Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Кремнеземистые биолиты в почвах некоторых природных зон

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Кремнеземистые биолиты в почвах некоторых природных зон"

АЗсРКЛЛЧЛН ТОШКЧИКАС» Wl^P AK/t™WVJH ТОРГ! A П Ш !Л С Л ! ; ! ' Во AI РОКИ» Ш lülCTUTW ■

с- п J n s í !¿i с 11 1i Y iy г у ! : ту i

Гасимова Тзрлаиэ Толмян гыза

A3oPJ!AJ4All ГУБЛ-ХАЧ\1\'2 ШКЬСИНШ ТОРШ'-ЖОЛОЭД "!0РЛ!П'И IÎ& f.îEcTîicr БИТКИ CK ТОРПАГЛАП,' МУ1!ПГГЛ«!Й»31 ПШ&ТЛЫУЦПадчЬОИ.

Кен^ тгогпруфпта рпмлари я'И'.'Ч' гчт"! VS!'"!".'■

АВТОГЕНЕ

'¡лмпзг":' !г;::>"я:!К «¡.©чэои ПИГСО|1ТЯСИ<»МЧ»!!

Р А Т и

Н - -

ПОСКОВШШ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛГШИН И 01'ДННЛ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕШШП УНИВЕРСИТЕТ имени Н.В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На ирашх рукописи

КАМАНИНА ИННА ЭЛИСЛАВОПНА

кркмнвзвдстиг пноянти в почвах нккоторих природних зон

Специальность - 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой .степени канлид-тга биологических ньук

Ноокыа

>5ога вшюлнона no ка^одро гоогра^ы.' почв нкул.гот;: ьочьэг* 'Московского Государственного Ушшрситрта 1<п. М.В.Лсгэлооош

Научн!Л! руководитель:

Офшыальнш; оппонент:

Кодущое учреждение:

доктор биологических наук, профо с сор с. А. ШоО а

доктор биологических nayi;, профессор Л.О.Каршчозог;;:;; кандидат биологических нау;;, С.В.Губ mi.

Почвенной институт к.;. В.В.Докучаева.'

Заищта сосотонтся "_"_ 1932 года в__часов ь

аудитории Ы-2 на заседании специализированного совета К 053.05.16 МГУ им. 1.1.В.Ломоносова.

Адрес специализированного совета: НЕЗЭ9, Москва, ГСП, Ленгори, ЫГЛг. факультет почвоведения, Учс1Шй совет.

С диссертацией юшо ознакомиться в биОллотоке й-т.ультета почвоведения ИГУ.

Автореферат разослан "___"__ 1992 года.

Учений секретарь специализированного совета

Г.ВЛЛОТуЗОЕи

1ктузлыюсть проблемы. В биохимическом цикла кремния особая роль эинадлежит растительному покрову суши,' активно способствующему ггращш кремнезема, и тормозящему потери кремнезема в глобальном зсштабе. функционирование биогеоцинозов ведет к последовательному 1коплешго как на поверхности почвы, так и в почвенном профиле час-I 'кремнезема в виде биолитов - кремниевых остатков растительных теток (фитолитов), спикул: губок, панцирей диатомовых водорослей, жовин простейших.

Изучены морфология и механизм образования фитолитов разли'шнх зстений (Парфенова, Ярилова, 1962; Балабко, 1980; Киселева, IS83; lufmann et al. 1970; Parry, Smlthson, 1964). В ряде почв определяй! количественные характеристики содержашш фитолитов (Добро-эльский, Шоба, 1978; Ярилова, 1950; Новороссова, 195£ ; Тюрин, Э37; Гольева, 1987; Bartoll, 1971). Вопросам устойчивости фитоли-зв посвящены работы Аристовской, Кутузовой, 1968; Wilding et al, Э79; Jones, Beavers, 1963. Однако до сих пор нет данных о скорости акопления биолитов, содержашш и характере их профильного раснрз-злмшя в' различных генетических типах почв, а также в антропогенно арушешшх почвах. Крайне редки попытки использования Аятоллшого 1ализа для изучения почв сложного генезиса и палеопочв. Мало изу-зна морфология фитолитов, их приуроченность к определенным раем-ihm, не выялеш связи между наборами морфологических форм фнтоли зв и тшами почв. Подобные исследования до сих пор характеризовать низким статистическим уровнем получаемых количественных дан-ix, что делало невозможным применение стандартных методов стати гической обработки.

зль работы. Выявить особенности аккумуляции биолитов крамене^ма н эчвах ряда природных зон, в почвах сложного генезиса, палеопочоах. здачн исследования. I. Изучить содержашш и профильное распре цо-3inie биолитов в основных зональных типах почв, сформированных на азных почвообразущих породах. Выявить закономерности форммриьапи.ч аолитного профиля. 2. Определить скорость формирования биолитами рофиля дерново-подзолистой почвы в условиях вшой тайги. 3. tu-вить растения с высокой индикационной информативностью по ¿Ч^ атолитов. 4. Провести сопряженный анализ форм фитопигов pacb;Hii;i и зчв изучаемых БГЦ, а также выявить связь между насорим iiopl.;:;r.rii зских типов фитолитов и типом почв. 5. Применить cu;;buiujii t.k. la а ля изучения почв со сложным генезисом и папяопочь П^кггл;: ü,üh

ческг'* микроанализ фитолитов в- современных и погребенных почвах. Научная новизна. Впервые обосновано понятие "биолитпый профиль' дана его характеристика в главнейшее птах точвах; выявлены геогр; фичоские закономерности в процессе накопления биогенного кремнез< ма. Дана оценка скорости формирования биолптного профиля дернов< подзолистых почв. Установлено, что существует значительная' свя: между набором отдельных форм фитолитов и тшом БГЦ, 'типом- поч) Биолитннй анализ позволил провести реконструкции условий почвообр: зова}шя в процессе формирования лёссовых отложений Колымской' ни: ценности. Показана взаимосвязь между содержанием примесей-, алюмшп . в составе фитолитов и возрастом почв. Составлен атлас фитолитс ряда растений.

Практическая значимость. Данные о биолитном профиле основных гак тических тшов почв дают возможность более полной -характеристш почвенных типов. Биолитннй анализ может быть использован- как с< ставная часть исследований по реконструкции условий почвообразов; ния и как метод для оценки его скорости. Атлас кремшгевых фитолип растегпй и почв может бить использован при палеореконструкции би< геоцинозов, а также в археологических исследованиях.' Апробация работы. Материалы диссертации докладывались X копфзреищ молодых ученых факультета почвоведения МГУ (1988); конференции уч( пых МГУ по проблемам "Человек и биосфера" (Красновидовг, 1986 Всесоюзное совещание по микроморфологии "Мшсроморфология и плодорс дне почв", Москва, 1989; ТХ международном совещании по Сиогеохими Работа рассматривалась на заседании кафедры географии почв факул: те та почвоведения МГУ (Москва, 1989). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ. Объем работы. Диссертация изложена на страницах машинописно] текста, имеет с приложениями таблиц, 'рисунков. Она состоит ] введения, 7 глав, заключения, выводов и списка- литературы, вкл} чающего отечественных и иностранных наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководите; профессору С.А.Шобе, ст.научному сотруднику А.А.Боброву, а так: сотрудникам лаборатории микроморфологии почв- кафздры -географии по* факультета почвоведения МГУ за помощь при- выполнении настоящс работы.

■Г л а ц а I. -Еиогенши креыюз^л

г~г -i '•••"••••

3-7 KI'/I a-1 <]Д

-15 к| /\ a/i од

1U-29 кг/ra-1 на

írrfíir Vrl <••' iL: Lililí

сшиез вторичны*!) иипера-лгчф

■вовлечении ! $ 13чолопгкн:ы',й ; Ч^говщют

выветривание горних порид

• гючвен.чии^-

1 I

Больную роль сродн соедашешгй кремния играют его биогенные бразовашш - биолига - аморфный кремнезем, образовавшийся в ссооом армодинамическом поле хсивого организма, резко отличного от обичша словил земной поверхности и глубин земли. В главе дается обаор итератури о роли биогенного кремнезема в биогеохимическом цикле рзкшя, размера!.! и характеру его- накопления в отдельных оиоклшда • пческих зонах (Рис. I).

Фитолитн составляют око-о -80л кремнезема растений Vi'hilll, Knox, 1964). Форма и аомзр!! фитолитов зависят от ех клеток и межклеточных ространств, которые они за-олпяют. (РаздорскиЛ, 1949, adscni, 1986, Tivlsñ et all, 959 ) '

В"*почвах биогешшй крем-езем. отмечается в тонких ракциях по всему профилю, но сновная ого масса кощентри-уется в органоаккумулятивгшх оризонтах (Иоворосова, 1951, арТвнова, Ярилова, 1962, Тю-ин ,1937, Рубилшга ,I9B3, обровольский, ОЬба, 1978, ялабко ,1980, Гояьева ,1987, eck, Garry ,1972,-Jones,,Bevern , 1964).

Выделяется ряд факторов, orrpeделящих устойчивость фшолш'.и о градации: I) физико-химическая характеристика фипиштв ка*л..-;|. mía растительности; 2) почвешю-климатические усилия (вели н;п.<. II, состав почвенного раствора: наличие подвиги-и о аили.пшия, ра,. воримнх солей; биологическая активность, грацулом.згри'ШскиЛ и и,! оралогический состав; степень увлажнения).

Фитолиты могут сохраняться в почвах шпольнио нрьма с

857), что позволяет использова»ь их в льлас! еогр/^лчо! i:u» и;;. ¡¡«;

штос с почвенмо-грукговнни водами

Г

_______С •

[растиKi.'íi iiui'l

I (k'l.UKH I

-T77T"

раЗЛ1>»(:НН'' о|![ анпкн, UUCUOÓijí Ei.'JI Ov'l í.!hl I i .ij

Г

j бнОЛИПШ, фс-рыир.

I . Jj1"""1 LI!'.'1''' П|'0.[,Н;М

--{_ ' мшрашш час i ни

Рнс.1 , Схема б1Ю1'ч^>.имичийм.ч ■

UViKJia Ki«ji.jiif,:joMa.

вуниг:. (Добровольский, Шоба, 1978, Федоров, 1976, Willi, -Verne Rust, 1969, Kanno, Arlmura, 1958, Jones, Beavers, 1964).

Г л а в a 2. Объекты и методы исследования.

Объектами исследования послужили почвы и растения биоценозоЕ формирующихся в разных биоклиматических услвиях. В основу был поле жен принцип охвата разнообразия почв территории бывшего СССР.

Для решения поставленных задач были исследованы нижеследукщи группы почв.

. В кжно-таезшой зоне: I) Подзолистая глинисто-дифференцирован пая на тяжелом покровном суглинке под ельником кислично-щитовникс вым с липой во втором ярусе (Московская обл.); 2) Дерново-подзолис тая почва на покровном суглинке под пологом дубово-березового лес (Новгородская обл.); 3) Поверхностно-подзолистая почва на аллюви альшх навеянных песчаных отложениях под сосняком вересковс зеленомошным (Московская обл.).

В лиственно-лесной зоне: 4) Светлосерая лесная маломощная лег косуглшшстая на покровном суглинке, подстилаемом древнеаллювиаль п.ши отложениями, под пологом дубово-липового леса с медуницей не ясной, звездчаткой ланцетовидной, ясянкником пахучим в травяно ярусе (Тульская обл.); 5) Серая лесная-легкосуглинистая-почва в покровном суглинке под липово-березовым.лесом с копытенем, -зеленчу ком, осокой лесной, ясменником (Тульская обл.); 6) Темно-серая лес нал легкосуглинистая почва на покровном суглинке под дубово-лиловы лесом с черемшой, осокой лесной, лютиком кашубским (Тульская обл.) 7) Темно-серая лесная глеевая легкосуглинистая почва на покровне суглинке под дубовым лесом с щхигюгшком, таволгой,' ясменнико (Тульская обл.);

В степной зоне: 8) Чернозем выщелоченный мощный, суглинисты на покровном карбонатном суглинке, злаково-разнотравная. степь (Кур екая обл.); 9) Чернозем обкновенный среднзмощный среднесуглинисты на карбонатном лессовидном суглинке. Ковыльно-разнотравная степ (Днепропетровская обл.); 10) Темнокаштановая среднемощная среднесу глинистая на лессовидном карбонатном суглинке, типчаково-ковыльна степь (Херсонская обл.).

Также изучался фитолитный профиль луговых почв: II) Солодь лу грезя обычная среднемощная на лессовидном суглинке, луговая степ

Херсонская обл.); 12) Луговой подбел, осоково-злаково- разнотравий луг (Хабаровский край); 13) Луговой подбел, мелиорируемый учас-ок, посевы зерновых и бобовых (Хабаровский край).

При исследовашш скорости накопления биогенного ' кремнезема бъектами послужили почвы начальных стадий почвообразования, со-тавляющие хроноряд - 7, 30, 140 лет, формирующиеся на различных углилистых субстратах под пологом смешанно-елового леса в цыгг-алыюй части южно-таежной зоны.

Возможности использования опаловых фитолитов в качестве инди-аторов для диагностики нарушенных и древних почв, щюдолжащах азвиваться в современных условиях, имеющих вторые гумусовые гори-онты погребешюго или деградациошюго генезиса изучались на при-ере: I. Дерново-подзолистая со вторым гумусовым горизонтом, ельник ложный (два разреза); 2. Бурозем (на клнфе), дубрава леилпно соковая (Приморский край); 3. Криоземно-палевая, листешмчиик рустгпшковий, Нижнеголымский район, Якутская АССР; 4. ОЗиьжяиая очв едомиого комплекса в урочище Дувашшй Яр,- ЦижнеколымсьиИ айон, Якутская АССР; (

В почвах изучались главным образом фитолитц, фиксировались акжэ диатомовые водоросли и раковшпшэ амебы. Количественный ьна-из проводился при помощи поляризационного микроскопа ПОПАМ F-1I3. одсчет фитолитов велся в гранулометрических фракциях мелкого шзс-а, крупной и средней шм из 300-400 зерен в трех повторное дли аздой гранулометрической фракции с использованием глиьцпна показатель преломления - 1.5). Образцы из органогенных горигкипои рэдварителыю озоляли при 350-400°С.

Был произведен пересчет с учетом содержания каждой фракции ь оризонте и получены данные о, содержании фитошпов в i-iciinurti-i оризонта. Кор|олопш и состав биолитов изучали с потчьм о электронного микроскопа (РЭМ) ЮМ -Л ШТШп и jvuij«iHutM.i.»»4> нализатора LINK. Впервые был 1фименен метод поде inчя n.>j"î«>»uf|..i;:,:-ИХ форм ФИТОЛИТОВ С ПОМОЩЬ» РЭМ. Для ОТО! О .ИЗ lÎJ'lfl lîUifr. ltf.ilt о [ ;li ено 2-3 препарата биолитов, в каждом ашшгмцчныиа, ик:1.>ы пи встиц фитолитов, каждая новая форма фиюлитор •Гдкацл.ьтшеь.

Для классификационного анализа почв по гюррщ-н .цц, ли или выполнены ряеечоты козфйишенюв сиош-лнч Жчккщ-и и п., ц.-, ми ендрогрпммы различными методами. Уктажшч paur.-uu lUmvi jîj»'-ti.-s--u с помощью п|Х)1'раииц на языке "Лтип 1 I, r-.iiwi пя ■ я ч« î-p

сона.г чом компьютере типа IBM PC.

Исследовались биогенные новообразования кремнезема растеш (корни, листья, стебли) для большинства <1 тоцинозов были собран наиболее типичные в данных ценозах растения (всего 46 видов). ОС разцы растений после обработки поверхностно-активными веществам (сульфанол), необходимыми для десорбции примесей Песка и пыли, озо ляли при температуре 400°С постепенно в течении 2-4 дней. Получен ные препараты изучались с помощью РЭМ.

Для более полной характеристики почв были выполнены общие хи мические и физико-химические анализы по общепринятым методика (Аринушкина, 1970). - .

Г л а в а 3. Содержание и морфология биогенного кремнезема

в растениях.

Исследование растительного материала при помощи РЭМ показало что высокое содержание кремензема в растениях не всегда сопровожда ется морфологическим разнообразием форм фитолитов. Например, в зол папоротников кремния содержится до В0%, количество же формирующие в1.лов фитолитов, которые бы резко отличались по форме не боле двух-трех. Lj существует также зависимости между морфологически разнообразием фитолитов в одном растении'и образованием в "тем спе пифических форм, которые можно использовать в качестве индикаторов Нами не выделены фитолиты, характеризующие какой-либо один вид па поротников, хотя они содержат два-три вида различных по морфологи фитолитов.

В каждом растении имеется несколько различных форм фитолитов многие из которых являются универсальными, т.е. сходными с фитоли тами из других растений. Такими универсальными, на наш взгляд, яв ляются окремневшие волоски, шипы, проводящие пучки.

Для ряда растений были проанализированы отдельно корни и надземная часть. В корнях, как правило выделялись кремниевые тела неправильной формы. Фитолитов характерных форм, которые обладали б; индикационной информативностью, нами обнаружено не било. Из 4( проанализированных растений только 15, относящиеся к семейства! злаков и осок, а также хвощи содержали индикационно-информативньк но форме фитолиты. 31 растение - разнотравье, папоротники не содержали индикационно-значимых фитолитов. В основном, это были окрем-

1ВШИ8 шиш, трихомы, сосудистые пучки, фитолити цилиндрической ИЛИ шзмовидной вытянутой формы без каких-либо характерных деталей. 1ким образом, подтверждается ранее высказанное предположение Кисе-1Еой (1978) и Гольевой (1987) о том, что наибольшей шЦорматив-1стью обладают фитолиты злаков и осок.

Для осок характерно наличие округлых образований с коротким шусовидным выростом в центральной части - "шляпки", плоские сруглые "таблетки", гантелеобразные или чечевицевидкые фитолити.

Для злаков характерными являются "таблетки" (фрагмент цилиндра отношением высоты к диаметру 1/5-1/4), уплощенные неправильным шзмочки - "кирпичики", иногда слегка вогнутые в центральной части ¡едловидной форм), иногда трапециевидные, палочки с пилообразными )анями, при этом, морфология зубцов на гранях различна у различных чтений.

Г л а в а 4. Содержание биогенного кремнезема в почвах.

В почвах, сформированных на суглинистых отложениях под еловыми 1т0цшюзами содержание фитолитов значительно выше но срькшшшп с зверхностно-подзолистой почвой под сосняком вересковым на легки* зсчаных отложениях. Это связано, вероятно, во-первых с разным коке ством фитолитов, продуцируемым фнтоцинозами, (елышки - К; ?/га кремния в год,.сосняк - 5-7. кг/га в год), во-вторых, со :зна-ятельным выносом фитолитов из профиля песчаных почь (Аристовскан, /тузова, 1977).

В ряду светло-серые, серые и темно-серые лесные почни пролохо 1т возрастание содержания фитолитов (в гумусовом горизонте ог 2.1 з 3.9% от общего количества мелкозема) и увеличение мощности оио-иного профиля. Содержание биолитов, превышающее 1% отмечается д.ч,-< ветло-серых г"лдсных почв до глубшш 35 см, а в темно-серых .иш.мд эчвах до глубины .55-60 см.

Основная доля биогенного кремнезема прядптныюна частм-г,) ззмером 10-50 мкм, в боьшипства случаев они соипшляют оолшя по эвшш всох биолитов.

Отмечается тенденция к преимущественному накиплыши оил'-.о рунных фитолитов п подтипах серик и светло-серых лосиих п.-мн и астиц разме|кзм менее 10 мкм в темно-серых лесных г .'.о они» п> шах.

Чернозем выщелоченный характеризуется хорошо рмгчиим 1!«.■ :и >

ним ггофилем. Содержание биогенного кремнезема более 1% прослеживается до глубины 90-100 см. До глубины 40 см содержание биогенной кремнезема колеблется в пределах 3-3.5Я. С -дубиной происходит постепенное снижение содержания биолитов. Столь равномерное распреде-•! биолитов в верхней толще 40 см связано, вероятно, с высоко! о1.- ни».*:- зоогенной переработки почвенного материала.

Содержание биогешюго кремнезема в дерновом горизонте чернозема обыкновенного составляет 3.3$, более половины фитолитов представлены крупными частицами (>50 мкм). Значительно сокращается мощность фитолитного профиля. Так, на глубине 50 см они составляю; 0.8% от мелкозема горизонта. Содержание и распределение кремнезем; в профиле темнокаштановых почв во многом сходны с таковыми для чернозема обыкновенного.

Особо следует отметить луговые почвы. Они характеризуются высоким содержанием биолитов в профиле. Вероятно, это связано в первую очередь с большим количеством диатомовых водорослей (до 10$), £ также с высокой продуктивностью луговой растительности, основна; пасса которой представлена злаками и осоками.

Различен и характер распределения фитолитов в профиле почв. I подзолистых, дерново-подзолистых и светло-серых лесных почвах основная масса фитолитов сосредоточена в слое 0-35 см. В серых и темно-серых лесных почвах мощность фитолитнбго профиля досткг'зт 50-6С см. Вцз более мощный биолптный профиль у чернозема выщелоченного (на глубине I метр более 1% фитолитов). С продвижением на юг (черноземы обыкновенные, каштановые почвы) наблюдается сокращение биолитного профиля.

Для всех лесных почв имеет.место резкое снижение содержания Фитолитов на глубине 20-30 см. Для степных почв характерно постепенное снижение содержания фитолитов с глубиной. -

На основании полученных данных по содержанию и профильному распределению биолитов, можно говорить о географических закономерностях в проявлении процесса накопления би.генного кремнезема и о спяяи этого процесса с географией растительных сообществ.

Г л а в а 5. Морфология фитолитов в почвах.

В главе дчип оценка вклада различных морфологических типов фи-.чнптсч! в исслодуешх в пикш.

Разделение фитолитов па типы производилось с учетом ужо существующих классификаций ег а1., 1969; БИоЛ, Мази1, 19'П: Добровольский, Шоба, 1978). В каждом исследуемом образце Фитолптоп из почв било выделено 10-12 морфологических типов и определена частота их встречаемости. Всего было выделено 27 морфологических типов фитолитов (Рис. 2).

Л

ч*

ч к

1/Т

к

50%

СлЛ

1

--

и

Получешше результаты указывают на то, что, несмотря на высокое разнообразие морфологических типов фитолитов в одном препарате, отчетливо выделялись не- Л сколько (как правило около пяти) типов, которые преобладают над Л остальными и составляют >60-70:« от общей массы фитолитов. Причем в каждом препарате среди выделенных преобладающих имеются одпи-два типа, в которых сконцентрировало >20% от общего числа частиц. К тагам типам в первую очередь относятся палочки, которые составляют от 8-9£ в темнокаштановых почвах до 45% в светло-серой лесной почве. При этом прослеживается следующая закономерность - с увеличением аридпости уменьшается число палочкообразных фитолитов в почвеьлом образце.

Обратная закономерность характерна для фитолитов, тлеющих форму усеченного конуса, которые в образцах из серых лесных почв либо вовсе отсутствуют, либо встречаются единично. В черноземе выщелоченном их содортние до«ги гает 10-13%, а в более аридных почвах, таких как черноземы обншю -Еешше, кашатноЕые почвы, достигает 39-47% соотрвтстг^нно.

Некоторые Форш фитолитов встречаются во всех псасиЕряш рл разцах в небольших количествах, например, пластинки с круглим от

• т

01

__

Г|

_у*— и«.

Г1

И И

№

сЗо

Рис.

2. Спектр!! мор■юлогичче^их

типов 'т'нтолитоп

вередам в центра, шарообразные фитолиты, пяти-шестигранные "таблетки", и, очевидно, не могут бить использованы для диагностики без дополнительных исследований^ позволяющих определить их принадлежность к конкретным видам растительности.

На наш взгляд, большой интерес представляют фитолиты, имеющие очень оригинальную форму и встречающиеся хоть и в небольшом количестве, но только в каких-то конкретных типах почв. Даже единичные находки таких фиголитов в почвенном образце могут быть надежным индикатором при решении вопросов палеореконструкции ландшафта.

Таким образом, полученные дашше позволяют выделить по набору морфологических форм биолитоа несколько типов биолитных профилей, которые в значительной сипели коррелируют с типами почв.

Для выявления закономерностей в различиях почв по фитолитному составу, а также для количественных оценок уровней различия был произведен кластерный анализ данных по типовому составу фитолитов в исследуемых почвах. Расчеты проводились с использованием нескольких методов вычисления уровней различия. Все использованные методы дали качественно близкие результаты.

лс л л1}1 Ч® Ч? К* с*

где • V^Vj - количество различных типов (форм) фитолитов, вотречанцихся в почвах

(i) и (J), a Nq- количество типов, общее для обеих почв. Обозначение почв - общепринятое , цифровой индеко обозначает различные горизонты.

т 1-0

кя 0.7-0.999 Ш 0.4-0.499 ш 0.6-0.699 да 0.3-0.399 ____________^ 0.5-0 599 :::::: 0.2-0.299

I. Коэффициенты сходства Жаккара дают наглядный результат при попарном сравнении почв. Наиболее высокие коэффициенты для образцов, взятых из разных горизонтов одной почвы и для образцов из двух

Ркс.З. Коэффициенты Жаккара, вычисленные по формуле:

N„

Kid=

Vi+V"o

[1 1

разрезов одного типа почв. Наименьшие коЗфЗящиенты для почв, сформированных в наиболее контрастных условиях. Недостаток метода состоит в том, что не учитывается количественное содержанке фитолитов различных морфологических форм. Ёерхняя правая половина таблицы -матрица коэффициентов Жаккара, учитывающая все разнообразие видов фитолитов, встречаемых в II указанных почвах, в левом нижнем углу -те же коэффициенты, но без учета тех форм, которые представлены всего одним фитолитом данного вида в выборке (Рис. 3).

2. Кластерный анализ, результаты которого выражены в виде дендрограмм (Рис. 4), позволил сгруппировать все исследуемые почвы по степени различия морфологических спектров фитолитов.

Дендрограмма А на Рис. 4

более чуствительна к изменению в спектрах фитолитов с большим количеством ' представителей, дендрограмма Б - к изменениям в спектрах, содержащих единичные представители фитолитов различных морфологических форм. Оба метода построения дендрограмм дали близкие результаты, что позволило выделить две группы почв по морфологическим спектрам фитолитов. Первая группа объединяет почвы лесостепной зоны: три подтипа серых лесных, чернозем выщелоченный. Вторая

ш

22.7

/0.9

12.5

19.5|

13.3

18. 1 13.3

22. 1

15.3

пО пО

Ч 2

ё

• 5 .

«ш

Е

16.4

9.6

7.4|

б. 4

14.2

,7.0

5.9

9.0

6.7

5

лс л < 4 ч* "Т 4 гл д

Рис. 4. Дендрограммк, построенные: А - по параметрам различия [2], Б-- по'параметрам различия ¡3].

группа объединяет почвы степной и сухо-степной зоны: чернозем обыкновенный, темнокаштановую почву и луговую солода.

Коэффициенты различия для построения дендрограмм вычислялись по формулам:

(2] аЬ

13]

,2

ьо ]

где п-количество типов фитолитов, Уа1,Чъ 1-количество фитолитов данного типа в выборке, Уа0,УЬ0-0бщий объем выборки, а-дисперсия.

с

Л

Л

Ч

К

+

I' л а ь а 6. Динамика накопления биолитов в разновозрастных почвах южной тайги. .

Ыы попытались оценить скорость накопления биогенного кремния в разновозрастных почвах, сформированных на-покровных и маренных суглинках; в условиях кшюй тайги.

Подсчет биолитов показал следующее. -В почве возраста 7 лет максимальное количество фитолитов отмечается в слое 0-3 см и составляет 0.635Й от мелкозема горизонта. Преобладают фитолиты фракций крупной шли и 'МБЛКого песка. Доля фитолитов размером менее 10. мкм весьма незначительна. ~ .

В тридцатилетней п^-'ве увеличивается содержание фитолитов как ь верхнем слое, так и вниз по профилю. Содержание фитолитов фракции средней пыли по сравнению с семилетней почвой увеличивается в 10 раз, в то время как в более крупных фракциях - только в 2-3 раза.

В 140-летней почве происходит дальнейшее накопление биогенного кремнезема до 2.35Й от мелкозема горизонта. Мощность слоя со значительным содержанием фитолитов увеличивается незначительно, но возрастает их встречаемость в верхних 18 см'. Следует отметить, что содержание фитолитов в верхнем слое (3 см)достигает величины содержания фитолитов в ненарушенной дэрново-подзолистой почве (400 лет). ' Сравнивая содержание фитолитов; в молодых почвах и ненарушенной зональной почве можно сделать вывод, что уке к 140 годам в этих экологических условиях процесс накопления биогенного кремнезема приходит в некое динамическое равновесие с процессами разрушения и вшюса, что приводит к стабилизации процентного содержания биолитов. Дальнейшее увеличение запасов идет за счет возрастания мощности биолитного профиля. Образование биолитного профиля идет по аккумулятивному типу и характеризуется.максимумом в верхних 3- 7 см. В первие года функционирования биогеоциноза идет относительное накопление крупных биолитов. В процессе почвообразования увеличивается доля фитолитов средней ныли и снижается доля фитолитов мелкого носка. Во всех случаях абсолютно преобладают фитолиты Фракции крупной шли.

Во всех почвах морфологически диагностируются фитолиты злаков, осск, ели, причем доля последних повышается с увеличением возраста почвы.

Глава 7. Содержание, профильное распределение и морфология фитолитов в почвах со сложным профилем и погребенных почвах.

Анализ профильного распределения фитолитов в различных по генезису почвах позволяет нам выделить три типа профильного распределения фитолитов: аккумулятивный, аккумулятирно-погребегшый, аккуму-лятивно-седиментационный (Рис. 5). Первый тип характерен для ненарушенных почв, гадающих вторые гумусовые горизонты деградацион-ного генезиса, второй тип распределения биолитов характерен для почв с погребенным гумусовым горизонтом. Аккумулятивно-седи-ментациошжй тип распределения биолитов имеет место в почвах, сформированных одновременными процессами почвообразования и осадконакопления. В этих случаях кривая профильного распределения биолитов позволяет дать косвенную оценку интенсивности осадконакопления.

• Биолитный анализ погребенных почв ледово-лессовых отложений Колымской низменности показал следующее. В разрезе 45-86, заложенном на маломощной предгорной Едомз, выделяются два максимума содержания фитолитов (Рис. 6). Первый на глубине 2-12 см приурочен к гумусоаккумулятивному горизонту современной KíU02fn-;p-памзой почвы и составляет 2% от мелкозема горизонта, второй максимум на глубине 120-140 см и связан, вероятно, с погребенным гумусовым горизонтом и составляет 356чмелкозема горизонта. При этом возрастает содержание биолитов в крупной фракции. Была изучена морфология фитолитов в образцах из современного и погребенного гумусового горизонтов, а также из прилегающих слоев. Наиболее существенным отличием органо-аккумуля.тивного горизонта современной почвы от погребенной является бс .ьшое содержание диатомовых водорослей. Они составляют около ЗОЯ опаловых '&нолитов. Состав фитолитов не отличается большим разнообразием. Основную массу, составляют палочки, окре мне вше сосудистые пучки, значительно pese встречаются шиш.

В погребенных почвах абсолютно доминируют морфологические фор-

Рис. 5. Основные типы профильного распределения биолитов: 1.Аккумулятивный . 2.Аккумулятивно- седимента-ционный. 3.Аккумулятивно-погребенный .

ш фитолитов, связанные со злаковой растительностью - удлиненные .клетки, различающиеся по деталям морфологии, слабо ограненные с волнистым краем; с прямоугольными широкими зубцами на гранях; а также трихомы. Значительно реке встречаются шарообразные фитолита, шестигранные "таблетки",

Фитолиты с ' глубины 230-340 см, цсак правило, имеют сильно .корродированную (поверхность, часто это крупные обломки. Это указывает на их литогенный генезис, а так. же на отсутствие призн?"ов процесса аккумуляции биогенного кремнезема на этой глубине .

Все. вышеперечисленное дозволяет сделать вывод о том, что современная ¿1 погребенная почва формировались в разных экологических условиях. Вероятно, формирование профиля погребенной почвы происходило в более благоприятных условиях для произрастания луговой раститедыностл. ¡Крупные размеры фиголитов позволяют судить .о доста-тотао обильном увлажнении, благоприятствовавшем росту злаков. Однако., .отсутствие раковин диатомовых водорослей указывет на отсутствие в прошлом явных признаков гл-дроморризма. Характер распределения фитолптов в толще позволяет выделить ¡периоды с разной степенью интенсккносжи л способа осадконакоплешш.

В разрезе 2-84, заложенном в центральной части Колымской низменности., представленном мощным высокольдистым лессовым отложением с серией погребенных почв выделяются четыре максимума содержания Отолитов (Рис. 7). Наибольшее содержание биолитов отмечается в погребенной почве на глубине 1410 см и состабляот 2.5Я5 от мелкозе-

0 I 2 У» 3

Л

100

200[ Щ сзлто.25-о.ое сгз 0.05-0.01

Е530.01-ОХ)05 ]

Рис .б.БИОЛИ'ДШЙ профиль ледозо-лйессвого едом-аюго ¡комплекса. Р.46-86

3300 3310

Рис.7.Биолитньй профиль ледово-лёссового едом-ного комплекса: Р.2-84

на горизонта. Наиболее часта здесь встречаются" диатомовые водоросли и злаковые фятолиты (вытяну,тыв- пркзмошгдше фитолиты с волнистым краем, с различным количеством! лопастей: на! пранях|.

Следующим- по содержанию- фитолптов можно выделить почвенный профиль на глубине 220-230 см-. Отличительной особенностью биолитпого профиля данной почвы является наличие диатомовых водорослей класса Centrlceae, которые составляют около 30% всех биолитов. Остальная- часть биолитов представлена, палочкообразными, шарообразными. частицами» неправильными- многоранниками.

Очень близки- как по содержанию-,, так и по набору морфологических типов фитолптов почвенные- слои- с глуб:ш 2410-2420 и 3300-3310-, В них нами не были встречены- раковинки ■ диатомовых водорослей. Идентичны по набору морфологических типов фитолптов оказались образцы- с глубины 55-65 и Ы0-Г20 см, но при этом в mix встречаются- различные группы диатомовых водорослей.

Результаты биолитного анализа- позволяют предполо;шть смену периодов с сухим климатом и периодов- сг более влажным и теплим климатом, способствующим более пышному развитию луговой растительности. (Примером- может служить почвенный! профиль с глубины 1410 см, для которого харатерен спектр мор]втшюв фитолитов, наиболее близким для. которого является таковой для-чернозема выщелоченного, хотя при- этом и менее разнообразен.)

Спектры морфологических- форм, фитолитов почв предгорного разреза- с глубины 50 и 140' см схожи с таковыми с глубины 220 и 1400 см соответственно в центральной части Колымской низменности. Это позволяет говорить о различной интенсивности осадконакоплешш при фор-:яровашш лессовых отложений в предгорной и центральной частях.

Характер распределения фитолитов в толще позволяет выделить периоды с разной степенью интенсивности и способом осадко-накопления.

Химический микроанализ фитолитов из погребенных и современных почв показал, что в образцах из современных почв примеси алшгошя, калия и кальция содержатся значительно реже (ЗОЯ от исследуемых фитолитов), чем в обр зцах из погребенных почв, где флтолиты с примесью составляют более 70%. Это может служить косвенным доказательством гипотезы Вилдинга (Wilding, Bartoll, I960) о влиянии адсорбированного или акклюдированного на поверхности фитолитов алюминия lia устойчивость последних.

выводи

1. Обоснованно понятие Сиолитный профиль'которое включает следующие интегральные характеристики: содержание биолитов в почве, распределение их по профилю, а также морфологию фитолитов.

2. Высокой индикационной информативностью обладают фитолиты злаков и осок. Диагностическая роль биолитов разнотравья весьма незначительна .

3. Выявлены географические закономерности в проявлении процесса накопления биогенного кремнезема в почвах, которые определяются, главным образом, типом биогеоценоза. В зональном ряду почв при переходе от подзолистых к черноземам выщелоченным отмечается возрастание, а далее убывание как содержания биолитов, так и мощности биолитного профиля. Наиболее высокое содержание биолитов отмечается в луговых подбелах и луговых,солодях с максимумом накопления в нижней части гуыусо-аккумулятивного горизонта.

4. Профильное .распределение биолитов в ряду зональных почв носит отчетливый аккумулятивный характер с максимумом накопления в гуму-соаккумулятивном горизонте. Для всех лесных почв имеет место резкий перегиб в кривой распределения фитолитов на глубине 20-30 см, для степных- почв (черноземы, каштановые) характерно постепешюе снижение содержания биогенного кремнезема с глубиной.

5. Получены морфологические спектры фитолитов для ряда генетических типов почв. По набору морфологических форм фитолитов исследуемые прочвы подразделяются на две группы: I группа объединяет почвы лесостепной зоны-, II группа - степной.

6. Изучение процесса накопления фитолитов в разновозрастных почвах показало следующее: к 140 годам в условиях южной тайги абсолютное содержание биолитов.в составе мелкозема гумусоаккумулятивных' горизонтов достигает уровня такового в зональных почвах. Дальнейшее накопление биогенного кремнезема в почве идет за счет увеличения мощности биолитного профиля.

•7. Фитолитный анализ погребенных почв лессовых отложений Колымской низменности позволил выявить изменения ландшафтно-климатической обстановки и скорости седиментогенеза в течение накопления лессовой толщи.

8. Полученные данные дают основание рекомендовать биолитный анализ в практику почвеннных исследований, как метод позволяющий .провести реконструкцию условий почвообразования.

По матсртлйч диссертации олуйлк'юаг'пч следу:./т;т!и pmioTH;

Пиолиты крогзюзема в почвах. // Проблега взшюдзйсг?ия челот'.я ОкосфзрпПзд~ео МГУ.-1989.-С.87-90. (в соавт.) Апкунуляция биогенного кремнезема в разновозрастшх почвах кгаюй «Яги. // Трудн X научной кбнф. молодо- учегщх.-М.: Г1ГУ.-1939.

В'.-.огзшшй кроинезем антропогенно измененных почв. // Бюллетень теанлого института i'm. Л.В.Докучаева, сип. 1989 г. (в соавт.)

Лш1Е''ш;а накопления биогенного крешезема в дврнопо-подзолистш 1чвах телногещю нарушешшх ландшафтов. // Тез. дои. VII всосоет. •езда почвоведов.-Новосибирск.-IS89. комиссия.-С.296. (и соавт.)

Опатавпз флтолпты почв как индикаторы развития лесных бпошнп-га. // iro4Bor:o:;9inia.-IS9I.-J;3. (в соавторство)

Аккумуляция и трансформация биогенного кремнезема в почвах. // ¡3. лТ ?!';:;лупар. симпозиума по биогеохгаяш окруяягапзй сред т.- 4 '1 штября 1939.-Москва.-С.137. (в соавторстве)

Эпэлгцня едсг-зшх почв соЕоро-иостока Азии.// Тез. все союз. корр. 'pe'/'.s'U'.n "Антропогенная я остзстззекпзя оеоязцпл irons ti истгягоюп* ¡i.pcna".-Январь 1939.-Пущшю. (в со авт.)?. <¡0-é2

r^nsalriatlon of opal píiytolits tor diagnostico oí coil ГогШгд 'ocp'í.t. // Abstracts of International Working oeetlng on noil :crc югр1;о1озу, San Antonio, Texas, 1S38, р.ЗЗ. (в соавт.)

Подписало в почать 29.10.1992 г. 3-nrt. (>71. Формат 60xú4/I6 . Тир. ICQ.

„:0сква. Типография РЛСШ.