Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Гидрологический режим и диагностика легких почв полесий в зоне распространения неминерализованных грунтовых вод

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Гидрологический режим и диагностика легких почв полесий в зоне распространения неминерализованных грунтовых вод"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Б ОД УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

п(\ел Г г * -

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи БАННИКОВ МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ДИАГНОСТИКА ЛЕГКИХ ПОЧВ ПОЛЕСИЙ В ЗОНЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НЕМИНЕРАЛИЭОВАННЫХ ГРУНТОВЫХ ВОД (НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОЙ МЕЩЕРЫ)

Специальность 06.01.03 - агропочвопедение и агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1995

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ф.Р.Зайдельман

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор И.С.Урусевская; кандидат биологических наук М.Е.Гинзбург

Ведущее учреждение: Почвенный институт им.В.В.Докучаева РАСХН

в аудитории М-2 на заседании специализированного совета по почвоведению К 053.05.16 в МГУ им. М.В.Ломоносова на факультете почвоведения.

Адрес: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, ф-т почвоведения.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке факультета почвоведения.

Автореферат разослан " " _ 1995 г.

Защита состоится

Ученый секретарь специализированного

совета

Г.В. Мотузова

Актуальность темы. В настоящем времени полесья играют важную роль в лесном, сельском и рекреационном хозяйствах российского Нечерноземья. Однако вопросы генезиса, гидрологии и диагностики почв этих- ландшафтов раскрыты к настоящему времени в недостаточной мере.

Цель работы. Анализ генезиса, эколого-гидрологических особенностей и разработка системы диагностики автоморфных и гидроморф-ных почв, заболоченных пресными грунтовыми водами на мощных песчаных отложениях в условиях полесских ландшафтов.

Задачи исследования.

1. Изучить основные элементы водного режима автоморфных почв и почв разной степени гидроморфизма в годы разной обеспеченности осадками (режим влажности, режим верховодки и грунтовых вод и др.). 2. Исследовать особенности их морфогенеза, химических и физических свойств. 3. Рассмотреть особенности псевдофибровых новообразований и оценить их роль в режиме влажности почв. 4. Оценить особенности генезиса рассмотренной группы почв в условиях прогрессирующего (в пространстве) гидроморфизма. 5. На основе результатов анализа свойств твердой фазы почв и их новообразований разработать систему диагностики минеральных почв полесских ландшафтов разной степени гидроморфизма в связи с лесохозяйственным использованием территории.

Научная новизна. Проведено изучение особенностей водного режима автоморфных почв и почв разной степени гидроморфизма в составе единой катены типичной для Рязанской Мещеры на фоне увлажнения и заболачивания неминерализованными грунтовыми водами. Выявлены особенности псевдофибровых новообразований этих почв и раскрыта их роль в гидрологическом режиме почв разной степени гидроморфизма. Разработана система диагностики минеральных почв полесских ландшафтов.

Практическая значимость. Рассмотрена связь степени гидроморфизма почв с их лесорастительными условиями. Показана возможность проектирования лесохозяйственных работ исходя из анализа морфологических и химических свойств почв.

Апробация. Основные положения работы докладывались на заседании кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ, на конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ "Современ-

ные проблемы почвоведения и экологии" , на заседании подкомиссии по мелиорации переувлажненных почв РОП.

Публикации. По теме диссертации опубликовано и подготовлено к печати 4 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, глав и выводов, содержит страниц машинописного текста, имеет рисунков и таблиц. Список литературы содержит наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧВЫ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ.

Мещерская низменность расположена в пределах Среднерусской провинции южнотаежной подзоны зоны тайги. Рязанская Мещера занимает шную треть этого полесья.

В геоморфологическом отношении это обширная полого-волнистая аллювиально-зандровая низменность, приуроченная к внутриплатфор-менному прогибу. Его абсолютные высоты 100-120м. Рельеф равнинный, слаборасчлененный эрозией.

Поверхностные четвертичные постледниковые флювиогляциальные пески мощность до 12м залегают на суглинисто-супесчаной днепровской морене, в основании которой - верхнемеловые отложения, подстилаемые юрскими глинами; ниже - трещиноватые известняки карбона (Фадеев,1969).

Климат описываемой территории умеренно-континентальный. Сумма среднегодовых температур воздуха >10°С составляет 2215°. Среднегодовая температура воздуха +4°. Среднегодовое количество осадков 600мм. Эта цифра существенно меняется по годам в многолетнем ряду (290-?20мм).

Низменность приурочена к зоне смешанных лесов, однако состав почвообразующих пород и особенности гидрологического режима обусловили интразональность большей части ее растительного покрова. Более половины территории занимают леса. Основной лесообразующей породой является сосна (65% лесопокрытой площади) (Савельева, 1980). Обширные пространства Окско-Мещерской низменности заняты болотными массивами преимущественно верхового и переходного типов.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводилось в траншах единой геохимической ка-тены. Почвообразующие породы - флювио-гляциальные пески в целом однородного состава и единого происхождения на всем протяжении катены. Нами было изучено все многообразие почвенного покрова типичной катены полесских ландшафтов. В качестве непосредственных объектов гидрологических и иных исследований были выбраны почвы:

- светло-бурая оподзоленная неоглеенная псевдофибровая песчаная, приуроченная к вершине холма;

- подзолистая глубокооглеенная псевдофибровая песчаная верхней части холма;

- подзолистая глееватая псевдофибровая песчаная занимающая нижнюю часть холма;

- дерново-подзолистая гумус-железисто-иллювиальная глеевая песчаная на плакоре пограничном с болотным массивом.

Для объективного суждения об особенностях и путях формирования СПП нами было проведено изучение водного режима почв путем срочного измерения влажности почвенных профилей, уровня грунтовых вод и мощности верховодки в течении теплого периода. В основу проведения режимных наблюдений были положены рекомендации Роде A.A.(Роде,1969) и Зайдельмана Ф.Р.(1974). Образцы на влажность отбирались буром в 3-х кратной повторности главным образом один раз за декаду. В периоды снеготаяния и выпадения больших объемов атмосферных осадков определение влажности проводили дважды в течении декады. Одновременно изучали изменения уровней грунтовых вод в течении теплого периода.

В весенний период 1994 года совместно со срочными определениями влажности определяли значения окислительно-восстановительного потенциала поверхностных горизонтов почв. Измерение проводили потенциометром ППМ-03М1. В качестве датчиков были использованы платиновые электроды, электролитический ключ-электрод с насыщенным раствором KCL. Измерения проводили в пятикратной повторности. Параллельно вели наблюдения за процессами снеготаяния и измерение запасов воды в снеге, размерзанием почв и мощностью мерзлотных горизонтов.

В течении 1995 года было изучено состояние и продуктивность сосновых насаждений на изучаемых почвах и влияние степени гщро-

морфизма почв на состояние растительного покрова.

В полевых условиях было выполнено измерение плотности сложения почвенных горизонтов буровым методом H.A. Качинского.

Псевдофибры выделяли из вмещающих горизонтов следующим образом - отобранные монолиты горизонтов содержащие псевдофибры высушивали на воздухе до воздушно-сухого состояния. Затем мягкой кисточкой осторожно убирали высохшие фрагменты вмещающего горизонта до максимально полного освобождения псевдофибр.

Плотность твердой фазы почвенных горизонтов была определена пикнометрическим методом; гранулометрический состав по методу H.A. Качинского. Измерение плотности сложения псевдофибр было осуществлено методом парафинирования, так как их специфика не позволяла производить определение этого параметра методами, применяемыми для шелкоземистых горизонтов. На основе имеющихся данных плотности сложения и плотности твердой фазы почвы были рассчитаны значения общей порозности как почвенных горизонтов, так и новообразований.

Все химические анализы выполнялись по методикам, опубликованным в "Руководстве по химическому анализу почв" Е.В. Аринушки-ной (1970).

Наш были изучены: pH водной и солевой вытяжек, гидролитическая и обменная кислотности, обменный алюминий по И.А. Соколову. Определено содержание некоторых форм несиликатного железа - методами Тамма и Мера-Джексона. Эти исследования представляли особое значение, поскольку состояние, подвижность и аккумуляции железа находятся в тесной зависимости от степени гидроморфизма почв. Органический углерод определяли по методу В.И. Тюрина.

Были исследованы водно-физических свойств почв и псевдофибр. На почвенных монолитах в лабораторных условиях проведено определение коэффициентов фильтрации почвенных горизонтов и новообразований. С помощью нулевого капилляриметра А.П. Шварова (1982) установлены значения наименьшей влагоемкости. Полученные характеристики водно-физических свойств позволили оценить роль новообразований в формировании водного режима почв, а также установить значение псевдофибр в обеспечении растений влагой.

Глава 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ПСЕВДСШВРОВЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ.

Почвы изученной катены характеризуются легким составом (содержание физической глины <12%), высоким содержанием песчаных фракций (77-96%) и очень низким - илистой фракции (<3.5%). При этих общих чертах гранулометрического состава каждой почве свойственны свои специфические максимумы и минимумы содержания различных фракций.

Все рассмотренные почвы имеют близкие значения плотности твердой фазы почвенных горизонтов. Это является следствием однородной почвообразуклцей породы, на которой они формируются. Лишь органогенные горизонты и, особенно, горизонт А1 глеевой почвы заметно выделяется пониженным значением твердой фазы (2.2бг/см3).

Максимальными значениями плотности сложения почвенных горизонтов характеризуются элювиальные и глеевые горизонты (до 1.б1г/см3), что вызвано их дезагрегированием и, вероятно, гексагональной упаковкой элементарных частиц.

В связи с оценкой гидрологического режима рассматриваемых почв и их генезиса особый интерес вызывают физические свойства псевдофибр и их сравнение со свойствами вмещающих горизонтов. Полученные данные показывают, что сцементированность псевдофибр обусловлена накоплением в их составе значительной массы ила по сравнению с вмещающими горизонтами и (особенно в случае автоморфных почв) окристашгаованных соединений несиликатного железа. Интенсивное заполнение пор псевдофибр железисто-илистым материалом приводит к повышению плотности этих новообразований до 2 г/см3 и снижению порозности до 25%.

Результаты исследования водно-физических свойств горизонтов изученных почв показывают, что лишь от 7 до 23% их порового пространства горизонтов может быть занято водой при увлажнении до НВ. Псевдофибрам свойственна существенно большая водоудерживающая способность. Оценка роли псевдофибр в водном балансе показала, что в профиле неоглеенной почвы на каждый сантиметр псевдофибра удерживается дополнительно в почвенном профиле около 1.3 мм влаги по сравнению с вмещающим горизонтом той же мощности.

Как следует из приведенных данных все эти почвы характеризуют-

пш1улометупческ1ш состав песчаных почв _ _рязанской мещеры

почва, гори- гяуЬива содержание фракций, ( зш ) %

разрез зонт сы. 1-0.05 0.05-0.005 0.005-0.001 <0.001

А1А2 1-3 88.8 4.9 3.0- 3.3

А2В '3-35 86.5 7.8 3.5 2.2

В1 35-44 91.8 2.6 3.8 1.8

светло-бурая В2й* 44-76 93.7 5.3 0.5* 0.5

неогпеенная, б** 91.0 1.6 0.2 7.2

разрез 1 ВЗй 76-173 96.8 0.4 0.9 1.9

й 89.4 1.9 0.8 7.9

С 173-201 88.9 8.2 и 1.8

А1А2 чЗ-15 81.5 11.7 5.6 1.3

подзолистая А2 15-16(22) 81.9 12.2 5.0 0.9

глубокооглееная, В1С 16(22)-36 89.8 6.2 3.3 0.7

разрез 2 ВЗй 57-Ш 91.2 5.9 1.5 1.4

й 84.3 5.9 2.5 7.3

<Эт 111-130 96.5 2.5 0.4 0.6

А1А2 5-8(13) 86.3 5.8 4.6 3.3

подзолистая А2§ 8(13)-31 84.1 9.7 5.0 1.2

гяееватая, Ввй 31-65(70) 87.6 8_7 3.4 0.3

разрез 3 й 88. С 4.7 1.5 5.8

С5г 65(70)-! 15 83.8 14.0 1.9 0.3

дерново- А1 .2-7 84.9 9.6 4.4 1.1

подзолистая А1А2 .7-23 84.5 12.Й 2.0 1.1

глеевая, А2 23-34 89.2 7.8 1.1 1.9

разрез 4 в^ 34-48 83.5 12.3 1.5 2.7

48-71 85.6 11.4 0.9 2.1

* ВА - горизонт с участием лсевдофибр ** й - псефдофибр

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНЫХ

ПОЧВ РЯЗАНСКОЙ МЕЩЕРЫ_

почва, гори- глубина ПЛОТНОСТЬ Г/ см 3 пороз-

разрез зонт см. £>S 6"в НОСТьУо

А1А2 1-3, 2.52 1.46 42.1

А2В '3-35 2.60 1.55 40.4

светло-бурая В1 35-44 2.62 1.59 39.3

оподзоленная В2й 44-76 2.64 1.51 42.8

неоглеенная, fi 2.63 1.97 25.0

paspes 1 B3fi 76-173 2.64 1.59 39.6

fi 2.68 100 25.4

С 173-201 2.64 1.58 40.2

А1А2 -3-15 2.60 1.41 45.8

подзолистая А2 15-16(22) 2.62 1.51 42.4

глубогооглееная, Blf 16{22>-36 2.63 1.44 45.3

разрез 2 взо 57-111 2.63 1.55 41.1

fi 2.64 1.72 34.8

Gr 111-130 2.64 1.59 39.8

A1A2 5-8(13) 2.62 1.38 47.3

подзолистая A2R 8(13)-31 2.64 1.61 39.0

глееватая. Bgfi 31-65(70) 2.64 1.51 42.8

разрез 3 fi 2.65 1.69 36.2

Gr 6S(70)-11S 2_65 1.61 39.2

дерново- Al .2-7 2.26 0.81 64.1

подзолистая A1A2 .7-23 2.51 1.34 46.6

глеевая. A2 2S-34 2.61 1.43 45.2

разрез 4 Bsf 34-48 2.62 1.40 46.6

Br"' 48-71 2.62 1.39 46.9

ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ РЯЗАНСКОЙ гйЕЩЕРЫ

почва, paspes ГОрИ-SOHT глубина см. гигр. вл-ть% Категории вдаги% Кф и/сут Кв*

0.7НВ НВ ПВ

светло-бурая онодзоленная неоглеенная, разрез 1 А1А2 Ч-З 0.7 7.9 11.3 42.1 0.83 0.31

А2В 3-3S 0.3 7.6 10.9 40.4 0.74 0.30

В1 35-44 0.32 8.0 11.4 39.3 2.01 0.28

B2fi 44-76 0.15 3.5 5.0 42.8 5.05 0.38

fi 1.27 25.0

33fi 76-173 0.43 4.1 5.9 39.6 4.61 0.34

fi 1.15 11.4 16.3 2S.4 0.06 0.09

fi 1.22 25.3

С 173-201 0.26 4.5 6.4 40.2 3.S1 0.34

подзолистая глубокооглееная, разрез 2 A1A2 •3-1S 0.23 6.7 9.5 45.8 0.22 0.36

A2 15-16(22) 0.19 6.0 8.6 42.4 0.85 0.34

Bif 16(22)-36 0.4 4.6 6.6 45.3 2.79 0.39

B3fi 57-111 0.17 3.6 5.1 41.1 3.16 0.36

fi 0.65 34.8

Gr 111-130 0.09 3.6 5.1 39.8 12 0.35

подзолистая глееватая, разрез 3 A1A2 S-8(13) 0.43 7.6 10.8 47.3 0.54 0.37

A2g 8(13>3I 0.23 6.9 9.8 39.0 0.99 0.29

Bgfí 31-65(70) 0.19 6.8 9.7 42.8 1.62 0.33

fi 0.48 36.2

Gr 6S(70)-115 0.07 3.7 5.3 39.2 7.41 0.34

дерново-подзолистая гдеевая, разрез 4 Al .2-7 0.53 15.7 22.4 64.1 0.28 0.42

A1A2 .7-23 0.47 6.4 9.1 46.6 0.65 0.38

A2 23-34 0.29 8.4 12.0 45.2 3.11 0.33

Bg'f 34-48 0.88 8.0 11.4 46.6 1.61 0.35

Bg" 48-71 0.26 4.3 6.1 46.9 7.92 0.41

* - Кб - коэффициент водоотдачи -(ПВ-ППВ)/100

ся коэффициентами фильтрации от средних до крайне высоких значений (по классификации Эггельсманна). Минимальные значения этого показателя во всех почвах свойственны верхним горизонтам (до 0.22м/сут). Его величины заметно возрастают в горизонтах средней части почвенных профилей (2-5м/сут) и достигают максимальных значений в глеевых горизонтах - до 12м/сут. Повышенная фильтрующая способность является следствием крайней обедненности глеевых горизонтов илистой фракцией и соединениями окисного железа в следствии активно протекающего здесь процесса глееобразования на фоне застойно-промывного водного режима.

Кф псевдофибр - около О.Обм/сут. Это позволяеют признать, что псевдофибровый слой может являться водоупором в почвенном профиле и над ним возможно появление верховодки после обильных дождей или снеготаяния.

Таким образом, на основе полученных данных можно предполагать, что гидрологическая роль псевдофибровых новообразований как аккумуляторов влаги в легких почвах обусловлена как их высокой влагоемкостыо, так и низкой водопроницаемостью.

Глава 4. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВ.

Для понимания механизма формирования структуры почвенного покрова, специфики строения и свойств легких почв полесий были изучены основные элементы их водного режима. Эти работы предусматривали наблюдения за режимами влажности почв и уровня грунтовых вод в 1992 и 1994 годах, исследования динамики поступления влаги на поверхность почв за счет таяния твердых осадков, слежение за замерзанием и размерзанием почвенного профиля. По обеспеченности осадками и теплом годы исследований заметно различались. 1992 год характеризовался в целом повышенной температурой и низким количеством осадков. Лето 1994 года - прохладное и дождливое.

По нашим данным наиболее важным периодом, определяющим дифференциацию почвенного профиля, является ранняя весна. Отмечено, что в случае глубокого залегания грунтовых вод к периоду начала снеготаяния в песчаных почвах сохраняется поверхностный мерзлотный горизонт. Существенной особенностью водного режима рассматриваемых почв является присутствие в течении весеннего периода (до начала мая включительно) мерзлотного слоя. Над ним формируется

Рис, .Водный резким (влажность вобъешых % и категория?:) песчгж кеоглеенных и оглеенных почв. Спас-Клепиковский стационар.

Почва: А - светло-бурая неотлеенная; Б - подзолистая глубоноог-леенная;*В - подзолистая глееватая? Г - дерново-подзолистая гл< евая Категорией влакности: I - О.^НБ; 2 - 0.7НВ-НВ; 3 - ШИЗ,! 4 - 0,ЗПВ-0,7ПВ; 5 - 0,7ПВ-ПВ; 6 - верховодка; ? - мерзлота

10 15 10 5

о ■

mk

[,, lit.Ly,

IX

15 10 1-5 О -5 НО

26 2 W 18 ík i 8 13 г5 к Ik Ik 6 ¡к 25 á 12 /9 2S 2 6 H 2É 3 /2 ¿5 к

m Ж 1 w Ш w¡ (I X xî

H Z21-2 Гч7чК5

ЕЗ-вЕЗ-?

надмерзлотная верховодка за счет аккумуляции талых снеговых вод и таяния мерзлоты этого слоя. Она существует на протяжении 15-25 дней.

Измерения ОВП показали, что по мере прогревания верховодки происходит падение этого показателя в поверхностных слоях до 300-350 мВ. По этим величинам можно говорить о возникновении анаэробиоза в условиях застойно-промывного режима влаги в этой части профиля в весенний период. Таким образом, создаются своеобразные гидротермические условия для пульсирующего во времени процесса глееобразования в этой части профиля почв даже при отсутствии влияния грунтовых вод.

Вторым фактором дифференциации почвенного профиля и формирования в его горизонтах анаэробных условий являются грунтовые воды. Из полученных данных одновременного морфогенетического и гидрологического анализа следует,что верхняя граница глеевого горизонта является индикатором максимального поднятия уровня грунтовых вод. Влияние грунтовых вод проявляется и в капиллярном подпитывании вышележащих горизонтов почв.

Таким образом, за дифференциацию различных участков профиля почв разной степени гидроморфизма отвечают различные процессы и в различной степени. На водораздельных территориях определяющим является аккумуляция надмерзлотной верховодки и ее инфильтрация. С понижением гипсометрического уровня происходит снижение роли процессов замерзания-размерзания верхних почвенных горизонтов и усиление действия грунтовых вод на почвенные горизонты.

Интересна на наш взгляд выявленная в ходе работ роль псевдофибровых цементационных новообразований в формировании водного режима светло-бурых неоглеенных почв. Их высокая водоудерживающая способность, низкие значения коэффициентов фильтрации и водоотдачи по сравнению с основной мелкоземистой массой горизонтов приводят к тому, что в самом псевдофибре и вокруг него происходит аккумуляция доступной растениям влаги.- Зоны ее сосредоточения приурочены к псевдофибрам и расположены над ними иди непосредственно вокруг них. Нередко отмечено также наличие зон пониженной влажности под псевдофибрами. Наконец, ранее нами было показано, что коэффициент Фильтрации псевдофибр (Кф) на два порядка ниже, чем Кф вмещающей толщи (соответственно 0,06 и 4 м/сут.). По классификации Флая (Р1у,1961) горизонты с Кф<0.06 м/сут являются водоу-

горными и над ними возможно возникновение верховодки, т.е. псевдофибры, особенно мощные, могут задерживать влагу. Таким образом, количественно показана несомненная роль псевдофибр как механических барьеров на пути миграции влаги в песчаных почвах. Следствием задержки влаги над псевдофибром и аккумуляция капиллярноподвешен-ной влаги на нижней поверхности новообразований такого типа является локальное осветление участков вмещающих горизонтов, приуроченных непосредственно к псевдофибрам.

Кроме того, влажность самих псевдофибр, выраженная в гидрологических категориях, в основном совпадает или превышает влажность вмещающего горизонта. В частности, в августе-сентябре вмещающие горизонты часто оказываются суше псевдофибр, а влажность последних превышает НВ. Таким образом создается ситуация, которая характеризуется локализацией доступной растениям влаги непосредственно в псевдофибрах или в ареале их активного гидрологического влияния.

Следует подчеркнуть и тот факт, что заметнее всего "увлажняющий" эффект псевдофибр проявляется в наиболее ксероморфных почвах этих ландшафтов, т.е. в светло-бурых неогдеенных псевдофибровых почвах полесий, обычно приуроченных к водораздельным территориям.

Проведенная нами количественная оценка влияния псевдофибровых новообразований на запасы продуктивной влаги в профиле светло-бурых неогдеенных почвах показала, что в различные периоды вегетации дополнительный объем влаги, удерживаемый горизонтами почв содержащими псевдофибры, достигает 50% и более по сравнению с той же почвенной толщей, не имеющей в своем составе новообразований такого типа.

Глава 5. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ПСЕВДШИВРОВЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ.

Специфика водного режима почв разных гипсометрических уровней определила заметные различия химических и физико-химических свойств почв рассмотренного ряда разной степени оглеения.

Почвообразующие породы, разложение хвойного опада, происходящее в почвах таких биогеоценозов под воздействием преимущественно грибной микрофлоры, опредидшш кислую реакцию среды поверхностных горизонтов всех почв. С глубиной, где влияние мигрирующих почвен-

Таблиц«. 4

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ РЯЗАНСКОЙ МЕЩЕРЫ

Кислотность и содержание о рганического углерода

название почвы, разрез горизонт глубина см р н гидролитическая .1 обменная КИСЛОТНОСТЬ («ИСЛОТНОСТ! обменный А1 С орг, %

Н аО К.С1 мгэквЛСОг

светло-бурая неоглеенкая, разрез 1 А1А2 .1-3 4.08 3.70 3.48 2.65 2.58 1.48

А2Й .3-35 4.61 4.48 1.13 0.98 0.95 0.14

В1 35-44 4.65 4.5о 1.23 1.08 1.06 Ш

Ш 44-76 6.08 5.07 6.39 0.12 0.08 0.01

Г1 5.48 4.43 1.43 1.15 1.09 0.38

1 Ьзй 76-176 6.02 4.92 0.39 0.10 0,09 0.00

й 5.77 4.48 1.16 0,48 0.41 0.67

с 173-201 6.15 4.98 0.42 0.25 0.22 0.00

лодзолистал ггсубокоогяеенад, разрез 2 А1А2 .3-15 3.73 1.82 0.94 0.85 2.48

А2 15-16(22) 5,81 4.26 1.12 0.69 0.64 0.98

В1Г 16 (22)-36 5.93 4.40 1,26 0.56 0.53 1.22

ш 51-111 6,08 4.65 0.85 0.31 0.29 О.ОО

п 4.82 ' 4.20 " 2.64 1,53 1.49 0.75

Ок 111-130 5.72 4.51 0.37 0.29 0.27 О.ОО

подзолистая пгееватая разрез 3 А1А2 5-8(13) 4.^ 3.96 2.70 1.18 1.12 3.15

А21к 8 (13)-31 5.40 4,08 1.82 0.74 0.68 0.99

31-65(70) 5.63 4.31 1.17 ^ 0.69 0.52 0.20

0 5.06 4,10 1.90 1.55 ' 1.4й....... 0.64

□к 65(7(^41$ 6.45 4.45 0.43 0,30 0.26 0.00

дерново-подзолистая пгеевая разрез 4 А1 .2-7 -ш 3.70 22,25 1.98 1.82 15.35

А1А2 .7-23 4,92 3.86 1.67 1.39 1.39 0.99

А2<\ 23-34 111 4,05 1.96 1.16 1.09 0,84

ве™ 34-48 5,18 4.12 4.18 1.59 1.48 Ш

48-71 5.64 4.75 1.47 0.61 О.бо 0,05

Таблица. 5

ВАЛОВОЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ РЯЗАНСКОЙ МЕЩЕРЫ __С % на. абсолютно сухую почву)___

почва, разрез горизонт глубина си. потеря ог прокаливания 3102 АЩ ТЮг Са.0 MgO

светло-бурак неогпееннад, разрез 1 А1А2 Ч-З 3.89 92.57 0.25 2.52 0.03 0.09 0.17 0.09

А2В '3-35 0.89 96.72 0.24 1.87 следы 0.0S 0,09 0.06

В1 3S-44 1.09 94.98 0.24 3.03 0.05 0.09 0.12 0.11

В2П 44-76 0.75 96.09 0.22 1.89 следы 0.08 0.11 0.08

й 1.15 94,27 0.41 3.42 о.гг 0.10 0.16 0.09

ВЗЙ 76-173 1.06 95.65 0.19 2.31 следы 0.09 0,10 0.07

Й 1.63 93.47 0.44 3.50 — п- 0.10 0.18 0.09

С 173-201 0.67 95.46 0.23 2.71 — п ~ 0.09 0.1S 0.09

подзолистая пгубокоогпееная, разрез 2 А1А2 -3-1S 3.01 94.22 0.27 г 24 0.06 0.08 следы следы

А2 15-16(22) 0.87 96.08 0.15 2.92 спеды 0.08 — и — -»-

ВИ- 16 (22)-36 1.28 94.77 0,35 2.99 -II- 0.09 0.12 0.08

ВЗй 57-111 0.49 95.84 0.13 2.80 0.08 0.10 0,08

й 2.31 93.17 0.27 3.66 0.02 0.08 0.13 0.11

От 111-130 0,11 97.07 0.08 2.53 следы 0.06 следы следы

подзолистая гпееаатая, разрез 3 А1А2 5-8(13) 4.89 90.99 0.19 3.03 0.08 0.07 —и— —и—

А2к 8(13)-31 0.93 96.71 0.09 2.47 следы 0.07 — и— —п—

В?Г1 31-65(70) 1.28 95.73 0.19 2.96 — и — 0.08 —II— — и—

й 1.63 93.83 0.22 3.12 0.06 0.08 0,08 —и—

От б5(70)-115 0.13 97.01 0.03 2.С0 следы 0.06 следы — и —

дерново-подзолистая гаесвал, разрез 4 А1 .2-7 1S.30 80.63 0.36 3.02 о.п 0.08 0.10 0.09

А1А2 ,7-23 1.S6 95.94 0.09 2.42 следы 0.09 спеды еяеды

А2ч 23-34 1.04 96.97 0.24 2.11 0.07 — и— — и —

Вк^ 34-48 3.48 93.07 0.38 2.98 0.07 0.07 — II— — II —

ВСц: 48-71 0.16 95.77 0.16 2.92 спеды 0.06 —и— — <1 —

Мп 0 - следовые концентрации во всех горизонтах почв

Тпвлица 6

почве. рпэр9э горизонт глубина см Ре мг/1 ООг Ре о Ре с) ре о ре о Ре с)

Ре о» Ре и*« Р© вал. Ре сил***. Ре с! -Р© о ре вал. Р© ©ал.

сввтло-Вырая опоаэоленная нвослеенная разрез 1 А1А2 .1-3 55 ев 250 165 0.65 1.86 0.22 0.31

А2В .3-35 69 ев 1 39 71 1 .00 0.19 0.19

В1 35-41 59 82 212 160 0.71 2.16 0.21 0.31

В211 11-76 25 ээ 222 189 0.73 2.7Б 0,11 0.15

« 17 120 11 1 291 0.39 0.63 0.11 0.29

вэп 76-1 76 35 17 187 110 0.71 2.62 0.19 0.25

п 38 1 20 135 31 5 0.32 0.16 0.09 0.26

с 1 73-201 10 56 229 173 0.72 2.50 0.18 0.21

подзолистая глувокооглввная, ро.зреэ 2 А1А2 .3-15 30 13 260 218 0.70 3.30 0.11 0.16

А2 т 5-1 ыггл 27 Б6 110 92 0.10 0.92 0.16 0.38

9и 1 6(225-36 71 97 353 256 0.76 3.15 0.21 0.27

ВЭА Б 7-111 12 30 1 31 102 0.39 0,65 0.09 0.23

fi 59 87 26Б 176 0.57 2.05 0.22 0.33

сг 111-1 30 1 2Б 81 56 о 1 е 0.1 В 0.0В 0.31

подзолистая глввввтвя рпэреэ3 А1А2 б-еп э) 57 66 192 1 26 0.87 6.52 0.30 0.35

А2« 6(1 31-31 10 55 91 39 0.73 2.65 0.12 0.56

во« 31 -Б 5(7 01 35 52 1 85 131 0.69 2.16 0.1 9 0.28

« 37 се 215 179 ОБЕ 1.ге 0.1 Б . 0.27

СЗг Б 5(701-1 1 5 Б 27 31 Е 0 1 В 0.23 0.15 0.85

дерново-подзолистая глеввая, разрез 1 А1 .2-7 22 36 361 265 0.23 0.29 0.06 0.27

А1А2 .7-23 11 1 5 87 73 0.93 11.0 0.16 0.17

А2ч 23-34 5 15 210 225 О.ЗЭ 0.18 0.02 0.06

Ва1Ь 31-10 1 Э 26 300 355 0.51 1.02 0.03 0.07

всй 10-71 7 19 161 115 0.37 0.50 0.01 0.11

»Яе-жалазо. извлекаемое оксалогной вытяжкой Таима »•Ре -железо, извлекаемое питиоиигоеой вытяжкой Мере-Джексоне *»*Ре - железо силикатное (Ре В А л. - Рга сI)

ных растворов минимально,наблюдается возрастание рН до слабокислых значений. Этой тенденции соответствуют и изменения гидролитической и обменной кмслотностей.

С усилением степени гидроморфизма происходит увеличение мощности подстилки и содержания органического углерода в поверхностном горизонте почв. Это связано с увеличением количества ежегодного растительного опада и с изменением его природы (увеличение доли травяного опада и опада лиственных деревьев). В дерново-подзолистых глеевых почвах наряду с этой причиной формирование самостоятельного горизонта А1 идет и за счет консервации растительных остатков в условиях продолжительного затопления.

Абсолютное преобладание 5102 в составе почвообразующих пород, хорошая фильтрация горизонтов почв, их низкая влагоемкость явились причиной отсутствия ярко выраженного накопления химических элементов в почвенных профилях. В случае этих почв можно говорить лишь об относительном накоплении некоторых элементов в отдельных почвенных горизонтах.

Особый интерес в этом случае вызывает железо, его формы и их соотношение. Динамика этого элемета отражает особенности гидрологического режима почв. Так, отмечено накопление аморфных форм несиликатного железа в верхних 45 сантиметрах профиле светло-бурых почв. Это позволяет говорить о идущем в этих почвах буроземообра-зовании.

На стадии слабого воздействия переувлажнения на почвенную толщу (уровень грунтовых вод глубже 1.5 м) в глубокооглеенных почвах формируется максимум содержания несиликатных форм железа в горизонте В1Г, расположенном непосредственно под элювиальным горизонтом.

Отсутствие в профиле глееватых почв ярко выраженных максимумов как аморфных, так и несшшкатных форм железа в целом по нашему мнению является следствием периодически повторяющегося из года в год слияние зон гидрологического воздействия талых и грунтовых вод. В это время, повидимому, происходит активный вынос аморфных форм железа в грунтовые воды и далее за пределы почвенного профиля.

С позиций знания особенностей гидрологического режима становится понятной причина крайней обедненности несиликатными формами железа всего профиля дерново-подзолистых глеевых почв. Долговре-

менное присутствие грунтовых вод в верхней метровой почвенной толще , во-первых, вызывает переход несиликатных окристаллизован-ных форм железа в аморфное состояние, и, во-вторых, благоприятствует активному выносу этих несшшкатных соединений за пределы почвенного профиля.

Глава 6. МОРШЯОГИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СТЕПЕНИ ГИДРОМОРФИЗМА ЛЕГКИХ ПОЧВ ПОЛЕСИЙ ЗАБОЛОЧЕННЫХ НЕМИ-НЕРАЛИЗОВАННЬШ ГРУНТОВШИ ВОДАМИ.

В качестве морфологических диагностических критериев степени гидроморфизма рассматриваемых почв были использованы следующие параметры:

1. дифференцированность верхней части почвенного профиля по генетическим горизонтам;

2. наличие и морфология псевдофибровых новообразований в профиле почв.

Обнаруженная реакция соединений несиликатного железа в изученных почвах на влияние грунтовых вод позволила предложить систему количественной диагностики рассматриваемых почв по степени их ог-леения. В основу такой диагностики нами положено соотношений разных форм этого элемента. Среди рассмотренных соотношений были выбраны такие, для которых обнаружена прямая или обратная связь со степенью гидроморфизма почв. На основе проведенных исследований была установлена целесообразность использования трех следующих способов количественной оценки степени гидроморфизма почв, сущность которых заключается в следующем:

1 способ - определение отношения аморфных форм железа, извлекаемых оксалатной вытяжкой Таыма, к общему содержанию несиликатного железа, экстрагируемого дитионитовой вытяжкой Мера-Джексона - Fe0/Fed (критерий Швертмана) горизонта А1А2.

2 способ - определение соотношения Fe0/(Fed-Fe0) (модифицированный критерий Швертмана) в горизонте А1А2.

3 способ - диагностика по соотношению между содержанием аморфных форм железа в горизонте А1А2 к этому же показателю следующего под ним горизонта (А2 или А2В) - Fe0(AlA2)/Fe0(A2) или Fe0(AlA2)/Fe0(A2B).

Как видно, все эти показатели относятся к верхним частям поч-

венных профилей, что представляется нам вполне закономерным, так как для большинства почв рассмотренной катены нижние горизонты находятся в целом в схожих условиях, т.е. периодически или постоянно затоплены грунтовыми водами. В случае же верхних горизонтов изученных почв просматривается очевидная роль закономерно усиливающейся интенсивности воздействия грунтовых вод вниз по катене.

На основе выбранных нами морфологических и химических признаков для диагностики минеральных почв Окско-Мещерского полесья, заболоченных неминерализованными пресными грунтовыми водами, можно предложить следующие качественные и количественные критерии:

1. Светло-бурые оподзоленные псевдофибровые неоглеенные песчаные почвы наиболее повышенных элементов рельефа. Им свойственно отсутствие самостоятельного горизонта А2, наличие в иллювиальных горизонтов маломощных и мощных псевдофибр красно-бурого цвета. В этих почвах на значительной глубине не обнаруживается воздействие грунтовых вод на почвенные горизонты (уровень грунтовых вод независимо от степени обеспеченности осадками постоянно ниже 1.5 м).

Значения критерия Швертмана и его модификации для горизонта А1А2 этих почв лежит в пределах от 0.65 до 0.70 . Степень дифференциации поверхностной части почвенного профиля по содержанию аморфных форм железа [Ре0(А1А2)/Ре0(А2В)] - 0.8-1.1.

2. Подзолистые псевдофибровые глубокооглеенные песчаные почвы верхней части склона пологого холма. Самостоятельный элювиальный горизонт имеет мощность от 1 до б см. Глеевый горизонт - ниже 100 см. Псевдофиры - маломощные серо-бурой окраски. В годы высокой обеспеченности осадками грунтовые воды поднимаются до глубины 1 м.

Критерий Швертмана для поверхностного горизонта - 0.70-0.87; его модификация - 2.3-6.7. Показатель Ре0(А1А2)/Ре0(А2)- 1.1-1.5.

3. Подзолистые псевдофибровые глееватые песчаные почвы нижней части холма. Горизонт А2 имеет большую мощность (до 28 см). Весь почвенный профиль окрашен в серые тона. Верхняя граница глеевого горизонта - 70 см. Псевдофибры фрагментарны серо-сизого цвета. Прямоиу воздействию грунтовых вод подвержена вся почвенная толща глубже 0.7м.

Соотношение Ре0/Реа в горизонте А1А2- 0.87-0.93,Ре0/(Ре^-Ре0) - 6.7-140. Отношение содержания неокристаллизованных форм железа в горизонтах А1А2 и А2 - 1.0-2.9.

4. Дерново-подзолистая гумус-железисто-иллювиальная глеевая

почва. Только в згой почве катены появляется самостоятельный гумус-аккумулятивный горизонт AI. Мощность подзолистого горизонта -до 11 см. Особенностью морфологического строения этой почвы в отличии от почв более высоких элементов рельефа является полное отсутствие цементационных псевдофибровых новообразований. Весной происходит затопление всего профиля. В годы низкой обеспеченности осадками в этих почвах уровень грунтовых вод может опускаться до глубины 0.7-1.0 м. В условиях высокой влажности эти почвы могут развиваться в субаквальных условиях длительное время.

Показатель Fe0/Fed для горизонта А1А2 более 0.93.Feo/(Fed-Feo) - более ЩО.. Соотношение содержания аморфных форм железа в горизонтах А1А2 и А2 [Fe0(AlA2)/Fe0(А2)3 более 2.9.

Глава 7. СОСТОЯНИЕ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ПОЧВАХ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ПИРОМОРФИЗМА.

Специфика кварцевых песков как почвообразуюших пород минеральных почв полесий явилась причиной причиной формирования здесь хорошо развитых сосновых лесов.

Низкая обеспеченность этих почв биогенными элементами и ежегодное глубокое иссушение профиля почв (в случае залегания грунтовых вод глубже 70см) приводит к тому, что в первом растительном ярусе минеральных полесских почв абсолютно преобладает сосна (Pi-nus sylvestris). Ее развитие обусловлено степенью увлажнения (Молчанов,1929; Орлов, Кошельков,1971; и др.). Наш была предпринята попытка оценить состояние сосновых насаждений на почвах разной степени гвдроморфизма.

Проведенные нами измерения ряда показателей состояния сосновых насаждений показали, что наибольшая продуктивность в качественном и количественном отношениях свойственна глееватым почвам. Это обстоятельство, по нашему мнению, является следствием большей доступности влаги для сосновых насаждений по сравнению с глубоко-оглеенными и, особенно, неоглеенными вариантами и отсутс-

твием длительных анаэробных периодов, присущих глеевым почвам,

ВЫВОДЫ

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

1. Проявление признаков оподзоливания в почвах Окско-Мещерско-го полесья в основном определяется положением грунтовых вод и, в

- 21 -

меньшей степени надмерзлотной верховодкой.

2. Наличие мерзлотного водоупорного слоя в поверхностной части почвенного профиля на протяжении ранневесеннего периода при глубоком залегании (глубже 1 м) грунтовых вод обусловливает формирование надмерзлотной верховодки весной каждого года. В этом случае возникают восстановительные условия, определяющие слабое обезже-лезнение верхней части почвенной толщи.

3. Усиление гидроморфизма сопровождается повышением содержания подвижного алюминия, обеднением горизонтов несиликатными и. особенно, аморфными формами железа.

4. В рассмотренных почвах обнаружены две группы псевдофибровых новообразований - маломощные и мощные.

Мощные псевдофибры (толщина 1-5см) - горизонтальные слабо волнистые сцементированные слои. Они приурочены только к нижней части профиля неоглеенных почв и затрудняют вертикальный рост корневых систем.

Маломощные псевдофибры /толщина <5мм/ - горизонтальные сильно волнистые сцементированные тонкие непрерывные или фрагментарные прослои. В маломощных псевдофибрах имеются небольшие сквозные отверстия диаметром 1-Змм.

5. Присутствие в почвенном профиле псевдофибровых новообразований иллювиальной природы свидетельствует об отсутствии или кратковременном влиянии грунтовых вод на почвообразование.

6. Свойства псевдофибр изменяются с нарастанием гидроморфизма почв. Красно-бурая окраска псевдофибр неоглеенных почв сменяется на буровато-серую - в глубокооглеенной и на сизо-серую - в глее-ватой почвах. В этом ряду почв происходит снижение плотности сложения псевдофибр, увеличение их порозности, уменьшение содержания несшшкатных форм железа и подкисление.

7. По сравнению с вмещающими горизонтами псевдофибры обогщены илистой фракцией (в 6-8 раз по сравнению с вмещающим мелкоземом), имеют значительно более высокую плотность слойиения (на 0.5-0.2г/см3). Псевдофибры в почвенном профиле отличаются повышенным содержанием несиликатного железа (в 1.5-4 раз выше по сравнению с вмещающими горизонтами), высокими значениями кислотности и содержания органического углерода.

По мере нарастания степени гидроморфизма различия мезду физическими и химическими свойствами псевдофибр и вмещающих их горизонтов сглаживаются.

8. Бсевдофибры играют важную роль в формировании режима влажности почв. Во-первых, они обладают существенно более высокой влагоемкостыо, чем вмещающая толща. После отекания гравитационной воды слой псевдофибра мощностью 1 см может удержать дополнительно по сравнению с той же мощностью вмещающего горизонта 1.3 мм влаги. Во-вторых, псевдофибры задерживают гравитационную влагу над своей повехностью за счет низкого коэффициента фильтрации. В исследованном случае 0.06 м/сут - коэффициент фильтрации псевдофибр. 4-5 м/сут - вмещающего горизонта. В целом, в слое 0.5-1.5м. светло* бурой неоглеенной почвы в псевдофибрах сосредоточено до 50% запаса влаги.

9. Предложена полевая диагностика минеральных почв полесий по степени оглеения, которая построена на учете морфологических особенностей псевдофибр, положения глеевых и мощности подзолистых горизнтов и горизонта А1.

10. Разработана количественныя диагностика степени оглеения легких почв полесий,Показана возможность использования критерия Швертмана (Рво/Теа) и его модификации (Ре0/Ре<гРе0) для диагностики степени их гидроморфизма. Предложено использование с этой целью показателя степени дифференцированности верхней части почвенного профиля РеоА1А2/ТеоА2 или РеоА1А2/РеоА2В (последний - при отсутствии в составе почвенного профиля горизонта А2).

11. Установлена связь лесорастительных условий минеральных почв полесий с гидрологическим режимом и рассмотрена роль псевдофибровых новообразований в формировании влагозапасов почв элювиальных ландшафтов.

Список работ опубликованных по теме диссертации.

1. Псевдофибры легких почв полесских ландшафтов разной степени гидроморфизма. - Почвоведение.1994,N 10, с.19-29.(в соавторстве) .

Z. Водный режим и генезис псевдофибровых и глеевых почв полесий. (в печати).

3. Псевдофибры легких почв полесских ландшафтов. - Современные проблемы почвоведения и экологии.Тез.докл.М.1994.с.106.

к. Роль псевдофибровых новообразований в водном режиме почв европейских полесий (в печати).