореликтами трещин палеокриогенного микрорельефа. Они характеризуются черным сгустковым гумусом гумашого типа, устойчиво связанным с минеральной частью почвы. Подвижность его

заметна в полугидроморфных почвах. Возраст гумусовых педоре-ликтов тяжелой части профиля (7520±120 л.н., Чичагова, 1986) в действительности может быть более древним, вследствие деградации педореликтов, омоложения гумуса в процессе педогенеза. Кроме того, частая приуроченность их к псевдоморфозам криогенного микрорельефа, возникшего 15-20 т.л.н. (Величко и др., 1987), указывает тоже на более раннее образование. Гумусовые пе-дореликты в гор. Bt обнаружены нами на всей территории Северо-Востока Русской равнины.

Анализ элювиальной толши подзолистых почв свидетельствует о наличии двух типов микростроения (микроморфотипов по Герасимовой, 1992): дифференцированного и недифференцированного. Первый отвечает условиям хорошего дренажа в катенах, второй — усиливающегося влияния поверхностного оглеения. Дифференцированный тип был впервые обнаружен нами (Русанова, Соколова и др., 1978) и обоснован микроморфологическими, химическими и минералогическими анализами. На фоне сравнительно однородного элювиального типа микростроения (осветленность, обеднен-ность плазмой, слоеватость) дифференцированный тип включает в нижней части гор. Аг ооидную агрегацию, наличие гумусо-глинис-то-Fe плазмы, которые отражают более сложное сочетание ЭПП, включая Al-Fe-гумусовый процесс.

Варианты усложнения микростроения элювиальной толщи связаны с сохранением унаследованных черт на границе с гор.АгВ — инситных гумусовых педореликтов. Впервые обнаруженные нами в почвах средней тайги инситные педореликты легкой части профиля сильнее разрушаются, труднее сохраняются. Эти реликты свидетельствуют, по-видимому, о прохождении почвой в прошлом (в голоцене) темноцветного субгумидного этапа почвообразования, как и дерново-подзолистыми (Караваева и др., 1986). Они характеризуются черной непрозрачной гумусовой плазмой, гуматным типом гумуса и обогащением фракцией ГК-2, связанной с кальцием. Нахождение в одном профиле инситных и погребенных педореликтов свидетельствует о сложной истории формирования почв.

Таблица 3

Диагностика лессиважа в суглинистых почвах

Площадь

Подзона Почва Горизонт натеков, % Характеристика натеков

0.3 Глинистые, гумусо-ре-плин истые, темно-бурые, обломки (60 % от площади натеков), пылева-тые с точечным гумусом (в верхней части горизонта)

5.0 Глинистые, светло-бурые, бурые, двупреломле-

ние высокое, обломков мало 3.0 Пылевато-глинистые, глинистые, красновато-

бурые, двупреломление низкое 1.5 Пылевато-глинистые, ре-тинистые, темно-, и

красно-бурые, двупреломление низкое 1.0 Ре-глинистые, красно-бурые, двупреломление низкое

0.2 Глинистые, 1умусо-кшнистые, темно-серые, буроватые, двупреломление высокое 1.5 Глинистые бурые, желтые, редкие обломки 2.0 Пылевато-тинистые, тинистые, желтые, бурые, двупреломление высокое 2.5 Пылевато-глинистые, глинистые, светло-бурые,

двупреломление низкое 3.5 Пьшевато-ппинистые, глинистые, светло-красно-желтые, коричневые, двупреломление низкое

— Обломки красноватых Ре-тинистых натеков со слабым двупреломлением

— Глинистые и Ре-тинистые, бурые и красно-бурые, редкие, мелкие, скорлуповатые

— Пылевато-глинистые и глинистые, папулы, веерообразные прожилки глин в основе

— Гипокутаны, скелетаны в трещинах, пленки глины на стенках пор

Неоднородность породы традиционными критериями (гранулометрический состав, форма, размер и состав скелетных зерен) не выявляется, кроме фракции мелкого песка, содержание которой заметно возрастает в г.АгВ. Педогенная дифференциация профиля накладывается на слабо выраженную литогенную.

Многие проблемы эволюции и генезиса почв в послеледнико-вье трактуются с противоречащих друг другу позиций (Таргульян и

Средняя Подзолистая А2В тайга

В, В2 ВС С

Северная Глее-подзо- А2В тайга листая

В,

В2

вс8 с.

Южная Тундровая СВ

тундра поверхност-

но-глеевая В2

Типичная Тундровая ВЕ тундра глеевая

ВС

др., 1976; Александровский и др., 1982; Соколов и др., 1983; и др.). Микроморфологическими аргументами в пользу гипотезы эволюции почв в голоцене, связанной с колебаниями биоклиматических условий, являются: пылеватые заполнения пор в гор.АгВ и Вь иллювиально-глинистые натеки в гор.В^ инситные педорелик-ты в элювиальной толще. Подтверждающими гипотезу малоинтенсивного почвообразования, литогенной природы текстурной дифференциации фактами могут быть: сложные пылевато-глинистые натеки в нижней части гор.Вь гумусовые педореликты гор.Вь ли-тогенное оглеение в гор.ВС, палеокриогенная агрегация. Общепризнанным является развитие почв во времени параллельно с изменением факторов почвообразования. Отражение прошлых фаз почвообразования в микропризнаках и свойствах, не коррелирующих с современной биоклиматической обстановкой, свидетельствует о сменах состояния почв во времени в течение голоцена.

Глубокооглеенные подзолистые и болотно-подзолистые почвы,

Различия в микростроении почв трансэлювиалных и аккумулятивных отрезков катен определяются изменением типов миграционных потоков, преобладанием латерального поверхностного и внутрипрофильного перемещения и привноса извне. Количественный и качественный состав Ре-новообразований свидетельствует об усилении оглеения, сопровождающегося также уменьшением глинистых натеков, пленок, и содержания в них Ре и А1 (табл. 4), изменением микроформ гумуса (преобладание аккумулятивного сгусткового и иллювиального) вниз по катене. Разные типы микростроения в структуре катены связаны с ее функционированием (дифференциация по латерали и вертикали) и обеспечивают в целом устойчивость катены. Почвы транзитных позиций обладают более вариабельными комплексами микропризнаков вследствие поверхностного и внутрипрофильного оглеения, усложняющимися в связи с наличием палеопочвенных признаков. Альфегумусовый субпрофиль не выражен в транзитных и аккумулятивных почвах, что отмечено и другими (Витт, 1984).

Глубокооглеенная подзолистая почва срепней тайги отражает микропризнаки усиления миграции суспензий пылеватош материала. В микростроении элювиального горизонта заметны более разнообразные формы перераспределения Ре-соединений: конкреции, микрозоны. В иллювиальной толще ослабляется оптическая анизотропность Ре-глинистой плазмы.

Таблица 4

Гумус и подвижные оксиды в катенарных рядах суглинистых почв, %

Почва Горизонт Глубина, Гумус По Тамму По Джексону

см БезОз | А12Оз ИегОз

Средняя тайга

Типичная подзолистая а2 5-12 1.38 0.05 0.09 0.29

Вг 8-21 0.80 1.63 0.96

В, 100-119 0.43 0.19 0.29 0.91

тинистые 100-119 1.21 0.50 0.55 1.64

кутаны

Подзолистая глубокооглеенная а2 6-15 1.68 .0.07 0.13 0.24

В, 97-127 0.37 0.26 0.22 1.13

тинистые 97-127 1.09 0.37 0.31 1.45

кутаны

Торфянисто-подзолисто-глее- а2в 10-22 1.66 0.24 0.26 0.34

ватая В, 90-105 0.35 0.32 0.23 1.20

тинистые 90-105 0.54 0.25 0.16 0.64

кутаны

типичная тундра

Тундровая шеевая ао 0-6 — 0.16 0.08 —

в 6-14 0.60 0.19 0.15 —

в8 14-35 0.40 0.17 0.08 —

Торфянисто-глеевая в 9-11 2.90 5.92 2.16 —

в8 11-25 0.20 1.32 0.64 —

Торфяпо-глеевая в 23-25 5.00 3.28 1.08 —

Своеобразие микростроения болотно-подзолистых почв обусловлено сочетанием поверхностного и чнутрипрофильного глея, типом гумуса (аккумуляционного сгусткового) органогенного горизонта. Подвижные формы гумуса, качественное многообразие микроконкреций, обогащение плазмы Ре-соединениями — основные черты элювиальной толщи. Проникновение на меньшую глубину, чем в автономных почвах, песчано-пылеватого материала и

уменьшение физического перемещения тонкодисперсных частиц в иллювиальной толще благодаря выносу Ре и А1 (Зайдельман, 1974) могут служить также в качестве признаков разграничительной диагностики с автоморфными почвами.

2) Северная тайга. Глееподзолистые почвы.

Разница в биоклиматических условиях формирования северотаежных глееподзолистых и собственно подзолистых почв обусловила разницу в интенсивности процессов почвообразования. Последнее нашло отражение в общем усилении глееобразования к северу, более ярком проявлении криогенных черт, ослаблении суспензионной миграции, лессиважа в глееподзолистых почвах. Специфика микростроения иллювиальной толщи глееподзолистых почв может служить в качестве разграничительной диагностики с подзолистыми: характер дифференциации глинистых натеков (более глубокое положение максимума как чисто глинистых, так и пылевато-глинистых), что связано с усилением оглеения.

Элювиальным горизонтам глееподзолистых почв свойственно усложнение микростроения: изменение типа агрегации (ооидная на фоне слоеватой), сохранение пленок на зернах, изменение количественного и качественного состава микроконкреций по сравнению с подзолистыми. Криогенно-А1-Ре-гумусовый тип микростроения элювиальной толщи (гор.Агё-Вг) глееподзолистых почв выражен ярче, чем в типичных подзолистых почвах.

Данные морфологических, химических, гранулометрических анализов подзолистых почв показали (рис. 1), что ответственными за формирование профилей являются процессы подзолообразования, лессиважа, криогенные, А1-Ре-гумусовой миграции, оглеения, подтверждающиеся и микроморфологическими критериями, за исключением подзолообразования. А1-Ре-гумусовая миграция имеет место в дренированных условиях в средней и северной тайге.

глееподзолистая; р.27 — торфяно-подзолисто-глееватая; р.32 — торфяно-подзолисто-глеевая; р.ЗЗ — торфяно-глеевая.

Микроморфология болотно-попзолистых почв северной тайги отражает зональные черты почвообразования: влияние криогенеза, малой проточности при низких температурах. Отличие по сравнению со среднетаежными заключается в формировании цементаций Ре-гумусовой природы в верхней части гор.А28 и рыхлого грубогу-мусового слоя между Ао и цементационным слоем.

Микростроение элювиальной толщи торфянисто-подзолисто-глееватой почвы также дифференцировано: 1) губчатый слой над цементированным (рыхлый агрегационный тип с равномерным распределением органо-Ре-плазмы); 2) цементированный (0.1-0.5 см) слой (округлые Ре-агрегаты с гумусовыми пленками, цементированные гумусо-Ре-плазмой); 3) компактный оглеенный слой под цементированным (ооидно-слоеватый, рыхло-конкреционный, пропитанный гумусо-Ре-плазмой, с гумусо-Ре-глинистыми натеками).

Механизм формирования цементированного слоя торфянисто-подзолисто-глееватой почвы дискуссионен (McKeague, 1980; Втю-рнн, 1992, и др.). Наши исследования показали, что первый этап образования связан с локальной аккумуляцией и сегрегацией Ре-соединений на окислительном барьере, последующий — с образованием на конкрециях гумусовых пленок с трещинами усыха-ния, аккумуляцией Ре-органической плазмы в виде сгустков в промежутках, и цементацией.

Диагностические признаки иллювиальной толщи торфянисто-подзолисто-глееватой почвы отражают: глубинное застойное внизу оглеение (равномерная пропитка Ре-плазмой) и усиление контрастности режима влажности от средней части (микрозональность) к верхней (конкреционность). Специфическими чертами являются: раздельная миграция Ре и глины, ооидная агрегация глин (с Ре ядром). Сходством профильной дифференциации натеков в почвах северотаежной катены со среднетаежной является: пылевато-глинистые натеки в нижней части гор.Вь глинистые — в средней, чисто пылеватые заполнения пор — в верхней.

В торфяно-глеевых почвах нижних отрезков катены усложнение строения органогенной толщи связано с появлением пограничных (между низинной и верховой стациями заболачивания) го-

ризонтов (разложившийся торф с остатками древесины), образование которых Н.И. Пьявченко (1978) связывает с суббореальным периодом голоцена (SB-2). С усилением пироморфизма по катене формируется конкреционный слой (Всп) и глеевый горизонт (G) под ним, а в аккумулятивных компонентах катены происходит увеличение их мощности и поднятие к поверхности почвы. Особенностью микростроения является усиление ожелезненности плазмы, цементация рыхлых Fe-нодулей гумусо-Бе-плазмой в конкреционном слое. Глинистые натеки в почвах нижних частей катены под конкреционным слоем унаследованы от прежних стадий развития почв.

3~) Тундра.

Впервые разработана микроморфологическая диагностика для почв топоэкологических рядов южной и типичной подзон тундры. Диагностическими чертами микростроения тундровых поверхност-но-глеевых почв южной тундры (мерзлота на глубине 1.5-2 м) являются гумусовые коагуляционные агрегаты в нижней части органогенных горизонтов и турбированные растительные остатки. Тип микростроения глеевого горизонта конкреционный, криотурбаци-онный со слоевато-ооидной агрегацией. Иллювиальная толща характеризуется микрозональностью (ожелезненные микрозоны, железистые пленки) в верхней части и усилением оптической ориентации плазмы, появлением глинистых натеков — в нижней. Стадийно более молодые слабоглееватые почвы пятен приобретают отличные от вышеизложенных признаки микростроения, меньшую упорядоченность в связи с криотурбацией, усиление криогенных черт, уменьшение глеевых. Почвы остаточно-болотные мерзлотные перегнойно-торфяные реликтовых торфяников оттаивают на 20 см. Характерными диагностическими признаками являются органогенная агрегация тонкофрагментированных растительных остатков, окантовка агрегатов Fe-гумусовой пленкой и коагуляци-онная агрегация гумуса, отражающие криогенные процессы.

Округлая форма способствует устойчивости агрегатов (Конищев и др., 1985) и отмечена также на севере Сибири (Губин, 1993).

Унаследованные черты в микростроении почв южной тундры отражают как условия седиментации (окатанность зерен), так и этапы сингенетическою и эпигенетического преобразования породы (ооиды, фрагменты текстурных новообразований). Гумусовые педореликты на границе легкой и тяжелой частей профиля, имеющие специфическое микростроение (сгустки черной гумусовой плазмы, мелкие фрагменты обугленных растительных остатков), сходны с таковыми таежной зоны. Среднеатлантический возраст остатков древесины и слоев торфа, приблизительно на той же глубине, в торфяниках района г.Воркута (Красовская, 1995) позволяет отнести формирование гумусовых педореликтов к этому же времени. Основные ЭПП: криогенные, глеевые и менее интенсивно проявляющиеся аккумулятивно-элювиально-иллювиальные диагностируются по микростроению почв. Нахождение в миграционных каналах, натечный облик и четкое разграничение с основой в гор.Вг свидетельствуют о педогенном происхождении натеков. По сравнению с таежными почвами происходит ослабление оптических свойств плазмы, формирования натеков.

Подзона типичной тундры.

Отличием микростроения тундровой глеевой почвы (глубина мерзлоты 51 см) являются массивные формы глея, обезжелезнение плазмы минеральной толщи. Сходство с поверхностно-глеевыми южной тундры — признаки миграции глинистой плазмы, хотя и слабее выраженные: пленки в порах, волокнистый тип плазмы гор.В8. Пылевато-глинистые пленки и натеки на границе с мерзлотой, темный реликтовый гумус могут трактоваться как унаследованные. Признаки миграции глин усиливаются в дренированных позициях, в поверхностно-глеевых почвах типичной тундры. Этот вывод подтверждается данными И.В. Игнатенко (1979) о дифференциации ила в этих почвах.

Своеобразие микростроения перегнойно-глеевых почв связано с их положением на склонах южной экспозиции. Грубогумусо-фрагментарно-коагуляционный тип микростроения перегнойного

горизонта отличается от торфяных тем, что некоторое количество органического вещества переносится с верхних частей склонов, образуя транзитно-аккумулятивный тип, а также формированием коричнево-желтого дисперсного гумуса. Минеральной оглеенной толще свойственно распределение пропиточных форм иллювииро-ванного гумуса, микрозон ожелезнения. Сходством с тундрово-болотными почвами подчиненных позиций являются органогенный и коагуляционный типы агрегации в перегнойном горизонте. Микростроение торфяных горизонтов тундрово-болотных почв аккумулятивных ландшафтов относительно однообразно и отличается от таежных криогенными чертами. Специфической особенностью является формирование окантованных плазмой округлых органогенных микроагрегатов. Микростроению минеральной толщи свойственны признаки застойного глея, микрозональности. Компоненты комплекса полигональной тундры различаются по мощности торфяной толщи и степени ее разложенности. Как в зональном, так и в катенарном рядах почв условия увлажнения определяют степень выраженности микропризнаков основных ЭПП тундровых почв: криогенные, глеевые, органогенно-аккумулятивные.

Изучена роль напочвенного покрова в изменении микростроения поверхностных горизонтов почв различных стадий развития, от голого пятна до зрелой почвы на примере сукцессионных стадий самозарастания криогенных пятен. Установлена биогенная агрегация поверхности пятна под влиянием функционирования водорослей и других микроорганизмов криптогамных корок на первой стадии зарастания (изометричные агрегаты) наряду с криоген-но-коагуляционными. Свойства почвенных корочек в тундрах Западной Сибири изучены ранее (Кошелева и др., 1958).

Анализ микростроения автономных тундровых глеевых почв показал, что ведущими процессами в органогенных горизонтах являются: 1) аккумуляция грубого гумуса на границе с минеральной толщей, 2) криогенная переработка материала. В гор.ви преобладают криогенные и глеевые процессы. В иллювиальных горизонтах (rop.Bg) отчетливы признаки: 1) иллювиирования (глинистые пленки на стенках пор и натеки), 2) оглеения (микрозональность,

конкреции), 3) криогенных процессов (ооиды, папулы, турбиро-ванный гумус), 4) унаследованные (реликтовый гумус, гетерогенные натеки, псевдоморфозы корней, плитчатость и сетчатая текстура скелетан, выявляемые в почвах южной тундры). Многочисленные литореликты седиментационнош генезиса в иллювиальной толще свидетельствуют о неоднородности породы. Сохранность палеопочвенных признаков (гумусовые педореликты) наблюдается благодаря слабой переработке почвообразованием материала нижней части профиля.

Сходный характер гранулометрической и химической дифференциации южнотундровых и северотаежных почв, погребенные гумусовые педореликты в тайге и тундре свидетельствуют о сходной истории их формирования. Опираясь на полученные данные и палеогеографические построения (Никифорова, 1989) предполагается, что дифференциация гранулометрического и химического состава является результатом и развития почв. Это могли быть периоды климатического оптимума (АТ), когда леса достигали побережья океана. Педогенная дифференциация накладывается на исходную литогенную, трудно диагностируемую в случае слабой контрастности верхней и нижней толщ породы. Сопряженное развитие трансэлювиально-аккумулятивного отрезка катены в северотаежной подзоне можно представить как постоянное усиление аккумулятивных процессов и оглеения. Происходит экспансия заболоченных почв на суходол.

VI. Микроморфологическая диагностика почв и ЭПП.

Современные представления об ЭПП, их систематика и диагностика, а также механизмы и факторы их формирования даны И.П. Герасимовым (1973, 1975, 1985), а также в монографии "Элементарные почвообразовательные процессы...", 1992. В настоящей главе делается попытка группировки ЭПП в изученных почвах на основании их микроморфологических признаков. Предлагается разделение на 3 основные группы ЭПП, участвующие в формировании почв таежной и тундровой зон — биогенно-аккумулятив-ные, элювиальные, метаморфизма и переорганизации массы.

Процессы метаморфизма органического вещества включают подстилко- и торфообразование, трансформацию и гумификацию органического вещества, его минерализацию и миграцию. Диагностическими микроформами гумуса в автоморфных почвах тайга являются: в подстилке — грубый гумус, на границе с минеральной толщей — хлопьевидные бурые сгустки, в элювиальной толще — дисперсный светлый гумус и мелкие углистые частицы, в иллювиальной — колломорфный бурый гумус в пленках и натеках. Своеобразная экологическая обстановка гидроморфных почв способствует застою миграционных продуктов в верхней части, формированию изотропной органо-минеральной плазмы. Коагуляционные гумусовые и органогенные агрегаты, окаймленные пленками, свойственны тундровым почвам.

В суглинистых почвах преобладают грубогумусово-аккумуля-тивные и элювиальные процессы, в песчаных — гумусо-иллюви-альные, усиливающиеся по мере увеличения степени пироморфизма. В освоенных почвах возрастает степень разложения растительных остатков, их гомогенизация, смешивание с минеральной массой.

Группа элювиальных процессов объединяет лессиваж и парт-лювацию, А1-Ре-гумусовый, глеевую миграцию.

Лессиваж. Критерии лессиважа (МсКеа§ие, 1983), примененные к изучаемым почвам, подтверждают наличие этого процесса, более интенсивно проявлявшегося, по-видимому, в более ранние стадии педогенеза. Масштабы современного лессиважа невелики. Наибольшая площадь, занятая натеками (5%), сложными по составу и крупными по размеру, обнаруживается в верхней части иллювиальной толщи. Выше этой зоны преобладают относительно недавние, а ниже — более ранних стадий педогенеза и, возможно, литогенеза.

Ослабление к северу процессов лессиважа связано с укорочением активного периода почвообразования. Освоение почв вызывает усиление лессиважа. В плохо дренируемых почвах иллювиальная глина является продуктом более раннего периода почвообразования.

А1-Ре-гумусовый процесс. Имеет место в условиях свободного дренажа и окислительной обстановки на песчаных почвообразую-щих породах и в облегченной верхней части текстурно-дифференцированных почв. Основные диагностические признаки: отсутствие пленок на зернах скелета и изотропность плазмы в гор.Аг, обогащенность конкрециями, гумусо-железистая плазма, цементирующая округлые агрегаты, железо-гумусовые пленки на зернах скелета в гор.Вг. В верхней части ТДП наблюдается четкая дифференциация не только по морфологическим и аналитическим признакам, но и по составу слоистых силикатов. В результате разной интенсивности стадийной трансформации слоистых силикатов, в Г.А2 идет накопление вермикулита, а в г.Вг — почвенного хлорита и аморфных веществ (Соколова, 1985). Сходство механизма формирования полнопрофильных песчаных подзолов и субпрофилей ТДП заключается в хемогенной элювиально-иллювиальной дифференциации ИгОз с гумусом.

Глеевая миграция Ре. Результатом мобилизации в восстановительных условиях железа в г.Аг является снятие Ре-пленок с поверхности минеральных частиц, чередование восстановленных и окисленных микрозон, а результатом его миграции — железистые или гумусо-железистые пленки в гор.В, чисто железистые натеки, переслаивающиеся с глинистыми. Сегрегации и цементации в профилях почв являются также результатом этого процесса.

Группа процессов метаморфизма и переорганизации массы объединяет разнообразные ЭПП, не всегда диагностируемые мик-роморфологически (разрушение глинистых силикатов).

Оподзоливание. Разрушение глинистых силикатов в суглинистых подзолистых почвах может быть косвенно подтверждено: 1) балансовыми расчетами ила, оксидов (Симонов, 1993); 2) расчетами коэффициента выветрелости (ИегОз ,!ССИЛ. / РегОз 0бШ.), равного 0.3 в гор.Аг и 0.1 — в гор.В(; 3) наличием кислых агрессивных фракций органического вещества; 4) сезонными восстановительными процессами. Разрушение ила является следствием как фер-ролиза (Вппктап, 1979), так и гидролиза (Роде, 1937; Пономарева, 1964). Результатом совокупных процессов кислотного гидролиза,

оглеения, лессиважа является обеднение плазмой Г.А2, признаки коррозии, выветривания минералов, а также соединения Ре, гумуса, А1, вынесенные и отложенные в г.В в натеках. Уменьшение коэффициента выветрелости к северу (0.2) может быть связано со снижением потенциала климата и биоты в этом направлении.

Криогенные процессы. В северных почвах исключительно велика роль криогенных процессов: оструктуривания, сортировки материала, реорганизации строения плазмы, дезинтеграции, гравитационной сепарации (Губин, 1993; Кошелева, 1958; Морозова, 1966). Диагностика: слоеватая и ооидная микроагрегация, возникающая вследствие давления ледяных прослоев и коагуляционного оседания тонких частиц в виде колец, возможно, на стадии литогенеза (Конищев, Рогов, 1985). Криогенная сортировка минеральных зерен, заметная в порах упаковки элювиальной части почв в виде кольцевых, субпараллельных и локальных обособлений, усиливается в полугидроморфных почвах. Гравитационная сепарация осуществляется в результате миграции влаги к фронту промерзания (Грабецкая и др., 1991). К северу более выражены сетчато-ячеистая текстура, тиксотропность, мерзлотно-суффозионные явления. Криогенез препятствует элювиальной дифференциации профилей вследствие коагуляции и прочного закрепления мобильных продуктов почвообразования.

Оглеение. Согласно Ф.Р. Зайдельману (1992) глееобразование является универсальным почвенным процессом в гумидной зоне. В различных природно-климатических регионах этой зоны проявление признаков оглеения разное. -

Полученные результаты позволили выделить следующие типы глееобразования по характеру микрдстроения почв: 1) оглеение, 2) элювиально-глеевый, 3) глеевый. Диагностические показатели:

1) В автоморфных почвах при промывном водном режиме и слабоконтрастных окислительно-восстановительных условиях развивается слабое оглеение. Характерными для элювиальной толщи формами Ре-сегрегаций являются твердые темно-коричневые конкреции; в иллювиальных горизонтах увеличивается разнообразие форм стяжений (Ре-пятна, хлопья, диффузионные кольца).

2) В полугидроморфных почвах при застойно-инфлюкцион-ном водном режиме, контрастных окислительно-восстановительных условиях развивается элювиально-глеевый процесс. Специфическими чертами микростроения при этом процессе являются: рыхлые Ре-гумусовые сгустки в органогенных горизонтах, конкреции 2-х типов в гор.Аг8 (плотные, ржаво-коричневые и рыхлые бурые), преобладание хлопьевидного Ре в rop.Bg.

3) В гидроморфных почвах' при застойном водном режиме и длительном анаэробиозисе развивается глеевый процесс. Особенности микростроения при этом процессе определяются сильной ожелезненностью профиля (Ре-гумусовая плазма и пленки на зернах скелета, по краям трещин).

Педотурбашм. Гомогенизация профилей в результате разбухания и сжатия, био-, фито-, крио- турбаций может быть причиной нивелировки дифференциации на горизонты. Педотурбации усиливают микрозональность, отчетливо заметную в почвах тайги (ветровал) и тундры (криогенез), изменяют тип плазмы, микроструктуры, пористости, являются причиной вариабельности свойств почв. Ритмичное чередование криотурбации в тундре обеспечивает микрокомплексность и разновозрастность почв. Педо-криотурбации детально изучены как в таежной (Скворцова и др., 1983; Басевич, Шоба, 1986), так и в тундровой (Караваева, 1969) зонах. Эти процессы помогают объяснить многие стороны генезиса почв и прогнозировать их развитие.

Даны таблицы микроморфологических диагностических признаков почв.

VII. Эволюция почв северо-востока Русской равнины в голоцене.

Неоднократные смены климата и растительности в голоцене (Никифорова, 1982), отраженные в палеогеографических реконструкциях, обусловили полигенетическое развитие современных почв. Общей тенденцией изменения климата в голоцене было направленное потепление в первой половине, и похолодание — во второй (Величко, 1973; Хотинский, 1977; Александровский, 1983).

Кроме гумусовых педореликтов в таежных и тундровых почвах в каждом профиле найдены и описаны на микро- и мезоуров-не черты полигснеза почв — унаследованные признаки: глинистые, пылевато-глинистые и железистые кутаны, характеризующие ранние стадии почвообразования. В тяжелой части профилей диагностируются палеокриогенные признаки (кольцевые микроструктуры, призмовидно-плитчатая структура), часто — палеокриотурба-ционные (скопления углистого гумуса, мелонизированных и угле-фицированных растительных остатков), а также притрещинные толстые гумусовые кутаны и папулы. Последнее может свидетельствовать о локальных условиях повышенного увлажнения, иллювиальной природе былого гумусирования. Следы полигенеза встречаются также в почвах на песках и двучленных отложениях: гетерогенные пленки в г.В, натеки глины в трещинах ортзанда, фрагменты гор.Аь по фону Аг, фрагменты цемеитаций в r.A2g.

Катены почв, как активные элементы саморазвивающегося ландшафта, вызывают изменение литогенной основы. На примере катены северной тайги можно констатировать, что происходит саморазвитие сверху и метаморфоз — снизу от исходных элювиальных почв. Об этом свидетельствует не только постепенное наращивание торфа (р.32, 27), но и цементированного слоя. Даже в элювиальной части катены в rop.Bf со временем может образоваться rop.Bh вследствие имеющейся тенденции к заболачиванию. Поскольку, для образования цемеитаций требуется не менее 5 тыс.лет (Макхани и др., 1988), восходящее развитие катены могло начаться после атлантического периода.

Часть II. Антропогенно-измененные почвы.

VIII, IX. Освоенные почвы тундровой и таежной зон.

а) Освоенные тундровые почвы.

Основы сельскохозяйственного освоения тундры заложены работами E.H. Ивановой и O.A. Полынцевой (1954), И.С. Хантимера (1974) и продолжены (Экол. основы..., 1991).

Комплекс тундровых поверхностно-глеевых почв вершин и пологих склонов водораздельных увалов освоен под пахотные и

луговые угодья. Соответственно, формируются гомогенный пахотный и дерново-аккумулятивный горизонты вследствие трансформации гор.Ао и в целинной почвы, как показало сравнение их с исходной целинной. Диагностика: под влиянием освоения (возраст пашни около 10 лет) изменяется характер агрегированности пахотного слоя, происходит гумусовая пропитка агрегатов, усиление лес-сиважа (натеки с глубины 15 см), вследствие диспергации мелкозема, активизация морозной сортировки материала (аккумуляция пыли), в результате снятия теплоизолирующей подстилки (табл. 5). Ведущими процессами формирования пахотных тундровых почв являются: 1) метаморфизм органического вещества (поверхностное поступление, трансформация, слабая гумификация и миграция), 2) переорганизация почвенной массы (криогенное оструктурива-ние, агро- и криотурбации), 3) оглеение (восстановленный глей с фрагментами окисленного), 4) миграция (глеевая миграция Ре и лессиваж).

В задернованной почве сеяного луга (25-летнего пользования) наблюдается упорядочение структурной организации (сложные пластинчатые агрегаты в дерновом и нижележащем горизонтах), ослабление лессиважа и уменьшение оглеения вследствие острук-туривания и лучшей аэрации дернового горизонта по сравнению с пахотными. Основными почвообразующими процессами являются: 1) поверхностное и внутрипочвенное поступление органического вещества, его трансформация и гумификация, 2) криогенное и биогенное оструктуривание. Процессы оглеения, миграции веществ и лессиважа имеют подчиненное значение и признаки их выражены в горизонтах, залегающих под дерновым. Антропогенная эволюция пахотных тундровых почв направлена на формирование почв с качественно новым биологическим круговоротом веществ, интенсификацией аккумулятивно-иллювиальных почвообразующих процессов в верхней части профиля, тоща как задернованные почвы приближаются к природным дерново-луговым почвам тундровых луговин.

Таблица 5

Морфологическая диагностика освоенных почв

Признаки г.Ащщ. Таежные слабоокультуренные Тундровые

Подзолистая Глееподзолвстая Пахотная Задернованная (сеяный луг)

Агрегаты Форма Овальная, изометрическая Округлая, лин-зовидная Округлая, пластинчатая; компактные зоны Пластинчатая, округло-угловатая

Размер, мм 0.8-5 1-3 2-3.5 1.8-4

Тип Сложные, ко-про генные Простые и сложные Преимуществе нно простые Локально сложные

Растительные остатки Характер Фрашеятирова иные Обуглившиеся, со следами клеточного строения Турбирован-ные Мелкоразмель ченные, слое-ватопо сложения

Степень разложения Средни Средняя и слабая Очень слабая Слабая

Гумус Форма Модер, хлопьевидный, дисперсный Грубый и модер, дисперсный Грубый, коагу-ляцнонно-сгус-тковын Грубый, коагу-ляционно-гроз-дьевидный

Связь с минеральной частью Слабая Очень слабая Не связан Не связан

Плазма Состав Гумусо-тинис-тая Глинистая, гу-мусо-глинистая Глинистая Глинистая

Тип Локально изотропная, чешуйчатая Пленочная, чешуйчатая Чешуйчатая Чешуйчатая

Микроморфотип горизонта Однородный рыхлоагреги-рованный, ак-кумулятивво-алювиальнмй Микрозональный, слабо агрегированный, элювиальный Микрозональ-ньш, слабо агрегированный, турбационный Слоевато-коа-гуляционно-агрегированный, со следами 7урбацин

б) Освоенные подзолистые почвы.

Биологические особенности, агрохимические свойства, режимы питательных элементов отражены в работах Т.А. Стениной (1970), Т.Г. Заболоцкой (1985), И.Н. Хмелинина (1984), В.А. Без-носикова (1993). По структурной организации пахотные почвы се-

верной тайги (срок освоения ~ 50 лет по традиционной технологии) сохраняют черты сходства с целинными глееподзолистыми. Диагностика: наибольшую трансформацию претерпевает пахотный горизонт, в котором происходит изменение характера агрегированное™ (сложные изометричные агрегаты, гетерогенная пористость), и микроформ гумуса. Среди растительных остатков последовательных стадий разложения преобладают размельченные первичными разлагателями. Светло-бурая органическая плазма более равномерно распределяется в пределах агрегатов, тоща как в целинных она концентрирована у краев. Глинисто-гумусовые образования выражены слабо, в виде бурых пленок на зернах минералов и натечного тонкодисперсного материала в профиле.

В условиях средней тайги в освоенных подзолистых почвах усиливаются переработанность органических остатков вторичными разлагателями и связь гумуса с минеральной частью почвы, происходит изменение типа гумуса от модер до мулль-модер. Со временем, в старопахотных почвах (огородные участки) происходит уплотнение сложения, уменьшение объема пор, локализация сгустков гумуса. Освоение подзолистых почв вызывает резкое изменение характера агрегированное™ пахотного горизонта, микроформ органического вещества, усиление лессиважа. Толщина глинистых пленок увеличивается от 1.5 в целинных до 3 мм в освоенных сла-боокультуренных почвах. Слабоокультуренные разновидности освоенных подзолистых почв сохраняют набор ЭПП, свойственный целинным. Изменяются качество и характер метаморфизма органического вещества, тип агрегации, интенсивность оглеения и миграции ила.

Нетрадиционные удобрения" (компосты гидролизного лигнина и древесная кора), созданные на основе отходов лесной промышленности (Хмелинин и др., 1989) оказывают влияние на ЭПП и микростроение слабоокультуренных почв. Лигниновые компосты в высоких дозах (1000 т/га) обеспечивают образование темной гумусовой плазмы, изометричных стабильных агрегатов и рыхлого сложения, изменяют микроформы гумуса: пленочная и агрегатная формы, упрочение связи с минеральной частью. Небольшие дозы

древесной коры на тяжелых почвах улучшают пористость и аэрацию. Использование лигнина в чистом виде, также как и органо-минерального удобрения на его основе, в меньшей степени изменяет исходное почвенное микростроеиие.

Мелиорированные, почш,

Широкое распространение в таежной зоне почв поверхностного и грунтового переувлажнения предполагает проведение мелиоративных мероприятий при их использовании в сельском хозяйстве. Последнее тесно связано с проблемами диагностики степени оглеения и классификации тяжелых минеральных почв. Общие принципы построения такой классификации разработаны Ф.Р. Зайдельманом (1981, 1991), однако для каждого природно-климатического региона должна быть своя, локальная классификация, с учетом зонально-провинциальных особенностей этого региона. На основании количественных показателей, комплекса морфологических признаков разработаны диагностика и классификация по степени оглеения, дана оценка целесообразности осушения тяжелосуглинистых почв подзолистого и болотно-подзолистого типов, увлажняемых поверхностными водами. Рекомендации составлены для средней тайги Республики Коми, и имеют отличия от таковых для центральных районов России (табл. 6).

а) Закрытый дренаж.

Слабоглееватая подзолистая суглинистая почва, наблюдение через 3 и 5 лет после строительства системы. Диагностика: в гор.Апа*. доминирование коричнево-бурых центров сегрегации Ре-соединений; в гор.АгВ — красноватые аморфные глинисто-Ре и темно-серые гумусовые натеки; в гор.В! цвет натеков красно-коричневый в сравнении с желтым в неосушенной почве, разуплотнение микросложения. Усиление элювиально-иллювиальных процессов распределения Ре, гумуса, глины, миграции органо-мн-неральных соединений, осаждения окисленных соединений Ре, сегрегации Ре, сопровождается увеличением пятнистости. Анализ структурных компонентов показал повышение содержания оксидов Ре и А1 в глинистых кутанах осушаемого варианта. Усиление элю-

виалыю-иллювиалыюй миграции наблюдалось и на других объектах (Розов, 1937; Зайдельман, 1991).

Таблица 6

Диагностика степени оглеения пахотных почв средней тайги

Почвы

Признаки Неогленвая Глубоко- Слабоогпеева- Глееватая Глеевая

оглеенная тая

а) вес, % к <1 1 <2 >2 _

почве

6) размер, мм <2 2-3 2-3 <б >6

в) цвет светло-пале- бурый темно-бурый желто-ржавый охрвсто-ржа-

вый вый

г) форма округлая, эл- округлая округлая овальная, угло- трубчатая, уг-

липсовидная ватая ловатая

д) плотность твердые плотные рыхлые мягкие мягкие

е) Ре:Мп 7 12 20 24 35

2. Натеки:

а) цвет коричневый красноватый, розоватый сизовато-бурый снзый

темно-корич-

невый

6) состав гумусо-гли- гумусо-желе- — железисто- железистые

ввстые зисто- глинистые

шиннстые

3. Микромор- — сегрегацион- сегрегационный. сегрегационный, цементацион-

фотип глея ный слабообесцве- обесцвеченный ный, сегрега-

чевный ционный,

обесцвечен-

ный

4. Коэффици- <10 10-15 15-20 20-30 >30

ент. гиаромор-

фшма

5. Целесооб- Не нуждают- Ускорение Отвод воды из Ограждение Выборочные

разность <?су- ся поверхности микропоииже- склоновых вод дренажные

1ШЛЯЯ ого стока нин траншей

Торфянисто-подзолисто-глееватая иллювиально-гумусовая поч-Еа (на песках, подстилаемых суглинками). Диагностика: В ГОр.Апах. бурые аморфные сгустки, агрегаты между скелетными зернами; бурые пленки на зернах, микрозональность; сгустковая и агрегаци-онная формы Ре-гумусовых соединений, более толстые темно-коричневые пленки на зернах в гор.Вь; околопоровые обособления

и глинистые пленки вдоль каналов, красновато-бурые микрозоны в контактном горизонте. Усиливаются элювиально-иллювиальные процессы (гумуса, ила, Ре), прекращаются глеевые в верхней облегченной толще. Пахотный слой формируется вследствие трансформации гор.Ао, АгЕ и В), (рис. 2). Увеличение мощности шр.Аг может свидетельствовать об интенсификации подзолистого процесса, под которым в данном случае подразумевается снятие гуму-со-Ре пленок с поверхности зерен и элювиироваиие бурой плазмы, занимающей промежутки между зернами, осветление горизонта Вь исходной почвы. Аэрация лишенной подстилки облегченной толщи вызывает осаждение Ре в иллювиальных горизонтах. Вследствие усиления мобилизации и миграции гумуса происходит резкое обособление гор.Вь. Почва переходит в разряд освоенных подзолистых иллювиально-гумусовых глубокооглеенных.

г П о Ж а

АО Ог Та

А2§ А т

Bh пах — Т Ш —■

А 2 m

-

Bhf вп so - Shf вы

_ ___ _

Щ щ ем _ 6 Bt

Рис. 2. Антропогенная эволюция мелиорированных почв на двучленных отложениях и торфяно-глеевых верховых почв. I — торфяно-подзолисто-глееватая иллювиально-гумусово-железистая; II — пахотная подзолистая иллювиалъно-гумусовая; III — болотная верховая торфяно-глеевая, IV — освоенная торфяная иллювиалъно-гумусовая.

б) Открытый дренаж.

Торфяно-глеевая почва верхового болота. Диагностика: 1) пахотный горизонт с колломорфной бурой плазмой и остатками растительности разной степени разложенности, 2) подпахотный с бурыми агрегатами плазмы, пленками, горизонт иллювиального накопления гумуса, 3) контактный глеевый горизонт, превращенный в иллювиально-железистый, с локальными цементациями и оже-

лезнениями. Создается новый тип освоенных торфяных иллюви-ально-гумусовых почв.

в) Глубокое рыхление.

Повышение эффекта осушительной мелиорации тяжелых минеральных почв может быть достигнуто применением глубокого рыхления. Глубокое рыхление, усиливая миграционные процессы тонкодисперсной массы из пахотных горизонтов, и лессиваж, способствует обеднению последних как илом, так и питательными веществами. Одновременно происходит локальная агрегация плазмы. Для получения длительного положительного эффекта от этого приема необходимо предварительное оструктуривание почв.

Эволюция осушенной суглинистой почвы может идти двумя путями: 1) прогрессивному, 2) регрессивному (рис. 3). При осушении пахотных подзолистых почв с одновременным применением всего комплекса мероприятий развитие почвы завершится постепенным переходом ее в разряд дерново-подзолистых, сближением этих почв. При осушении слабоокультуренных почв и невыполнении мер по их окультуриванию будет происходить деструкция органического вещества в пахотном горизонте, его уплотнение и усадка, вынос ила, элементов питания. Резкая текстурная дифференциация может вызвать усиление оглеения верхней толщи, а со временем — заболачивание всей почвы, ее деградацию.

X. XI. Техногенно-измеиениые почвы.

Техногенный период эволюции почв связан с резко возросшим воздействием хозяйственной деятельности человека и ее негативными последствиями. В связи с этим возникает необходимость учитывать характер и глубину трансформации строения, свойств, а также особенности функционирования этой сложной естественно-антропогенной системы. Основные принципы и подходы к созданию классификации техногенных и агрогенных почв разработаны (Тонконогов и др., 1990; Геннадиев и др., 1992; Лебедева и др., 1993; Гаджиев и др., 1992; Курачев и др., 1994). В настоящей главе рассматриваются почвы, подвергшиеся механической трансформации при строительстве магистрального трубопровода, загрязнен-

ные тяжелыми металлами (атмосферные выпадения вблизи промышленных предприятий) и радионуклидами (из подземных вод, изливающихся на поверхность).

1

1а

Вй Ш

Am А2 А2В

В.I

BÎ

Щ

te ттт Длп я '¿Si т г

А2 — am А2 — Ам kit Ш

— А2В ■мм Щ пт & й щ Дм

ттт il V Bt !t}

12 02 ВС} ВЦ

ВСд

■100 и*

Рис. 3. Антропогенная эволюция мелиорированных суглинистых почв. А — . прогрессивная. Б — регрессивная. I, 1а — пахотная подзолистая слабо• глееватая почва; H — окультуренная; На — деградированная; III — глее-вая.

а") Механогенно-трансформированные почвы (трасса магистрального газопровода). Изучены подбуры в горной тундре Северного Урала (а.в. 930 м), бурые кислые грубогумусовые в катенах ira склоне г.Пеленер и в увалистой полосе Предуралья на фоновых и нарушенных территориях. Выделено 3 степени деградации почв, с учетом сохранности биогенно-аккумулятивного слоя: 1) слабая, если не нарушена целостность, а расшатан лишь участок биоген-но-аккумулятивной толщи, что сопровождается изменением физико-химических параметров; 2) средняя с существенными изменениями в биогенно-аккумулятивной толще, выраженными в виде перемешивания, частичного погребения или удаления горизонтов, изменения элементарных почвенных процессов, 3) сильная, при полном нарушении почвы, потере всей биогенно-аккумулятивной толщи и обнажении породы.

Формирующиеся на элювио-делювии коренных пород цодбуры горных тундр морфологически слабо дифференцированы (Тар-гульян, 1971), им свойственна аккумуляция гумуса, аморфных

ИгОз и их морозная коагуляция (Фирсова и др., 1983; Забоева, 1975). Диагностические признаки фоновых, прилегающих к трассе газопровода, почв следующие: гор.Ао — фрагменты растительных остатков, бурая Ре-гумусовая плазма, обломки пород; гор. А (В — коагуляционно-изометричный тип агрегации, Ре-гумусово-глинис-тая плазма. В деградированных подбурах (редуцирование, погребение), по сравнению с фоновыми, отмечается неупорядоченность строения тонкодисперсной массы, дезагрегированность или слабая выраженность агрегации, что связано с потерей гумуса, обменных оснований (табл. 7), ила. Микростроение эродированных вариантов отражает вынос тонкодисперсных частиц, изменение типа агрегации (тонкослоеватость параллельно поверхности). Техногенные воздействия способствовали уменьшению противоэрозионной устойчивости почв, особенно в горной тундре. Происходит усиление криогенных процессов и выветривания. Потенциал самовосстановления подбуров чрезвычайно низкий (толщина гумусо-аккумулятивного слоя 1-3 мм через 16 лет), в напочвенном покрове — редкие кустики злаковых и криптогамные корочки. Возможное направление эволюционного развития этих почв — в сторону зональных почв — подбуров.

Характерной чертой бурых кислых грубогумусных почв Среднего и Южного Урала (Михайлова, 1976; Фирсова, 1977, 1983) является стабильность органо-Ре-глинистой плазмы и слабые тенденции проявления А1-Ре-гумусового процесса. Бурым почвам Северного и Приполярного Урала свойственны высокое содержание подвижных Ре-гумусовых соединений (Забоева, 1975) и четкое развитие А1-Ре-гумусового процесса. В бурых почвах Северного Урала, вдоль трассы газопровода, на элювии кислых пород проявляется аккумуляция бурых глинисто-гумусо-Ре комплексов в гор.А! (темноокрашенные хлопьевидные сгустки) и частичное элювииро-вание, появление осветленных микрозон. Гумусо-Ре пленки в порах гор.В подтверждают слабый А1-Ре-гумусовый процесс. Ведущими процессами почвообразования являются метаморфизация органического вещества, ожелезнение профиля вследствие окисли-

тельного режима и промерзания, хемогенная агрегация, дезинтеграция минерального вещества и слабая А1-Ре-гумусовая миграция.

Таблица 7

Трансформация физико-химических свойств подбуров и бурых кислых грубогумусных почв Урала

Почва Горизонт Глубина, си Гумус, % Поглощенные основания, м-э/100 г ЯегОз, % к почве

Са м$ по Тамму по Джек со ну

Горная тундра

Подбур (фон) Ао 0-9 - 27.5 8.8 1.77 1.80

Вь 9-16 9.9 6.3 3.2 0.96 1.13

С 16-20 2.8 3.9 1.1 0.82 1.05

Погребенный Вь 0-5 1.6 1.0 0.2 0.43 1.78

Редуцированный Вь 0-11 2.5 1.0 0.3 0.45 1.55

Эродированный Вь 0-7 0.9 0.5 0.5 0.33 1.06

Горно-лесной пояс

Бурая кислая гру- АоА) 0-3 - 23.2 9.0 0.41 0.50

богуиусная (фон) Аг^ 3-10 6.0 1.4 0.6 0.67 0.68

Вл, 10-22 3.4 0.9 0.6 0.70 0.71

Погребенная I 0-10 3.0 3.8 3.2 0.39 0.41

Атпм 27-30 2.7 1.8 1.0 0.45 0.49

Редуцированная Адер. 0-3 38.7 5.5 6.3 0.38 0.41

задернованная Вь 3-Ю 6.4 0.2 0.3 0.42 0.43

В 10-27 2.8 1.0 0.9 0.58 0.61

Эродированная Вь 1-10 6.4 8.7 4.0 0.59 0.60

На первом этапе после техногенного воздействия (погребение, редуцирование) в почвах верхних частей крутых склонов ведущими процессами явились ЭПП смыва мелкозема и выщелачивания обменных оснований, растворимых веществ. В почвах средних частей склонов одновременно имели место процессы привноса вещества (гумус, Са, Mg) поверхностным и внутрипочвенным стоком. Сукцессионная смена растительного покрова на лиственные породы, злаковые формации по трассе трубопровода вызвала образование вместо гор.АоА) природных почв дерново-аккумулятивного слоя (мощностью 0.5 см через 16 лет со сложными биогенными

агрегатами) в профиле редуцированных и погребенных почв. Начальные стадии дернового процесса почвообразования через 5 лет после нарушения отмечены в предгорьях Полярного Урала И.Т. Ливеровской (1983). В нижележащих горизонтах происходит уплотнение микросложения. В нарушенных почвах ослабляются процессы А1-Ре-гумусовой миграции. Нарастание топо-литогенной гумидности по катене на пологих склонах и локальных депрессиях обусловливает усиление ЭПП оглеения, сегрегации, дезагрегации и уплотнения погребенных почв.

Эволюция почв дренированных склонов катены направлена в сторону образования бурых кислых почв с дерново-аккумулятивным слоем типа одернованного грубогумусного горизонта. Почвы подножий склонов, в условиях затрудненного дренажа, делювиального привноса мелкозема, эволюционируют в сторону почв гидро-морфнош ряда. Сравнительно высокий потенциал самовосстановления бурых почв связан с достаточным резервом минералов, неустойчивых к выветриванию. Они способствуют обогащению тонкодисперсной массы Ре-соединиями, агрегации и стабилизации почвы. Почвы крутых склонов, противоэрозионная стойкость которых 0.08, восстанавливаются медленнее в сравнении с почвами подножий (противоэрозионная стойкость 0.22). Соответственно, мощность вновь образованного гумусо-аккумулятивного слоя увеличивается от 0.1 до 0.5 см.

б) Атмосферно-трансформированные почвы (загрязненные тяжелыми металлами). Подзона южной тундры, ТЭЦ-2 и Цементный завод г. Воркута в радиусе около 5 км. Сформирован техногенный горизонт мощностью в среднем 3-4 см (за 50 лет), плащеобразно покрывающий поверхность исходных тундровых поверхностно-гле-евых почв. Диагностика техногенного горизонта: темно-бурая глинисто-гумусовая плазма, сложные агрегаты, многочисленные фрагменты растительных остатков, скелетные зерна цементной и угольной пыли. Произошло изменение химических параметров почв (подшелачивание, замещение Н и А1 в поглощающем комплексе на Са) и, соответственно, интенсификация аккумулятивных процессов (гумус, азот), торможение элювиальных, благодаря под-

щелачиванию. Ослабление функционирования фоновых процессов (криогенных, миграции вещества) и активизация техногенно-индуцированных (метаморфизации органического вещества, переорганизации почвенной массы) предопределили эволюционную направленность природных почв в сторону формирования в них задернованных поверхностных горизонтов и перехода почв в разряд близких к дерново-луговым (сходные с почвами тундровых луговин). Нарушение эволюционно-сложившихся трофических и це-нотических связей в экосистемах, выпадение или количественное уменьшение ацидофилов и распространение кальциефилов являются следствием трансформации почв. Физико-химические свойства тундровых суглинистых почв способствуют аккумуляции тяжелых металлов, содержание которых превышает ПДК. Характер гумусо-Ре-глинистой плазмы, формирование сложных и коагу-ляционных агрегатов свидетельствуют о низкой потенциальной способности к самоочищению.

в) Гидрогенно-трансформированные почвы (длительно промываемые подземными водами и загрязненные радионуклидами). Подзона северной тайги, подзолистые почвы. Промывание почв фильтрующимися подземными водами сопровождается вымыванием растворимых соединений, вертикальным переносом на легких породах и частичным боковым — на суглинистых (Русанова, 1962-65). Вследствие усиления диспергации мелкозема происходит интенсификация процессов лессиважа, партлювации. При просачивании через почвенную колонку минерализованных радиевых вод происходит обогащение поверхностных горизонтов обменными основаниями, нейтрализация кислотности, максимальная сорбция радионуклидов в этих же горизонтах (рис. 4).

Радиевый участок

Рис. 4. Физико-химические свойства почв и содержание в них Яа.

Изменение свойств почвы способствует сукцессионной смене напочвенного компонента экосистемы, мохового покрова на травянистый. Вследствие трансформации гор.Ао, и частично А2 в дерновый, почвы подзолистого ряда эволюционируют в сторону дерново-подзолистых. Почвы верхового болота, насыщенные минерализованными водами, переходят в разряд низинных. В почвах не-заливаемой поймы происходит формирование мощного дернового горизонта. Выявлена коррелятивная зависимость аккумуляции радионуклидов от физико-химических свойств почв: Характера тонкодисперсной массы, содержания гумуса, емкости поглощения и кислотности. Перечисленные параметры определяют сорбционную способность органо-аккумулятивных и других горизонтов, поглощение ими большинства радионуклидов. Микроколичества радионуклидов, поступающих в почву, сорбируются пленками на зернах скелета или плазмой, природа которых (глинистые, гумусовые или железистые) влияет на обратимость или необратимость, прочность сорбции. Интенсивность педогенной и биогенной миграции ра-

дионуклидов выше в А1-Ре-гумусовых почвах, что вызывает их рассеивание и загрязнение смежных подчиненных ландшафтов, природных вод. Аллювиальные и болотные почвы концентрируют радионуклиды. Проведена оценка способности таежных почв к самоочищению. Обнаружена относительно высокая стабилизирующая способность большей части (70%) почв таежной зоны, заболоченных в той или иной степени. Поскольку тенденция дальнейшего развития природного процесса в голоцене в сторону похолодания будет способствовать развитию гидроморфизма и расширению ареалов гидроморфных почв, следует учитывать склонность последних к концентрированию радионуклидов при планировании хозяйственной деятельности.

Заключение

Многолетние сопряженные исследования генезиса, микроморфологии и физико-химических свойств почв Северо-Востока Русской равнины, проведенные в комплексных темах Института биологии КНЦ УрО РАН, позволили оценить особенности почвообразования природных и антропогенно-трансформированных почв таежной и тундровой зон. Изучение микроморфологии почв, использование структурно-организационного и катенарного подходов позволили разработать систему микроморфологических диагностических признаков таежных и тундровых почв, дать их разграничительную диагностику, интерпретацию современных и унаследованных ЭПП и структурно-функциональных связей топоэкологиче-ских сопряжений. Предложенный кагенарный подход реализуется в выделении отдельных блоков (отрезков) катен, определении го-ризонтных и профильных комбинаций микроморфологических признаков, физико-химических свойств и ЭПП, выявлении функциональных связей между блоками. Использование предложенного подхода к почвам таежной и тундровой зон позволяет сделать следующие выводы:

1.Комплексы микропризнаков и вещественный состав песчаных почв диагностируют в них основные эллювиально-

иллювиальные и глеевые аккумулятивные процессы в таежных ка-тенах: доминирование А1-Ре-гумусового процесса в автономных условиях, усиление глеевой миграции и роли А1-фульватов — в подчиненных. В почвах на слабоконтрастных двучленных породах ведущим процессом является А1-Ре-гумусовый. В результате усиления глеевой миграции Бе на среднеконтрастиых отложениях формируются цементации в элювиальной части профиля. В почвах на контрастных породах глеевые процессы преобладают. Подбуры равнинных тундр характеризуются аккумулятивно-иллювиальным типом распределения тонкодисперсной массы, вследствие доминирования крио-коагуляционного и А1-Ре-гумусового процессов.

2.Микростроение автономных блоков таежных катен на суглинистых отложениях отражает дифференциацию элювиальной толщи по А1-Ре-гумусовому типу и признаки лессиважа (современного и унаследованного) — в иллювиальной. Проявления катенарного функционирования выражаются в усилении элюви-ально-глеевых процессов, ослаблении лессиважа в транзитно-аккумулятивных позициях, преобладающей роли аккумулятивных процессов и массивного глея в подчиненных ландшафтах. Усиление гумидности и криогенеза в зональном ряду почв отражается в специфике микростроения глееподзолистых почв, выражающейся в более резкой криогенной агрегации и дифференциации элювиальной части профиля по А1-Ре-гумусовому типу, углублении зоны аккумуляции натеков. Своеобразие генезиса в катенарном ряду северотаежных суглинистых почв заключается в формировании це-ментаций Ре-гумусовой природы. Характерным для тундровых автономных почв является криогенно-коагуляционный тип микростроения плазмы органогенных горизонтов, слоевато-ооидный и криотурбационный, с признаками миграции — иллювиальных (В8). С усилением увлажнения в катенарном ряду отмечаются органогенная агрегация и массивный глей.

В среднетаежных почвах обнаружены гумусовые педореликты субгумидного этапа голоцена.

3.Оценка антропогенных трансформаций почв, проведенная на физико-химическом и микроморфологическом уровнях, пока-

зала активность изменений в агрогенных таежных и тундровых почвах поверхностных горизонтов, усложнение их основы, и инертность — нижележащих. Под влиянии распашки тундровых почв, изменения характера биокруговорота в гор.Апах. происходит переорганизация почвенной массы, меняются форма оглеения (появление фрагментов окисленного на фоне восстановленного глея) и интенсивность миграции (усиление лессиважа). В задернованных почвах (сеяного луга) происходит усложнение агрегации в дерновом горизонте, ослабление лессиважа и оглеения. Пахотные таежные почвы характеризуются однонаправленностью с тундровыми трендов трансформации микростроения, усложнения основы и появления черт, свойственных более южным зональным почвам, при применении как традиционных, так и нетрадиционных систем удобрений.

4.Разработанная на основании макро-мезо-микроморфологи-ческих и количественных аналитических показателен диагностика степени оглеения пахотных подзолистых почв дала возможность предложить классификацию этих почв в связи с оценкой их как объекта мелиорации.

Использование мелиоративных приемов (закрытый и открытый дренаж, глубокое рыхление) в почвах подзолистых оглеенных, болотно-подзолистых и болотных приводит к сходным изменениям, наблюдаемым в других регионах (Зайдельман, 1991). В результате трансформации направления почвообразования болотных и болотно-подзолистых почв происходит смена их типовой принадлежности. Тренды эволюции мелиорированных почв находятся в тесной зависимости от применяемых комплексов агротехнических мероприятий.

5.Трансформация исходных почвенных микростроений и физико-химических свойств зависит от вида и степени техногенных нарушений. Характерными техногенно-индуцированиыми процессами вследствие механогенных воздействий на почвы Северного Урала являются: а) формирование наложенных техногенных горизонтов с глубокой или незначительной трансформацией погребенного профиля; б) редуцирование профиля и наблюдаемый регрес-

сивный ход техногенной эволюции; в) изменение ОВ-обстановки (заболачивание). Самовосстановление в увалистой полосе Преду-ралья происходит быстрыми темпами, сопровождается усложнением типа микростроения. Атмосферные загрязнения тундровых почв в сфере влияния крупных промышленных центров способствуют формированию техногенного горизонта, загрязненного тяжелыми металлами. Хемогенная переорганизация почвенной массы вызывает усложнение микростроения по сравнению с исходным типом, агрегацию, реорганизацию скелетных зерен, плазмы. Гидрогенные воздействия на северотаежные почвы, способствующие загрязнению радионуклидами, сопровождаются трансформацией химизма этих почв, модификацией профиля.

б.Поведение техногенных радионуклидов и тяжелых металлов в почвах находится в зависимости от характера микростроения (тонкодисперсной массы и пленок), поглотительной способности, рН, ЕН, интенсивности биокруговорта. Кислые почвы легкого гранулометрического состава, обладая высоким потенциалом самоочищения, способствуют педогенной и биогенной миграции радионуклидов, тяжелых металлов, наибольшему их рассеиванию в окружающей среде, загрязнению растительного покрова и водоисточников. Суглинистые почвы и низиннные торфяники, сорбируя продукты техногенеза в своем составе, будут подвергаться необратимому загрязнению радионуклидами, тяжелыми металлами. При планировании хозяйственной деятельности должны учитываться тенденции развития природного процесса в голоцене в сторону похолодания и распространения заболачивания.

В тундровых глеевых почвах поведение тяжелых металлов зависит от особенностей почвообразования: слабое профильное распределение веществ, формирование грубогумусовых горизонтов, аккумулирующих тяжелые металлы, криогенные процессы, перемешивающие почвенную массу, щелочные и окислительно-восстановительные барьеры.

Предложения для внедрения

По результатам исследований предлагается для внедрения в сельскохозяйственное производство и научные исследования:

- микроморфологическая диагностика степени оглеения подзолистых суглинистых почв поверхностного переувлажнения для определения целесообразности их осушения,

- мнкроморфолотческий мониторинг осушенных различными способами почв для ранней диагностики негативных изменений,

- характеристика мелиорирующего эффекта отходов лесной промышленности,

- микроморфологическая диагностика типов, подтипов и родов почв для уточнения их классификационного положения,

- разработка прогноза поведения радионуклидов и тяжелых металлов в почвах для оценки доступности их растениям и миграционной способности,

- эволюционно-пропюстический подход для оценки всевозможных антропогенных воздействий.

Список основных публикаций, отражающих содержание диссертации

Монографии

1. Почвообразование на пылеватых суглинках в таежной зоне ETC. Л.: Наука, 1978, 125 е.*

2. Почвы зоны переброски части стока северных рек. Л.: Наука, 1983, 168 е.*

3. Микроморфология таежных почв. Л.: 1987, 147 с.

Статьи

4. К изучению процессов выщелачивания и миграции радия в почвах // Почвоведение, 1962, № 9.

— работы, выполненные в соавторстве

5. О поведении элементов радия и кальция в системе почва — растение // Почвоведение, 1964, N2 3, С. 63-70.

6. О некоторых свойствах почв в районе повышенной естественной радиации // Тр. Института биологии Коми филиала АН СССР, 1965, № 14, С. 3-12.

7. Сезонная динамика Са, Mg и Н в подзолистых почвах // Современные процессы в подзолистых почвах северо-востока ETC. Л.: Наука, 1970, С. 56-70.

8. Корреляционная связь содержания и подвижности Ra в почвенном покрове района повышенной естественной радиации // Тез.докл. V дел. съезда почвоведов. Алма-Ата, 1970, С. 182.

9. Содержание и закономерности распределения Ra в почвенном покрове района повышенной естественной радиации // Материалы радиоэкологических исследований в природных биогеоценозах. М.: Наука, 1971, С. 32-65.

10. О содержании радия в некоторых почвах района повышенной естественной радиации и влиянии удобрений на его подвижность И Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах. М.: Наука, 1972, С. 22-33.

11. Изменчивость свойств сильноподзолистой почвы в зависимости от структуры биогеоценоза // Тез.докл. II регион, совещ. почвоведов. Сыктывкар, 1972, С. 202.

12. Распределение и миграция Са как представителя щелочноземельных элементов в почвах подзолистого типа // Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах. М.: Наука, 1972, С. 33-42/

13. Некоторые приемы снижения накопления Ra в сельскохозяйственных растениях // Материалы по почвам Коми АССР. Сыктывкар, 1972, С. 63-71.

14. Подзол иллювиально-железистый // Почвенные экскурсии в Коми АССР. Сыктывкар, 1972, С. 18-22.

15. Сравнительное изучение пространственного варьирования физико-химических свойств подзолистых и глееподзолистых почв таежной зоны Коми АССР // Почвоведение, 1972, № 12, С. .

16. Генетические особенности типичных сильноподзолистых и глееподзолистых почв таежной зоны Коми АССР // Тр. X межд. конгр. почвоведов. М., 1974, С. 135-142.

17. Морфогенетические особенности почв // Почвы лесной зоны Коми АССР. М., 1974, С. 10-72.

18. Особенности микростроения подзолистых почв средне-таежной подзоны Коми АССР в связи с их генезисом // Тр. X междунар. конгр. почвоведов: М., 1974, С. 239-247.

19. Биологическая продуктивность сосняка лишайникового средней тайги // Ботан. журн., 1974, 12, С.1827-1834.

20. Пространственное варьирование физико-химических свойств иллювиально-железистого подзола // Материалы по почвам Коми АССР, Сыктывкар, 1974, С. 17-25.

21. Биологическая продуктивность и содержание химических элементов в фитомассе ельника-зеленомошника // Продуктивность и круговорот элементов в фитоценозах Севера. Л.: Наука, 1975, С. 30-51.

22. Содержание и некоторые свойства конкреций подзолистых почв среднетаежной подзоны Коми АССР // Почвоведение, 1975, № 6, С. 3-11.*

23. Биопродуктивность и круговорот элементов в сосняках тайги // Биосфера и человек. М.: Наука, 1975, С. 68.

24. Биопродуктивность и основные показатели круговорота химических элементов в ельниках-зеленомошниках средней и северной тайга Коми АССР // Биосфера и человек. М.: Наука, 1975, С. 69.*

25. Характеристика глинистых натеков иллювиальных горизонтов подзолистых почв средней тайги Коми АССР // Почвоведение, 1976, № 3, С. 12-130.

26. Признаки древнего почвообразования в суглинистых подзолистых почвах северо-востока Европейской части СССР // Генетические особенности и плодородие таежных и тундровых почв. Сыктывкар, 1976, С. 3-12.

27. Микростроение и генетические особенности почв на двучленных отложениях П Тез.докл. V дел. съезда ВОП Минск, 1977, С. 158.

28. Особенности микростроения глееподзолистых и типичных подзолистых почв Коми АССР // Геогр. аспекты охраны флоры и фауны. Сыктывкар, 1977, С. 69-80.

29. Генезис и структурная организация почв на пылеватых суглинках в таежной зоне // Проблемы почвоведения (советские почвов. к XI МКП). М.: Наука, 1978, С. 244-252.*

30. Микроморфология и состав глинистых минералов суглинистых подзолистых почв // Тр. Междунар. симп. по глинистым минералам. Прага, 1978, С. 469-475.*

31. Генезис автоморфных таежных суглинистых почв европейского северо-востока // Почвы и их биологическая продуктивность. Тарту, 1979, С. 58-60.*

32. Перспективы использования почв в зоне влияния гидротехнических сооружений // Человек и ландшафты. Свердловск, 1979, С. 9.*

33. Особенности генезиса почв на двучленных породах // Почвоведение, 1979, № 6, С. 20-30.

34. Типичные подзолистые почвы // Подзолистые почвы центральной и восточной частей в ETC (на суглинистых породах), Л.: Наука, 1980, С. 97-140.

35. Подзолы иллювиально-железистые // Подзолистые почвы центральной и восточной частей в ETC (на песчаных породах). JL: Наука, 1981, С. 19-40.*

36. Основные черты морфологии болотно-подзолистых и болотных почв северной тайги // Биол. проблемы Севера, IX сим-поз., Сыктывкар, 1981, С. 314.

37. Мезо- и микроморфологические особенности глееподзолистых почв северной тайги Коми АССР // Микроморфология естественных и антропогенных почв. Бюлл. Почв. Инстит., 1981, вып. 28, С. 43-45.

38. Микроморфология глееподзолистых почв северо-таежных лесов Европейского северо-востока // Почвоведение, 1981, № 5, С. 28-38. .

39. Микростроение реликтов темно-цветных горизонтов в таежных почвах северо-востока ETC // Микроморфология генетическому и прикладному почвоведению. Тарту, 1983, С. 90.

40. Микроморфология болотно-подзолистых и болотных почв северо-таежных лесов Европейского северо-востока // Микроморфологическая диагностика почв и почвообразовательных процессов. М., 1983, С. 179-192.

41. Реликтовый гумусовый горизонт в профиле таежных суглинистых почв северо-востока Европейской части СССР // Почвоведение, 1983, № 10, С. 33-42.

42. Основные черты микростроения глеевых горизонтов почв // Микроморфология генетическому и прикладному почвоведению. Тарту, 1983, С. 54.*

43. Эволюция таежных почв северо-востока ETC в голоцене // История развития почв СССР в голоцене, Пущино, 1984, С. 83-84.

44. Микростроение таежных почв на двучленных отложениях // Таежные почвы Коми АССР и их плодородие. Сыктывкар, 1985, С. 40-52.

45. Биопродуктивность и круговорот химических элементов в ельнике северной тайги // Таежные почвы Коми АССР и их плодородие. Сыктывкар, 1985, С. 90-103.*

46. Микростроение песчаных подзолов // Тез. докл. IV Все-союзн. конф. по пробл. почвен. криогенеза. Сыктывкар, 1985, С. 34.

47. Изменение микростроения подзолистых почв при освоении // Тез.докл. VII Всесоюзн. съезду почвоведов. Ташкент, 1985, С. 168.

48. Микроморфологическая характеристика гумусового профиля таежных почв // Современные проблемы гумусообразования. Сыктывкар, 1986, С. 69-78.

49. Micromorphology and pedogenetic processes of north taiga loami soils // Trans, of the XIII Intern. Congress, Hamburg, 1986, p. 1259-1260.

50. Особенности иллювиирования в песчаных почвах тайги // Микроморфология и плодородие почв. Бюлл. Почв. Инстит., 1989, вып. 51, С. 49.

51. Микростроение пахотных подзолистых почв различной степени пироморфизма // Микроморфология и плодородие почв. Бюлл. Почв. Инстит., 1989, вып. 51, С. 8.

52. Влияние древесной коры на свойства и биологическую активность подзолистых почв // Почвоведение, 1989, № 4, С. 71-74.

53. Влияние осушения на свойства и продуктивность глеева-тых подзолистых пахотных почв // Почвоведение, 1989, № 5, С. 80-90.*

54. Изменения свойств подзолистых суглинистых почв Коми АССР под влиянием окультуривания // Агрохимия, 1989, № 9, С. 61-68.*

55. Влияние осушения на микростроение подзолистых и болотных почв // Почвоведение, 1990, № 3, С. 65-77.

56. Влияние глубокого рыхления на микростроение почв // Почвоведение, 1990, № 8, С. 151-155.

57. Impacts of airborne contamination on East European ecosystems // Intern. Symp. on the ecological effects of Arctic airborne contaminants. — Reykjavik, 1993, — P. 107.

58. Влияние газопровода на экосистемы тайги и способность их к самовосстановлению // Тр. Межд. конф. "Леса, окруж. среда и новые технологии в Северной Европе". — Петрозаводск, 1993. — С. 472-474.*

59. Влияние растительного покрова на почвенные микрокомплексы тундры // Споровые растения крайнего севера России. — Сыктывкар. — 1993. — С. 38-42.

60. Генетические особенности таежных почв и их эволюция на северо-востоке Русской равнины // Почвенные ресурсы Севера, их использование, повышение продуктивности и охрана (Тр. Коми науч. центра УрО РАН, № 132). — Сыктывкар, 1993. — С. 44-51.

61. Influence of gas pipeline on ecosystems of North Ural area and their recovery // Fourth Int. Symp. on cold region development. — Finland, 1994. — P. 285-286.*

62. East European Arctic Soils // Proc. VI Int. Congr. of Ecology. — Manchester, 1994. — P. 141.

63. Естественные и нарушенные почвы // Структурно-функциональная организация фитоценозов на Крайнем Севере. — Сыктывкар, 1994. — С. 24-44.

64. Impacts of industrial activity on East European Arctic soils // Global Change and Arctic terrestrial ecosystems: Proc. of Intern. Conference, August 21-26, 1993. — Oppdal, Norway, 1995. Sec. 6. Ecosystems Res. Rep.

65. Техногенно-измененные почвы тайга и тундры // Почвоведение. — 1995. — № 6. — С. 783-791.