Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Криоаридные почвы юго-восточного Алтая

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Криоаридные почвы юго-восточного Алтая"

I г г, ад - 3 М? №?

На правах рукописи

ГОНЧАРОВА Ольга Юрьевна

КРИОАРИДНЫЕ ПОЧВЫ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ специальность 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -1997

Работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета Почвоведения Московского государственного университета имени М.В_Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор биологических наук профессор А.С.Владыченский

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Л.О.Карпачевский

кандидат географических наук ДАЧерняховский

Ведущая организация: Институт почвоведения и фотосинтеза

РАН (г. Пущино)

Защита состоится " // " __ 1997 года в 15 час 30 мин. в

аудитории М-2 на заседании диссертационного совета К053.05.16 в МГУ им. М.ВЛомоносова по адресу: 149899, Москва. Воробьевы горы, МГУ, факультет Почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ.

Отзывы на автореферат, в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба присылать по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета. ^

Автореферат разослан "/>-" 1997 г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета Г.В.Мотузова

Актуальность темы. Юго-Восточный Алтай является наиболее труднодоступной частью Алтайских гор не только в силу своей удаленности от крупных населенных пунктов и транспортных путей, но и из-за суровости климатических и орографических условий. В связи с этим исследования почв района начались лишь с середины века и не носили систематического характера. Самобытность почв Юго-Восточного Алтая и слабая их изученность определили постановку данной работы.

Цель и задачи работы. Основной целью работы было изучение генетических особенностей криоаридных почв, формирующихся в специфических экстраконтинентальных условиях высокогорий.

Задачи:

1 Изучение основных химических, физических и физико-химических свойств степных криоаридных, тундро-степных и горных мерзлотных дерново-таежных почв Чуйской котловины и ее горного обрамления. Ъ. Выяснение основных направлений генезиса карбонатов в степных криоаридных и тундро-степных почвах. 3, Определение особенностей гумусного состояния и гумусообразования в почвах под основными типами растительности высокогорий района. 4. Определение состава соединений железа и выявление основных путей их трансформации в исследованных почвенных типах. 5. Изучение экспозиционной дифференциации почв района на примере двух почвенно-геоморфологических профилей. 6. Уточнение классификационного положения высокогорных почв района.

Научная новизна. В результате проведенных исследований получены данные по групповому и фракционному составу гумуса и соединений железа степных криоаридных, тундро-степных и горных мерзлотных дерново-таежных почв высокогорий Юго-Восточного Алтая. Изучены особенности экологии данных почв, определены биоклиматические пределы их фор-

мирования. Выявлены особенности экспозиционной дифференциации почвенного покрова в условиях экстраконтинентального климата.

Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы в разработке классификации почв сухостепных ландшафтов экстраконтинентальных районов Восточной Сибири и Центральной Азии. Основные положения работы могут служить теоретической базой для мониторинга и разработки мер по рациональному использованию почв республики Алтай.

Апробация. Основные положения работы были доложены на заседании кафедры общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано и подготовлено к печати 2 работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и выводов, содержит/^ страниц машинописного текста, имеет ¿/ рисунков и /.Птаблиц. Список литературы содержит наименовании на русском и иностранных языках.

Глава 1. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ СУХОСТЕПНЫХ

ЛАНДШАФТОВ ЭКСТРАКОНТИНЕНТАЛЬНЫХ РАЙОНОВ АЗИИ В конце 60-х годов В.И.Волковинцером впервые были высказаны суждения о самобытности сухостепных почв Горного Алтая, а также их аналогов в других районах Сибири и Тянь-Шаня, было предложено относить данные почвы к особому генетическому почвенному типу и не считать их, как это делалось ранее, аналогами каштановых почв равнинной зоны. Приблизительно с начала 80-х годов в литературе обсуждается вопрос о выделении и особенностях холодного аридного почвообразования, продуктом которого являются специфические насыщенные, нейтрально-щелочные, карбонатные, гумусово-аккумулятивные, метаморфические

почвы. Степные криоаридные и тундро-степные почвы, относящиеся к данному типу почвообразования, формируются в условиях резкоконтинентального аридного климата, основные черты которого определяются прежде всего географическим положением территорий Якутии, Забайкалья, Тувы, Алтая, Тянь-Шаня и Монголии внутри азиатского материка на большом удалении от океанов и сложным горно-котловинным характером рельефа.

Глава 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ.

Район исследования находится в юго-восточной части Горного Алтая, на границе с Монголией и Тувой. Для него характерно сочетание тек-тонико-аккумулятивного рельефа высокогорных котловин и типичного альпийского рельефа гор, обрамляющих эти котловины хребтов. Породы, слагающие горные сооружения, представлены метаморфизированными вулканогенно-осадочными толщами, преимущественно сланцами различного состава.

Юго-Восточный Алтай характеризуется резко континентальным климатом с коротким вегетационным периодом, резкими суточными колебаниями температуры и влажности, высокой инсоляцией и исключительной сухостью. Среднегодовые температуры здесь отрицательные (-4 * -б°С), средние температуры июля не превышают +11 -ь +14°С, при этом континентальностъ климата проявляется в значительных годовых амплитудах колебаний температуры воздуха. Годовая сумма осадков в Чуй-ской котловине составляет около 100 мм, КУ в летние месяцы не превышает 0,23. По мере увеличения абсолютных высот на склонах горного обрамления котловины происходит постепенное увеличение количества осадков, максимальный их высотный градиент наблюдается в восточной части котловины. Высокий радиационный баланс данной территории

обусловлен высокой прозрачностью атмосферы; большой высотой на, уровнем моря; специфичной облачностью, которая усиливает приход рас сеянной радиации, но мало снижает прямую; большим количеством ясны дней; почти полным отсутствием снежного покрова.

Резкоконтинентальный аридный климат обусловливает формирова ние своеобразной структуры высотной поясности. Опустыненные стет формирующиеся в высокогорных котловинах, сменяются настоящими сте пями горных склонов. В восточной, более влажной части района, север ные склоны иногда занимают лиственничные леса. Характерной черто района является отсутствие субальпийских и альпийских лугов, которы замещаются тундровыми и своеобразными тундрово-степными сообщест вами, которые сменяют степи или леса на высотах порядка 2500 м над у| моря. Особенности климата обусловливают господство ксерофитной рас тительности на всех уровнях высотного профиля.

Глава 3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Исследованиями были охвачены все высотные пояса и основны ландшафты района. Проводились они на трех ключевых участках, первы из которых располагался непосредственно на территории Чуйской котле вины на высоте 1700 м над ур. моря. Растительность внутри котловин представлена опустыненной степью с низким проективным покрытиег почвы - степные криоаридные карбонатные. Второй участок располагался южной части горного обрамления котловины. На участке была заложен почвенная катена, пересекающая ущелье реки и охватывающая прил« гающие склоны южной, северной и близких к ним экспозиций. Раститеп! ность участка - сильно разреженная опустыненная и каменистая степ почвенный покров склонов всех экспозиций представлен степными криог рядными типичными почвами. Третий участок находился в восточно!

прилегающей к Туве, наиболее влажной части района. На данном участке также была заложена катена, охватывающая склоны северо-западной и юго-западной экспозиций. Растительность склонов северных румбов представлена лиственничным лесом и ерниковой тундрой, южных - настоящей степью с проективным покрытием почти 100%. Под лесом были описаны горные мерзлотные дерново-таежные почвы, под тундровыми сообществами - тундро-степные, а под степью - степные криоаридные выщелоченные почвы. Также было заложено еще два разреза тундро-степных почв, которые располагались в высокогорных ландшафтах под остепнен-ной и ерниковой тундрой, на высотах: 2550 и 2800 м над ур. моря.

Названия исследованным почвам были даны в примерном соответствии с классификационными схемами ИАСоколова с соавт., В.И.Волковинцера, ЕНИвановой. Исследованные почвы представлены следующими типами: степные криоаридные, тундро-степные и горные мерзлотные дерново-таежные почвы. . Степные криоаридные почвы В.И.Волковинцером разделяются на три подтипа: много-, средне- и мало-гумусные в соответствии с показателями гумусонакопления, установленными для подтипов каштановых почв. В качестве рабочей мы предлагаем иную схему подтипового разделения данных почв, основанную, как это принято для карбонатных почв, на соотношении гумусового и карбонатного профилей. Таким образом, мы выделяем карбонатные (вскипание на нижней границе горизонта А), типичные (присутствует бескарбонатный горизонт В) и выщелоченные (вскипание непосредственно в горизонте Ю степные криоаридные почвы.

Глава 4. СВОЙСТВА ПОЧВ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ.

4.1. Морфология почв. Все степные криоаридные почвы маломощные, каменистые, окрашены в светло-бурые, коричневатые тона, имеют неяс-

новыраженную комковато-порошистую структуру. Профиль состоит из гумусового горизонта небольшой мощности, переходного горизонта В, нижняя граница которого определяется по резкому увеличению каменистости, сплошной горизонт дернины был описан лишь для подтипа выщелоченных почв. Обязательным признаком данных почв является присутствие карбонатов в виде мучнистых выделений и кутан на поверхности щебня. Изменения во влагообеспеченности исследованных участков определяют разную глубину залегания карбонатных горизонтов, что позволяет отнести почвы к разным подтипам. Обобщенное строение профиля: (АсО-А(са)-В(са)- ВГ^саИса.

Отличительными чертами морфологии тундро-степных почв является наличие хорошо выраженной дернины и относительно мощного темно-окрашенного гумусового горизонта. Наличие карбонатов в переходных горизонтах не является обязательным признаком. Профиль: Ас1-А-(АВ)-В(са)-ВИ(са)-К.

Горные дерново-таежные почвы отличаются наименьшей мощностью, они полностью выщелочены от карбонатов; гумусовый горизонт лежит непосредственно на слабовыветрелой почвообразующей породе. Органогенные горизонты слегка оторфованы или имеют перегнойный характер. Профиль: АсКО)-А(АЬ)-АИ-Н.

4.2. Гранулометрический состав и процессы внутрипочвенного выветривания. Степные криоаридные почвы всех подтипов имеют более или менее сходный гранулометрический состав: от супеси до среднего суглинка с преобладанием фракций мелкого песка и крупной пыли. Распределение фракций по горизонтам в целом равномерное. По классификационной схеме АХ.Черняховского коры выветривания, представленные в районе исследования, можно отнести к подтипу дифференцированных по солевому и карбонатному профилю в типе примитивных кор выветривания

Данные коры выветривания формируются в семиаридной климатической обстановке. Опираясь на данные гранулометрического анализа и общий характер климатической обстановки, можно предположить, что основными процессами дезинтеграции горных пород являются гидратационное и ингаляционное (или температурное) выветривание. Элювий, образующийся под действий данных типов физического выветривания, отличается механическим составом с преобладанием дресвы, а также тонкопесчаных и пылеватых фракций.

Об интенсивности химического выветривания можно судить по количеству тонких фракций в составе мелкозема. При сравнении гранулометрического состава различных подтипов степных криоаридных почв, в частности карбонатных с типичными, можно наблюдать заметное увеличение в последних содержания тонких фракций. Таким образом, интенсивность данного процесса зависит прежде всего от количества осадков, которое увеличивается от первого ко второму участку.

Тундро-степные и горные мерзлотные дерново-таежные почвы при общем соотношении гранулометрических фракций, характерном для степных криоаридных почв, характеризуются заметной дифференциацией профиля по гранулометрическому составу. Она выражается в утяжелении гранулометрического состава гумусового горизонта, которое указывает на возможность интенсификации процессов химического и биологического внутрипочвенного выветривания в условиях более благоприятного водного режима северных склонов и высокогорья.

4.3. Валовой состав почв. Все исследованные степные криоаридные почвы характеризуются однородным элементным составом. Колебания содержания всех элементов по профилю незначительные, проявление процесса элювиирования не отмечено.

От степных криоаридных почв к дерново-таежным возрастает интенсивность биогенного накопления биофильных элементов, связанная с возрастающими объемами накопления органического вещества. Во всех исследованных почвах наблюдается обеднение профиля кремнеземом по сравнению с породой, с одной стороны, являющееся относительным обеднением, а, с другой, связано со слабым его илпювиированием, которое наиболее выражено в тундро-степных почвах - почвах с переходным режимом увлажнения. ^

4.4. Химические и физико-химические свойства почв. Данные свойства почв закономерно изменяются в ряду, степные криоаридные карбонатные - степные криоаридные типичные - степные криоаридные выщелоченные -тундро-степные - горные мерзлотные дерново-таежные почвы (табл. 1). В данном ряду увеличивается выщелоченность почв от карбонатов; соответственно изменяется рН от слабощелочного до слабокислого; существенно возрастает емкость катионного обмена; несколько снижается степень насыщенности основаниями; повышается содержание органического вещества и расширяется отношение С/Ы. Все вышеперечисленные изменения свойств почв обусловлены важной климатической особенностью региона исследования: из-за инверсионных явлений среднегодовая температура на обрамляющих котловину склонах повышается по сравнению с самой котловиной, в этом же направлении увеличивается количество осадков.

Несмотря на приведенные выше различия почв, можно обнаружить и заметную конвергенцию их свойств, а именно: одинаковый состав обменных катионов, почти полная насыщенность основания, рН органогенных горизонтов в целом близкий к нейтральному. Обусловлена данная конвергенция сходством почвообразующих пород и общей суровостью климатической обстановки.

Разрез Горизонт Глубина, рн СаСОз С орг N с/ы Гидролитическая Обменные основания ЕКО Ил

водный кислотность

Са Мд

см % мг - эка / 100 г почвы %

степные криоаридные карбонатные

1-93 Ас1 0- 6 7,5 0,42 1,2 0,15 8,00 0 436 1,49 5,85 0,80

А 6-10 8,4 0,57 0,8 0,12 6,67 0 3,99 2,59 6,58 0,80

Вса 10-28 8,8 5,77 0,7 не опр не опр 0 3,20 1,60 4,80 1,37

Яса 28-50 9,4 4,84 0,5 не опр не опр 0 не опр не опр не опр 133

степные криоаридные типичные

11-93 А 0- 7 6,3 0 4,8 0,44 10,85 0 2,99 339 638 1,70

В 7-23 7,8 33 3,0 0,29 10,22 0 4,83 5,49 1032 15,21

ВЯса 23-41 8,5 13,8 0,6 не опр не опр 0 4,59 7,48 12,07 23,94

степные криоаридные выщелоченные

18-93 Ас1 0- 4 7,0 0 7,9 0,86 9,19 0,90 2,62 1,41 4,93 0,70

А 4-18 7,0 0 4,1 0,49 8,37 0 3,42 1,43 4,85 0,70

В 18-34 7,1 0 2,2 0,37 5,95 0 3,18 1,59 4,77 0,77

ВЯ 34-79 73 0 0,8 0,12 6,67 0 2,79 1,20 3,99 0,70

Яса 79-85 8,2 9,05 не опр не опр не опр 0 239 1,29 3,68 0,85

тундро-степные

14-93 Ас1 0-7 6,6 0 9,1 0,83 10,96 3,79 33,15 6,03 42,97 3,74

А 7-21 6,5 0 4,2 не опр не опр 6,24 18,90 2,49 27,63 14,32

АЯ 21-30 6,4 0 0,5 0,09 6,66 2,23 8,00 2,00 12,23 1038

горные мерзлотные дерново-таежные

16-93 АТ 0- 6 5,5 0 12,1 0,59 20,51 не опр 3536 10,10 не опр

А 6-16 5,7 0 43 036 11,94 5,80 28,57 4,76 39,13 12,55

АЯ1 16-36 6,1 0 0,4 0,08 5,00 1,34 4,49 2,00 7,83 0,82

АЯ2 36-50 6,6 0 сл сл 0 0 0 0 не опр

4.5. Минералогический состав почв и происхождение карбонатов. Все без исключения исследователи сходятся во мнении о специфичности облика карбонатного горизонта в степных криоаридных и тундро-степны* почвах и о его диагностическом значении, хотя до сих пор вопрос о егс происхождении остается спорным. Реализация версии о реликтовое™ карбонатного горизонта, на которую ссылается большинство авторов кажется нам возможной (хотя и спорной) лишь для почв, формирую щихся в самой Чуйской депрессии, формирование же остальных почв нг достаточно крутых склонах исключает данную возможность. Несмотря нг то, что исследованные почвы формируются на породах, богатых основа ниями, возможность реализации процесса карбонатизации в полной мер« в данных климатических условиях кажется нам сомнительной, т.к. оь предполагает интенсивное протекание процессов химического выветри вания, которое в экстраконтинентальных криоаридных условиях сведено i минимуму. Роль биологического фактора в накоплении карбонатов так же видимо, является подчиненной.

Для выяснения основных направлений генезиса карбонатов в иссле дованных почвах нами была проведена более подробная диагностик; почвообразующих пород, а также анализ состава минералов мелко песчаной и пылеватой фракций измельченной породы.

Наиболее распространенными почвообразующими породами для ис следованных участков являются кремнистые сланцы и филлиты, представ ляющие из себя полнокристаллические тонкоспанцеватые метаморфиче ские породы; иногда встречаются слюдяные сланцы. Минералогически! анализ филлита, слюдяного и кремнистого сланца показал, что во все этих породах в значимом количестве содержится кальцит в виде отдель ных зерен и агрегатов (около 5-15%). При этом основной фон составля ют полевые шпаты, присутствуют - кварц, хлориты, роговые обманки, эпи

дот, биотит. Поскольку карбонаты в породе содержатся в рассеянном виде, а сама почвообразующая порода представляет из себя грубообло-мочный материал, она не вскипает от десятипроцентной соляной кислоты, и в полевых условия была диагностирована как бескарбонатная.

Механизм образования карбонатов в исследованных почвах в виде мучнистых новообразований и пленок по каменистым включениям нам представляется следующим образом. В процессе интенсивного физического выветривания образуется материал песчано-крупнопылеватого гранулометрического состава. Оказывающиеся на поверхности зерна кальцита подвергаются а-конгруэнтному растворению по АХ.Черняховскому (полное растворение минералов, образованных ионными связями), при этом интенсивность данного процесса в условиях низких температур повышается. В зависимости от количества влаги бикарбонатные соли мигрируют по профилю на различную глубину. Выпадение осадка в форме карбонатных солей и постепенная их аккумуляция происходит при испарение раствора в сухие периоды, а также при вымораживании раствора. При резких сменах климатических условий вторичный кальцит может образовываться и осаждаться на месте, образуя натеки на щебне. Исходя из данного механизма образования карбонатного горизонта, его невозможно отнести как к процессу окарбоначивания (иллювиальная или гидрогенная аккумуляция карбонатных солей кальция и магния в различных морфологических формах), так и к процессу карбонатизации (синтез в почвенной толще карбонатов при выветривании материнской породы). Данный процесс является специфичным, т.к. источниками ионов кальция и магния хотя и является непосредственно кальцит, его растворению и миграции должна предшествовать стадия физической дезинтеграции плотных пород.

Глава 5. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ.

Тундро-степные почвы характеризуются фульватно-гуматным типом гумуса, степные криоаридные - гуматно-фульватным, дерново-таежные почвы имеют гумус близкий к фульватному (табл. 2). Для всех почв характерно сильное увеличение содержания фульвокислот с глубиной. В этом же ряду почв уменьшается степень гумификации органического вещества от высокой до слабой.

Таблица 2. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ

ПОКАЗАТЕЛИ степные криоаридные карбонатные степные криоаридные типичные степные криоаридные выщелоченные тундро-степные горные мерз лотные дер-новЪ-таежны /

Содержание гумуса в гор. А очень низкое высокое высокое высокое высокое

Профильное распределение гумуса постепенно убывающее постепенно убывающее постепенно убывающее постепенно убывающее резко убывающее

Обогащенность азотом СМ высокая средняя-высокая высокая средняя низкая

Степень гумификации органического вещества средняя высокая / высокая высокая -очень высокая слабая -средняя

Тип гумуса Сгк/Сфк в горизонте А гуматно-фульватный 0,7-0,8 гуматно-фульватный 0,7-0,8 фульватно-гуматный - Ю фульватно-гуматный 0,9-1,3 гуматно-фульватныР 0,5-0,7

Содержание "свободных" ГК очень низкое низкое среднее-высокое низкое высокое

Содерж. ГК, связанных с Са очень низкое низкое-среднее очень низкое низкое очень низко

Содержание лрочносвяз. ГК высокое высокое высокое . высокое среднее

Основной особенностью фракционного состава гумуса исследованных почв (рис 1, 2) является значимое присутствие всех фракций гумусовых кислот. Общей чертой состава гумуса является высокое содержание третьей фракции. Данную особенность можно объяснить прежде всего на-

карбонатные

Сгк/Сфк

да Р1 А Вса

А

Р11 В ВЯса

типичные

выщелоченные

гуминовыо кислоты

фульвоки слоты

0,87 0,89 0,48

0,60

0,72

0,34

%

Рис. 1. Состав гумуса степных криоаридных почв

йФКЗ

ЭФК2

□ ФК1

ШФК1а

■ ГКЗ

ИГК2

ЕЗГК1

горные мерзлотные дерново-таежные

Ат

Р16 А

А1Ч1

Р14 А

тундро-степные

Сгк/Сфк

0,52

0,69 0,86

0ФКЗ ВФК2 □ ФК1 ШФК1а 1ГКЗ ВГК2 ШГК1

гуминовые кислоты

20 30

фульвокислоты .

Рис 2. Состав гумуса горных мерзлотных дерново-таежных и тундро-степных почв

личием периодов глубокого промерзания и иссушения, обусловливающих дегидратацию органо-минеральных соединений и необратимое связывание органического вещества с минеральной частью. Эта фракция гумусовых кислот, по-видимому, связана со слабоокристалпизованными формами соединений железа, а не с глинистыми минералами, содержание которых в данных почвах невелико. Образование прочносвязанных гумусовых кислот согласуется с общим преобладанием процессов стабилизации продуктов почвообразования и выветривания в данных климатических условиях.

Вторая важная черта фракционного состава гумуса - высокое содержание первой фракции гумусовых кислот, которое увеличивается в ряду: степные криоаридные - тундро-степные - дерново-таежные. В этом направлении увеличивается количество продуктивной влаги, снижаются амплитуды колебания температур и влажности, т. е. создаются более благоприятные условия как для процессов гумусообразования, так и для процессов внутрипочвенного выветривания. Интенсификация этих процессов, безусловно, протекает до определенных пределов, т.к. в этом же ряду на первый план выходит другой лимитирующий фактор - температура. Для тундровых ландшафтов - это снижение температуры с высотой, для лесных определяющим является положение на северном склоне, а также вероятный подъем уровня вечной мерзлоты.

В данном ряду почв в этом же направлении снижается содержание фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием, т.е. интенсивность процессов образования "зрелых" фракций гумуса снижается.

Таким образом, наблюдается следующая закономерность: с одной стороны в составе гумуса высоко содержание подвижных молодых фракций, с другой - высоко также и содержание прочносвязанных стабильных малоподвижных фракций. По нашему мнению, такой фракционный состав

гумуса достаточно полно отражает условия формирования гумуса и почв данного региона в целом. С одной стороны, формирование данных почв на примитивных корах выветривания, обусловливающее сосуществование процессов выветривания и почвообразования в одном профиле, приводит к формированию как первичных продуктов выветривания-почвообразования в виде аморфных соединений, так и связанных с ними фракций гумусовых кислот. С другой стороны, наличие периодов иссушения и промораживания обусловливает дегидратацию органических, минеральных и органо-минерапьных соединений и образование их стабильных форм.

Содержание фракции ФК1а во всех почвах одинаково невелико. Очевидно, что ее участие в процессах выветривания первичных минералов ничтожно, что наряду с замедленностью химических и биохимических реакций в жестких климатических условиях приводит в целом к минима-лизации процессов химического выветривания.

Нами были сделаны попытки применить кинетическую теорию гумификации Д.СОрлова для выявления экологических закономерностей изменения глубины гумификации органического вещества. Решение уравнения глубины гумификации производится с помощью двух величин: продолжительности периода биологической активности и степени насыщенности почв основаниями.

В самой Чуйской котловине, ориентировочно, ПБА составляет около 40 дней. С увеличением абсолютных высот он существенно не изменяется, возможно некоторое увеличение данного показателя на южных склонах На диаграмме Д.СОрлова, характеризующей корреляционную зависимость глубины гумификации и периода биологической активности, столь низкий ПБА не отражен. Наиболее близкими по величине ПБА к исследованным нами являются почвы, относящиеся к крайним левому и правому участкам

диаграммы, которые характеризуют условия образования тундровых и пустынных почв. Но для данных типов почв характерен фульватный тип гумуса, что отличает их от исследованных нами. Величины Ох/СфК около 0,7-1,0 характерны для почв, формирующихся в ландшафтах с величинами ПБА в 2-3 раза большими, чем на Юго-Восточном Алтае. Сходная ситуация, а именно, близкие к единице отношения Спс/СфК при низких значениях ПБА характерна для многих высокогорных почв, в частности горно-луговых и горных лугово-степных.

Таким образом, в горных условиях, помимо ПБА, существенное влияние на глубину гумификации оказывают другие факторы. В биоклиматической обстановке, в которой формируются степные криоаридные и тундро-степные почвы Юго-Восточного Алтая, несомненно, можно обнаружить факторы, способствующие образованию большого количества гумуса со значительной долей гуминовых кислот наличие травянистой растительности и, как следствие, подземный характер накопления органического вещества; нейтральная реакция и насыщенность почв основаниями; наличие периодов и^ушения и промораживания, способствующие обезвоживанию и коагуляции продуктов гумификации и повышению их устойчивости.

На гумусообразование оказывает большое влияние характер фитоце-

нозов. Так, в почвах травяных сообществ (тундра и степь) формируется

/

фульватно-гуматный, гуматно-фульватный гумус при значительном участии второй фракции гумусовых кислот, но, в то же время, с очень высоким содержанием третьей фракции. В данном случае можно говорить о формировании органопрофиля типа кальциевый мюлль-модер (по классификации ФДюшофура) или мюллеподобный модерЧпо Кубиене), который характерен для горных карбонатных почв. Отличительной особенностью гумуса данного типа является относительно высокая -степень гумификации

органического вещества, но из-за отсутствия значимого количества илистых частиц не наблюдается образование гумусово-глинистых агрегатов. Нарастание степени гумификации и увеличение в составе гумуса гумино-вых кислот происходит в ряду: степные криоаридные карбонатные - степные криоаридные типичные - степные криоаридные выщелоченные -тундро-стелные почвы. Таким образом, определяющим фактором в усилении процессов гумусообразования для данного региона является увлажнение, увеличение которого, с одной стороны, заметно увеличивает продуктивность фитоценозов, а с другой, интенсифицирует процессы внутрипочвенного выветривания, что способствует закреплению гумусовых кислот.

Под лесной растительностью в связи с преимущественно наземным характером поступления кислых, содержащих большое количество лигнина органических остатков формируется органопрофиль типа модер-морр с фульватным типом гумуса при абсолютном преобладании фракций гумусовых кислот, связанных с несиликатными формами соединений железа и алюминия. Таким образом, когда режим увлажнения принципиально меняет характер растительных сообществ, определяющим фактором формирования состава гумуса является качество растительного опада и характер его поступления в почву. Климат в данном случае является косвенным фактором, влияющим на процесс почвообразования через изменение характера растительности.

Глава 6. ЖЕЛЕЗО В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ.

Содержание свободного железа в близко во всех типах исследованных почв, что определяется принципиальной схожестью почвообразующих пород и условий выветривания (табл. 3). По соотношению величин

Таблица 3. ФОРМЫ И ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ

Разрез глубина Ре Группы соединений Формы соединений

горизонт валовое силикатное свободное сильноокристаллиз. слабоокристаллиз. аморфные

связана с гумусом не связ. с гумусом

см % % % от вал % % от вал % % от вал % % от вал % % от вал % % от вал

степные криоаридные карбонатные

1-93 Ас! А Вса 0-6 6-10 10-28 3,85 3.07 338 2,82 1,99 2,62 73,25 64,82 77,51 1.03 1,08 0,76 26,75 35.18 22,49 0,03 0,05 0,04 0.78 1,63 1.18 0,70 0,85 0,58 18,18 27,69 17,16 0 0 0 0 0 0 озо 0,18 0,14 7,79 5,86 4,14

степные криоаридные типичные

11-93 А В ВЯса 0-7 7-23 23-41 4,02 3,71 3,26 2,54 2.62 2,36 63,18 , 70,62 ' 72,39 1,48 1,09 0,90 36,82 29,38 27,61 0,08 0,07 0.07 1,99 1,89 2,15 0,91 0.71 0.72 22,64 19,14 22,09 0,05 0,06 0,04 1,24 1,62 1,23 0.44 0.25 0,07 10,95 6,74 2,15

степные криоаридные выщелоченные

18-93 Ас! А В ВЯ Яса 0- 5 5-18 18-34 34-79 79-90 3,23 3,48 3,13 3,04 2,83 2,69 2,54 2,12 2,25 2,07 75,85 72,99 67,73 74,01 73,14 0,78 0,94 1,01 0,79 0,76 24,15 27,01 32,27 25,99 26,86 0,09 0,05 0,24 0,02 0,01 2,79 1,44 7,67 0,66 0,35 0,50 0,65 0,55 0,68 0,68 15,48 18,68 17,57 2237 24,03 0 0,05 0,02 0,02 0,02 0 1,44 0,64 0,66 0,71 0,19 0,19 0,20 0.07 0,05 5,88 5,46 639 230 1,77

тундро - степные

14-93 Ас* А АЯ 0-7 7-31 21-30 2,67 3.50 2,95 1,61 2,46 2,09 60,30 70,29 70,85 1,06 1,04 0,86 39.70 29.71 29,15 0,08 0,08 0,29 3,00 2,29 9,83 0,62 0,58 0,40 23.22 16,57 13,60 0,03 0,07 0,03 1,12 2,00 1,02 0.33 031 0,14 1236 8,86 4,74

горные мерзлотные дерново-таежные

16-93 Ат А АМ 0- 6 6-19 19-36 1.32 2,74 2,88 0,79 1,95 2,04 59,85 71,17 70,83 0,53 0,79 0,84 40,15 28,83 29,17 0,17 0.03 0,14 12,88 1,09 4,86 0,15 0,49 0,47 11,36 17,88 1632 0,04 0.15 0,02 3,03 5,47 0,69 0,17 0.12 0,21 12,88 438 7,29

силикатного и несиликатного железа изученные почвы относятся к группе сиаллитных почв.

Главной особенностью состава соединений железа исследованных почв является высокое содержание слабоокрисгалпизованных форм соединений железа при незначительном (в большинстве случаев) содержании сильноокристаллизованных. На первый взгляд такая ситуация кажется несколько парадоксальной, т.к., казалось бы, в данных климатических условиях складывается наиболее благоприятная обстановка для окрисгал-лизации железа: периодическое иссушение и промораживание обусловливают дегидратацию коллоидов и их коагуляцию с последующей кристаллизацией. На самом деле этого не происходит, кристаллизация останавливается на стадии слабоокристаллизованных форм. Основная причина этого явления - наличие карбонатов, которые выполняют защитные функции. С этим также согласуется то, что в бескарбонатных почвах тундры и леса содержание сильноокристаллизованных форм существенно возрастает. Возможно также, что в условиях высокой гумусированности данных почв в процессах стабилизации железа не последнюю роль играют гумусовые вещества, также выполняющие защитную функцию.

Вторая особенность - высокое содержание аморфных форм соединений железа, которое увеличивается при переходе от степных криоаридных почв к дерново-таежным через тундро-степные. Высокое его содержание связано с процессами выветривания силикатных железистых минералов. В данном ряду почв интенсивность этого процесса возрастает в связи с увеличением увлажненности. Наиболее велико содержание минеральных аморфных форм, содержание же аморфного железа, связанного с органическим веществом, ничтожно в степных криоаридных почвах и возрастает при переходе к дерново-таежным. Низкое содержание этой формы согласуется с ее общей нестабильностью в щелочных условиях.

Таким образом, можно заключить, что в данных условиях с одной стороны преобладают процессы стабилизации форм соединений железа, характерные для почв с недостаточным увлажнением, контрастным термическим режимом на фоне нейтральной и щелочной реакции в сочетании с высокой карбонатностью, а с другой - процессы выветривания первичных силикатов с образованием аморфных форм соединений железа, характерные для щебнистых почв с развитым гумусовым профилем.

Глава 7. ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Изучение экспозиционной дифференциации растительного и почвенного покровов проводилось в исследуемом районе с помощью двух поч-венно-геоморфологических профилей, в южной и в восточной частях района. На южном участке не удалось выявить существенную разницу в свойствах почв склонов разных экспозиций, они относятся к одному подтипу и имеют сходные свойства.

Почвы восточной части района, расположенные на склонах противоположных экспозиций, различаются на типовом уровне. Южные склоны заняты степными криоаридными, а северные - дерново-таежными и тундро-степными почвами. В целом различия в морфологии и химических свойствах почв разных склонов определяются различиями в увлажненности склонов южной и северной экспозиций. По составу гумуса почвы группируются не только в соответствии с их экспозиционным положением, но и по характеру растительных сообществ: почвы травяных и лесных фи-тоценозов. Наиболее же рельефно гидрологические условия почвообразования разных склонов отражает соотношение аморфных и слабоокристал-лизованных форм соединений железа: данное соотношение резко увеличивается от степных криоаридных почв южных склонов к дерново-

таежным северных. Тундро-степные почвы занимают промежуточное положение.

Опираясь на данные о том, что в условиях Юго-Восточного Алтая пояс конденсации влаги находится не в лесном, а в тундровом поясе, можно сделать вывод о существенной гидрологической роли леса. По многим свидетельствам, возобновление леса после его вырубки в этих условиях не происходит, что свидетельствует о постепенной аридизации климата региона. Существование лесных массивов в настоящее время, вероятно, обусловливается своеобразным микроклиматом данного растительного сообщества.

ВЫВОДЫ

1. Низкие тепло- и влагообеспеченность, а также литологические особенности Юго-Восточного Алтая обусловливают доминирование процессов физического и физико-химического выветривания с образованием современной коры выветривания примитивного типа, дифференцированной по содержанию карбонатов с преобладанием тонкопесчаных и крупнопылеватых фракций. Низкое содержание агрессивных фракций гумусовых кислот в сочетании с замедленностью химических и биохимических реакций в жестких климатических условиях приводят в целом к минимализации процессов химического выветривания.

2. Обогащение степных криоаридных почв Юго-Восточного Алтая карбонатами в виде мучнистых выделений и пленок происходит при их высвобождении из зерен кальцита, содержащихся в небольших количествах в плотных почвообразующих породах, в процессе физической дезинтеграции пород и последующего растворения. Осаждение и кристаллизация вторичного кальцита происходит при испарении и вымораживании растворов.

3. Экстремальные климатические условия района исследования обусловливают заметную конвергенцию состава гумуса почв, относящихся к разным типам и формирующихся под разными растительными сообществами. Общими особенностями состава гумуса исследованных почв являются: значимое присутствии всех фракций гумусовых веществ; высокое содержание подвижных фракций гумусовых кислот, обусловленное постоянным присутствием первичных продуктов выветривания-почвообразования в виде аморфных соединений; высокое содержание прочносвязанных с минеральной частью гумусовых веществ, связанное с наличием периодов длительного иссушения и промораживания, ведущими к дегидратации и стабилизации органических и органо-минеральных соединений.

4. Почвы травяных сообществ - степные криоаридные и тундро-степные - характеризуются органопрофилем типа кальциевый мюлль-модер, отличительными чертами которого являются: фульватно-гуматный, гуматно-фульватный тип гумуса при значительном участии фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием; высокая степень гумификации и отсутствие гумусово-глинистых агрегатов. Под лесной растительностью формируется органопрофиль типа модер-морр, характеризующийся наличием органогенного горизонта со слабыми признаками оторфованности; фульватным типом гумуса при абсолютном преобладании фракций гумусовых кислот, связанных с полуторными окислами; слабой степенью гумификации органического вещества.

5. Содержание свободного железа низкое во всех исследованных почвах, что определяется принципиальной схожестью характера почвооб-разующих пород и условий выветривания. В составе свободного железа преобладают слабоокристаплизованные соединения, что обусловлено процессами стабилизации, характерными для почв с недостаточным увлажнением, контрастным термическим режимом на фоне нейтральной и ще-

лочной реакции в сочетании с высокой карбонатностью. В то же время в его составе велика доля аморфных форм, образование которых связано с характерными для щебнистых многогумусных почв процессами выветривания первичных силикатов.

6. В ряду степные криоаридные - тундро-степные - горные мерзлотные дерново-таежные почвы наблюдается увеличение содержания сильноо-кристаллизованных и аморфных форм соединений железа и уменьшение содержания слабоокристаллизованных, что связано с увеличением увлажненности в данном ряду и, как следствие, интенсифицикацией процессов выветривания; в то же время возрастание выщелоченности почв создает благоприятные условия для образования сильноокристаллизованных форм соединений железа.

7. В условиях экстраконтинентального климата исследованного района экспозиционная дифференциация, выражающаяся в смене степных криоа-ридных почв южных склонов на мерзлотные дерново-таежные северных проявляется только при определенном уровне увлажненности, достаточном для существования лесных экосистем в определенном высотном интервале на склонах северной экспозиции. При этом само функционирование данных экосистем способствует поддержанию своеобразного микроклимата, ведет к повышению контрастности почв склонов разной экспозиции. Невозобновляемость лесных сообществ в данном районе свидетельствует о их реликтовое™ и постепенной аридизации климата.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. Особенности гумусного состояния криоаридных почв Ал тая//Тезисы докладов международной конференции студентов и аспиран тов по фундаментальным наукам "Ломоносов-96", Москва, 1996, с 18.

Z Почвы высокогорных тундр Юго-Восточного Алтая//Вестник МГУ сер. 17, Почвоведение: 1997, N 2 (в печати), (в соавторстве).