Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гумус почв аласов Лено-Амгинского междуречья

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Гумус почв аласов Лено-Амгинского междуречья"

П г «ч

' I и РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ^СЙБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ „. - -Институт почвоведения и агрохимии

На правах рукописи УДК 631.4

Матрена Васильевна ОКОНЕШНИКОВА

ГУМУС ПОЧВ АЛАСОВ ЛЕНО-АМГИНСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 1994

Работа выполнена в Институте прикладной экологии Севера Академии наук Республики Саха (Якутия)

Научные руководители:

доктор биологических наук М.И.Дергачева,

академик АН Республики Саха (Якутия) доктор биологических наук, профессор Д.Д.Савопнов.

Официальные оппоненты:

• доктор биологических наук В.И.Волковннцер,

кандидат биологических наук З.М.Плотникова

Ведущее учреждение:

Томский государственный университет.

Защита состоится <>"у/ /'"'' / ^ ^ 1994 г- заседании Специализированного- совета Д-002.15.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО РАН.

Отзывы, заверенные печатью учреждения, в двух экземплярах просим присылать по адресу:

630099, Новосибирск-99, ул. Советская 18, Специализированный совет Д-002.15.01

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор биологических наук

—" М.И.Дергачева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Гумус почв занимает особое место в экосистеме, играя исключительно важную экологическую, почвенно-генетическую и народнохозяйственную роль.

Многочисленными работами отчественных и зарубежных исследователей установлено, что особенности гумуса почв: его содержания, состава, распределения по профилю,. свойств макромолекул, зависят от генезиса почв, обусловливают своеобразие их морфологического и химического "облика", а также определяют уровень плодородия.

Изучение Характеристик гумусовых профилей почв, а также состава и свойств гушаговых кислот дает возможность выявления особенностей сохранности-изметквосш гумуса почв в пространстве и во времени в естественных природгах условиях, а также при антропогенных нагрузках, что составляет основу для рационального использования земель и их мониторинга.

Почвы аласов - уникальные природные образования - представляют • очень интересный объект для изучения изменчивости гумуса в пространстве и во времени. Во-первых, потому, что на сравнительно небольшой территории аласов наблюдается быстрая смена типов гумусообралоиания, и во-вторых, почвенные профили имеют сложную кстор:го, обусловленную сменой гидротермических процессов во времени, в связи с изменением обводненности и пульсацией зеркала гласных озер, зависящих от циклических колебаний климата.

Гумус почв аласов, которые составляют основной фонд земель, используемых под сенокосы и пастбища, изучен очень слабо: имеются лишь едиичные данные по составу и оптическим свойствам гумуса основных горизонтов аласных почв (Десятхин, 1984), позволяющих составить общее представление об изменении их в связи со спецификой почвообразования. Но они не дают представления об изменении гумусообразованкя во времени, об эволюции этого процесса, которая отражается в своеобразии гумусовых профилей почв.

До .сих пор практически не выявлены основные особетоости состава гумуса и его компонентов в зависимости от смены природных условий как в пространстве, так и в течение формирования почвенного профиля, не известны данные о составе и свойствах гуминозьгх кислот как компоненте, в наибольшей степени отражающем условия формировшшя гумуса, о влиянии гумусообразования на минеральную часть почв, об изменении гумуса при антропогенных нагрузках.

Цель работы: выявить основные особенности гумуса почв аласов и закономерности природной и антропогенной их изменчивости.

Задачи исследований: 1. Изучить состав и свойства гумуса почв аласов, особенности гумусовых профилей и выявить основные закономерности их изменения в связи со сменой поясов увлажнения.

2. Исследовать состав и строение гуминовых кислот почв и установить типичные для гласного почвообразования черты их строения.

з

3. Изучить некоторые свойства почв аласов, связанные с гумусо-образованием и гумусонакоплением.

4. Установить основную направленность изменений гумуса в пространстве и во времени в процессе аласного почвообразования.

5. Выявить направленность изменения гумуса при антропогенных нагрузках.

Обекпхы и методы исследований. В качестве объектов исследований выбраны почвы гласных котловин Бестяхской и Тюнгюлюнской террас р. Лены, а также почвы межаласий.

Отбор образцов проводился подробно, каждые 5-10 см в пределах генетических горизонтов, согласно рекомендациям В. В. Пономаревой (1955). Проанализировано 280 образцов из 22 почвенных разрезов четырех зрелых аласов, молодой термокарстовой котловины - дюёди, и прилегающих к ним межаласных территорий, дополнительно для изучения пастбищных нагрузок - почвы 8 аласов. При изучении физико-химических, химических, спектральных и магнитных свойств почв, а также состава и свойств гумуса и гуминовых кислот использовались общепринятые аналитические и инструментальные методы.

Научная новизна. Впервые изучены эволюционно-генетические особенности гумусообразования почв аласов. Установлено, что пространственная изменчивость состава гумуса почв определяется режимом увлажнения.

Впервые изучен элементный состав гуминовых кислот и выявлено, что в гумусовых горизонтах почв аласов о;ш определяются общей биоклиматической обстановкой Лено^Амгинского междуречья, хотя и дифференцируются в связи с режимом увлажнения почв. Установлены особенности состава гумуса и гуминовых кислот почв межаласья и их отличия от почв аласов, выражающиеся в преобладании фульвокислот над Гумилевыми, большей гидратировшшости макромолекул последних и меньшей доле азота в ню.. . -

Подробный послойный (в пределах морфологически выделяемых горизонтов) анализ' состава и свойств гумуса позволил установить полигенетичность гумусовых профилей, сложную, но не однозначную историю развития почв в аласных котловинах Бестяхской и Тюнгюлюнской террас:

Изученная впервые для аласных почв магнитная восприимчивость почвенной массы показала тесную связь с содержанием и составом гумуса и позволила схсоррслировать стадии развития почв внутри аласа.

Устгловлено, что использование почв аласов под пастбища приводит к значительным потерям гумуса и соответственно - к сокращению их запасов. Освоение под посевы трав не меняет градации гумусного состояния почв, а внесение азотных удобрений обусловливает повышение доли азота в гуминовых кислотах и возрастание их зольности.

Защищаемые положения: 1. Гумусовый профиль почв аласов имеет сложнее строение и отражает смену нескольких фаз гумусообразования на протяжении времени формирования почвенного тела, связанную с изменением обводненности территорий и соответственно -сдвигом зон увлажнения внутри аласа.

2. Антропогенные воздействия на почва аласов приводят к снижению запасов гумуса, но не. меняют в целом градации гумусного состояния почв.

Теоретическая а практическая значимость. Выявленные особенности пространственно-временной изменчивости гумуса почз аласов позволяют уточнить генезис этих уникальных почв, а также являются основой для прогнозных оценок их поведения в естественных условиях •». при антропогенных нагрузках.

Материалы. и выводы могут нспользосг.ться в учебном процессе вузов при чтении курсов лек1зй: "Генезис почв", "География почв'', "Органическое вещество почв"и при мониторинге аласки:-: экосистем.

Публикации и апробация. Основные результаты ;гсследина:-!ш изложены в 4. печатных работах, а также входили как составнал тасть в доклады и обсуждались на Всесоюзной конференции "ГТочпы Дальнего Востока и других регионов СССР : Теоретические основы использования и охраны" (Владивосток, 1950); на международных конференциях: "Эволюция почв и почвенного покрова в связи с изменением природной среды" (Пущино, 1992), "Освоение Севера и проблемы рекультивации" (Сыктывкар, 1991).

Объем и структура работы. Диссертаций состоит из введения, б глав и выводов. Общий объем - страниц машинописного текста. Рукопись включает таблиц, рисунков. Список литературы

содержит источников, з том числе иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 описываются физико-географтеские условия почвообразования на аласах: геология и геоморфология территории, а также почвообразующие породы, климат, многолетняя мерзлота, растительность и почвенный покров.

Подчеркивается, что почвообразующими породами почв аласов являются аласные отложения (Капасопов, 1979), в дюёди термоделяпсивные образования (Иванов, 1984), на межаласье древнеаллювиальные пески, супеси и покровные суглинки (Алексеев и др., 1989).

Лено-Амгинское междуречье относится к району с зкетраконтинентальным климатом и зоне недостаточного увлажнения. В пределах . аласов происходит смена растительного покрова и почв, обусловленная сменой поясов увлажнения: по мере удаления от уреза воды в аласных озерах образуются соответственно почвы гидроморфного, полугидроморфного и ксероморфного ряда. Пульсирующий характер обводнения озер приводит к тому, что профиль почв может формироваться в процессе смены различных фаз увлажнения.

Классификация почв аласов до сих пор не разработана, поэтому используются, согласно рекомендации Р.В.Десяткина, рабочие названия почв, а для краткости изложения - следующие названия: аласные болотные почвы, аласные луговые почвы, аласные остепненные почвы.

з

Объекты исследования

Пояс Почвы увлаж-

Изйы- Алзспые

точного болотные

Оптнма- Аласпые

львого луговые

Недоста- Алгевые

точного остеанепЕые

Бестяхская

Тюнгюлюнская

террасы

А л а с ы

Сюллях Аллах Ыках Енлестях Дю5ди Хаар-

Квре

""г* 283 15 ~8 -

3 232 14 20 11

4 . 280; 1 13,16" 7 10

Межаласье Мерзлотные 5 6 17 9 12

палегьге

•Здесь и далее в тексте - номера разрезов

"Разрез характеризует условия, переходные от пояса недостаточного увлажнения к межаласыо

В главе П приводятся основные морфологические и химические характеристики почв аласов, дюёди и мгжаласных пространств Лено-Амгинского междуречья.

Поскольку водный; режим аласов и его изменение во времени в большой мере определяет морфологический и "химический" облик почв, а на каждом из аласов он специфичен, то по сочетанию генетических горизонтов, а также изменению по профилю соотношения гранулометрических фракций и основных химических характеристик нет совершенно идентичных почв на разных аласах. Сочетание горизонтов и их свойства зависят от динамики обводнения-обсыхания гласного озера.

Почвы чаще всего засолены, имеют щелочную реакцию среда, в составе обменных катионов преобладает кальций, реже магний, доля натрия может в отдельных случаях достигать 20 %. Гранулометрический состав различен к обусловлен разной литогенной основой гючвообразукиЦих пород. .

Мерзлотные палевые (зональные) почвы характеризуются разной степенью осолодения, слабой дифференциацией почвенного профиля, аккумулятивным типом распределения гумуса, от слабокислой в верхних горизонтах до щелочной - в нижних реакцией среды, как правило, отсутствием засоления (хотя содержание солей и их состав динамичен и зависит от увлажненности по годам).

Глава Ш посвящена характеристике гумусовых профилей почв аласов и межаласий. Почвы аласов отличаются лучшей тепл»обеспеченностью, более • глубоким ' проникновением активных температур, которые в пределах аласов находятся в прямой зависимости от

б

исходной величины и ее динамики". Соответственно изменяются и условия гумусообразования. Пояса изыточиого, оптимального и недостаточного увлажнения составляют последовательный ряд, в котором ПБА увеличивается в. среднем от 65 до 95 дней. Глубина проникновения активных температур изменяется в этом же ряду от 30-40 см до 100 см.

Анализ особенностей гумусовых профилей 22 почв, часть из которых представлена на рисунках 1-3, показал:

- гумусовые профили всех почв аласа Сюллях (рис. 1) имеет однотипное строение: максимальное содержание гумуса и его гуматный состав в верхней и минимальное количество при фульватном составе - з нижней части почв;

- мощность почвенной толщи с высоким содержанием гумуса и гуматным его составом уменьшается от пояса избыточного увлажнения к поясу недостаточного увлажнения;

- с уменьшением гумусово-аккумулятивного горизонта повышается гуматность гумуса, н соответственно отношение Сгк : Сфх имеет наибольшие значения в почвах недостаточного увлажнения;

- процесс гумификации активно протекает лишь в верхней части профиля всех почв, о чем свидетельствует содержание и внутрипрофильное распределение бурых гуминовых кислот;

- на аласе Аллах в почвах поясов избыточного и недостаточного увлажнения четко- выделяются погребенные гумусовые горизонты, что свидетельствует о прохождении как минимум двух фаз гумусообразования в процессе формирования почвенного тела;

- общим для всех почв аласа Аллах, как и для других аласов Бестяхской террасы, является аккумулятивный тип распределения гуминовых кислот по профилю, уменьшение мощности современного гумусового горизонта и его гуматности в ряду почв болотного — лугового — остепненного поясов;

- сопоставление гумусовых профилей показало, что при наличии общих свойств для почв каждого аласа, они ^специфичны и различия их обуславливаются разным режимом обводкения-обсыхания озер, определяюпщмся особенностями развития гласной котловины и, по-видимому, возрастом аласа;

- почвы типичного для Тюнгюлюнской террасы аласа Ынах (рис. 2) прошли разное количество стадий развития, о чем свидетельствует неоднородность гумусового профиля почв, где зафиксировано один-три погребенных гумусовых горизонта;

гумусовый профиль дерново-сапропелево-глеевСй почвы свидетельствует, что она формировалась и функционировала все время как почва избыточного увлажнения: погребенных .горизонтов с резко различными характеристиками гумуса здесь не выявлено (рис. 2,А);

- луговые почвы пояса оптимального увлажнения в профиле имеют три толщи с разным сочетанием характеристик гумуса, соответствующим трем стадиям развития почвенного тела: современной -луговой и двум гидроморфным с озерной фазой гумусообразования; естественно, что каждая последующая стадия развития почв оказывает

Рисунок 2

Гумусовые профили почв аласа Ыыах А - разрез 15 В - разрез 14 В - разрез 13 Обозначения см. рис. 3

1 ■ р ■ I У. ^ ; чу <<> . 20 9 ¿0 «¡« -го <? ««, <о ц

О

ЮНово

I . о . * 0. <6 ^ . -<9 <р ■ <0 . ю , то, 10а . ^ ¿о.

4 Э \1 е

Рисунок 3. Гумусовые профили пота дгаёди:

А - разрез 11, Б - разрез 10; межаласья; В - разрез 5

Обозначения для рисунков 1-3: *а - содержание органического углерода, % к почвенной массе; содержанке унлерода групп и фракций гумусовых веществ, % к Собщ.: б - гуминовые кислоты (ПО; в - фульвокислоты (ФК); г - -негидролизуемые формы гумуса; д - ГК фр.1; е - ГК фр.П; ж - ГК фр.Ш; з - ФК фр.1а; и - Сгк:Сфк

(

влияние на нижележащие горизонты, но эти изменения не затрагивают типовые признаки гумуса (рис. 2,Б);

- гумусовый профиль остепненных почв аласа Ынах имеет два погребенных (органогенных) горизонта, которые отражают гидроморфиые стадии развития почв с озерным типом гумусообразования (рис. 2,В);

- закономерности изменения характеристик гумусовых профилей почв разных поясов увлажнения аласа Билистях в целом близки предыдущим;

- на территории дюёди гумусовый профиль как остепненных, так и луговых почв характеризуется наличием двух фаз гумусообразования: современной луговой или остепненной, и более ранней - лесной (рис. 3).

Таким образом, характеристики гумусовых профилей почв аласов свидетельствуют, во-первых, о зависимости современного процесса гумификации от условий увлажнения, и во-вторых, отражают сложную историю развития почвенного тела, связанную с режимом обсыхания-обводнения и стадией развития термокарстовой котловины.

В целом можно отметить, что почвы аласов Бестяхской террасы прошли одну-две стадии развития, связанных с изменением режима обводнения-обсыхания, тогда как почвы Тюнгюлюнской террасы - две-три (а возможно и более), что обусловливается, по-видимому, более древним, возрастом последней.

Отличие мерзлотных палевых почв межаласья от аласныя проявляется в более низком содержании гумуса и фульватном его составе, а сходство - в аналогичном распределении гуминовых кислот и соотношении фракций этого компонента гумуса, а также высокой доле негидролизуемого остатка (рис. 3, В).

В главе 1У обсуждаются особенности элементного состава гуминовых кислот аласов Бестяхской и Тюнгюлюнской террас и межаласья.

Общим для гуминовых кислот (ГК) всех изученых почв является преобладание в составе их макромолекул водорода над углеродом, невысокая доля азота и низкая естественная зольность. Амплитуда колебаний содержания углерода для всех изученных препаратов составила 32-38 ат.% (в том числе, для ГК почв аласа Сюллях - 32-38 %, Ынах - 3438 %, Билистях - 33-38 ат.%). Доля водорода изменяется существеннее, в среднем для ГК всех почв .в пределах 38-48 ат.% (аласов Бестяхской террасы - 38-42 %, Тюнгюлюнской - 40-48 ат.%). Азот в среднем составляет от 2,0 до 2,5 ат.% с колебаниями от 1,9 до 3,0 %.

Почвы межаласья имеют близкую обуглероженность гуминовых кислот: в- среднем 34-38 ат.%. Однако доля водорода в них высока и составляет в среднем 40-47 % для ГК зональных почв Бестяхской террасы й 39-47 % - Тюнгюлюнской. Наиболее резкие различия в составе гуминорых кислот почв аласов и межаласья выявляются в участии азота в построении макромолекул ГК. Доля этого элемента колеблется от 1,0 до 1,9 ат.%. Насыщенность азотом почв межаласья значительно ниже, чем почв аласов (табл. 1).

Сравнительное сопоставление ГК по интегральным показателям их- состава - отношениям Н : С' и С : N (табл. 1) показало, что

И