Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности внутрипрофильного и пространственного изменения химических свойств и микроэлементного состава почв Приокско-террасного биосферного заповедника

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности внутрипрофильного и пространственного изменения химических свойств и микроэлементного состава почв Приокско-террасного биосферного заповедника"



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА Факультет

'};, ■?- ^ ^ На правах рукописи

УДК 631.4

Семенюк Ольга Вячеславовна

ОСОБЕННОСТИ ВНУТРИПРОФИЛЬНОГО И ПРОСТРАНСТВЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПОЧВ ПРИОКСКО- ТЕРРАСНОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА.

Специальность 03. 00. 27 - почвоведение.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1995

. Работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета ''•V почвоведения Московского Государственного Университета.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор В. Д. Васильевская

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Л. О. Карпачевский

кандидат биологических наук О. К Лепнева

Ведущая организация: институт почвоведения и фотосинтеза РАН /г-^о

Защита состоится ": г. "(р^.^^&ЛШЬ г. в !?. часов в аудитории М-2 на заседании специализированного совета К053. 05.16 факультета Почвоведения МГУ. 119899, Москва, ГСП, Воробьевы Горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " {О " ЛМ^и^Я-- 199£Гг.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор биологических наук, доцент Г. ЕМотузова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. _

Антропогенное- загрязнение природных экосистем проявляется на локальном, региональном и глобальном уровне. Постановление Совета Министров и Правительства Российской Федерации "О создании единой государственной системы экологического мониторинга" (1993г.) предусматривает организацию комплексного фонового мониторинга окружающей среды на территории Российской Федерации. Составной частью последнего'является фоновый мониторинг почвенного покрова. В документе указывается необходимость "разработки методической основы системы мониторинга и введение государственного фонда данных о состоянии загрязненных и фоновых природных систем". Получение объективной оценки состояния почв в биосферных заповедниках является частью программы фонового мониторинга. Кроме того, в печати недостаточно освещен вопрос о закономерностях внутрипрофильного и пространственного распределения микроэлементов. Необходимость изучения этих вопросов приобретает особую важность на территориях биосферных заповедников, являющихся природными эталонами. Актуальность проблемы определяется усиливающимся интересом к изучению на региональном и глобальном уровне возрастающего загрязнения природной среды и почвенного покрова в частности.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в изучении химических свойств и микроэлементного состава почв Приокско-террасного биосферного заповедника, выявлении особенностей их распределения и использовании полученных данных для фонового почвенного мониторинга.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ-'; -

1. Комплексное изучение свойств основных типов почв района исследований.

2. Определение уровня фонового состояния отдельных почвенных разностей с учетом природного варьирования их свойств.

3. Сравнительная комплексная характеристика свойств лесных и аллювиальных почв района исследования.

- г -

4. Изучение изменений свойств аллювиальных почв под влиянием сельскохозяйственного производства

Научная новизна.

На основе подробного исследования почв заповедника впервые в широком наборе определены свойства почв: 20 характеристик общих свойств и 17 микроэлементов. Установлено с учетом природного варьирования состояние 9 отдельных почвенных разностей по 15 свойствам. Показано, что пространственная неоднородность свойств лесных почв существенно выше,чем пространственная неоднородность аллювиальных почв. В лесных дерново-подзолистых почвах определены значения коэффициентов варьирования почвенных свойств, которые составляют: до 100% - для общих химических свойств почв, до 80% - для содержания B,Cr,Mn,Cu и РЬ, до 50% - для содержания Ti,V,Co. В почвенном профиле дерново-подзолистых почв от верхних горизонтов к нижележащим пространственная неоднородность изученных химических свойств уменьшается, а для содержания микроэлементов увеличивается. В аллювиальных почвах максимальная неоднородность с коэффициентами вариации до 70% характерна для содержания Ni и Sn; коэффициенты вариации до 50% отмечены для содержания B,V,Cu,Zn, гумуса, подвижных Р и К. Дня содержания Ti,Cr,Mn, Со, РЬ коэффициенты вариации составляют не более 30%. Установлено,что использование аллювиальных почв в качестве сельскохозяйственных угодий не приводит к существенному изменению содержания и запасов валовых форм изученных микроэлементов при наличии тенденции к увеличению подвижности свинца и цинка в почве агроценозов. Предложенный матричный способ комплексного сравнительного анализа дерново-подзолистых и аллювиальных почв по 10 основным почвенным свойствам показал, что сравниваемые почвы не имеют существенных различий по содержанию гумуса, Cu,Cr,B и подвижного К, но существенно различаются по величине рН-водн. , содержанию подвижного Р, валовых V,Ti и Мп.

Практическая ценность работы обусловлена возможностью использования полученных результатов в качестве фоновых при проведения почвенного мониторинга, а

также для составления прогноза поведения микроэлементов нг аналогичных территориях,подверженных техногенному воздействию. Результаты работы использованы при разработке научно-методических подходов к реализации проекта Красной книги почв России во ВНИИ Охраны природы.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на III Международном симпозиуме по комплексному глобальному мониторингу состояния биосферы (Ташкент,1985), 2-й конференции молодых ученых ЛАМ (Москва, - 1989), школе-семинаре молодых ученых факультета почвоведения МГУ (Красновидово,1993), Конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ "Современные проблемы почвоведения экологии" (Красновидово,1994).

По результатам работы опубликовано 5 печатных работ, 1 работа сдана в печать.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из ¿PY наименований, 2 приложений. Работа изложена на ÄOC страницах машинописного текста и содержит таблицу иллюстрируется 2 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРМАНИЕ РАБОТЫ.

Глава 1 Природные условия

Приокско-Террасный биосферный заповедник расположен на левобережье р. Оки, в 12 км от города Серпухова Московской области. Территория заповедника занимает пологий склон OkckoJ долины. Климат - умеренно-континентальный. Годовая сумма осадков составляет 600-650 мм. Все террасы левобережья сложены известняками, перекрытыми днепровской мореной, местами размытой. Коренные породы покрыты плащом аллювиально-флювиогляциальньи песков различной мощности.

Заповедник расположен в южной подзоне хвойно-широколиственных лесов. Наибольшее распространение имеют легкие по гра-

нулометрическому составу дерново-подзолистые почвы различной степени оподзоливания и оглеения. Почренный покров поймы реки Оки представлен в основном суглинистыми аллювиальными дерновыми и луговыми почвами.

Впервые изучение почвенного покрова Приокско-Террасного биосферного заповедника было проведено под руководством К М. Фридланда (1955), результатом работы явилось составление почвенной карты. В рамках проблемы фонового мониторинга почвы заповедника исследовались Керженцевым А. С. , Дмитраковым Л. М. , Назаровым А. Г. , Костенчуком Е А. и рядом других исследователей. Золотарева В. Н. впервые определила содержание особо опасных элементов в основных биогеоценозах заповедника. Учватовым В. П. проведена большая комплексная работа по изучению атмосферных потоков микроэлементов и их трансформации в ландшафтах. В тоже время почвенный покров заповедника изучен недостаточно полно. В частности, крайне мало научных материалов по микроэлементному составу почвенного покрова данной территории.

Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований послужили лесные почвы водораздельных территорий и аллювиальные почвы поймы реки Оки. Для изучения внутрипрофильного изменения почвенных свойств было заложено 23 полнопрофильных разреза. Для изучения пространственной изменчивости почвенных свойств на девяти опорных площадках размером в 1 га из верхних горизонтов отбирались 20-25 индивидуальных почвенных образцов на каадой, а в случае дерново-подзолистой контактно-оглеенной почвы - по генетическим горизонтам. Содержание валовых форм 17 микроэлементов определено в 730 почвенных образцах спектральным количественным методом и методом пламенной фотометрии в лабораториях ИМГРЭ (г. Бронницы) , а подвижные формы ряда микроэлементов в почвенной вытяжке аммонийно-ацетатного буфера (рН = 4.8) определяли на атом-но-абсорбционном анализаторе фирмы "Хитачи". В 400 почвенных образцах определяли химические и физико-хИмические почвенные свойства ( до 20 показателей) общепринятыми методами (Аринуш-кина,1977).

Г Л а Б а 3 ЛЕСНЫЕ ПОЧВЫ АВТОНОМНОГО ЛАНДШАФТА

Для характеристики почвенного покрова автономного ландшафта были выбраны наиболее распространенные типичные почвенные разности и растительные сообщества. Разнообразие почв данного ландшафта определяются главным образом мощностью песчаного чехла, уровнем залегания грунтовых вод и характером подстилающей породы ( наличие или отсутствие карбонатности ). Все почвы песчаные и подобраны по степени выраженности морфологических признаков элювиальных горизонтов и усиления степени гидромор-физма.

Дерново-подзолистые почвы охарактеризованы 5 почвенными разрезами, а почвы болотного комплекса 2 разрезами.

Подтип дерново-подзолистых почв представлен следующими вариантами:

- дерново-поверхностноподзолистые почвы с мощностью песчаных отложений 200-210см:

а/, почвы на карбонатных отложениях под березняком;

б/, поверхностно-слабоглееватые почвы на моренном суглинке под липняком;

- дерново-глубокоподзолистые почвы с мощностью песчаного профиля 80-100см под сосняком:

а/, на моренном суглинке;

б/, на' карбонатных отложениях.

Гранулометрический анализ дерново-подзолистых почв показал, что почвы характеризуются как песчаные связные крупнозернистые с преобладанием фракции крупного и среднего песка ( 60-75% ). Дерново-поверхностно и дерново-глубокоподзолистые почвы различаются как по содержанию ила и физической глины в верхних горизонтах, так и по характеру их распределения в почвенном профиле. Дерново-поверхностноподзолистые почвы содержат 8.9 - % физической глины и 5. 7 % ила в поверхностном горизонте, что соответственно в 2 раза и в 4 раза больше, чем в дерново-глубокоподзолистых почвах. Содержание ила и физической глины в горизонтах дерново-поверхностноподзолистых почв снижается вниз по профилю, в дерново-глубокоподзолистых почвах максимум

содержания приходится на иллювиальные горизонты ( соответственно ила - 5. 4%, физической глины до 9. 7% ).

Дерново-поверхностноподзолистые почвы близки между собой по 6 свойствам из изученных 20. Они характеризуются как слабокислые (рН вод. = 6.0, рН сол. = 5. 4), степень насыщенности основаниями - 65%, содержание К - О. 65%, содержание Ыа -0. 24%, 'содержание аморфного Ре - 0. 4%. Оглеенная почва по сравнению с неоглеенной содержит в 2 раза больше гумуса, обменного А1, поглощенного Са и подвижного К20, почти в 1. 5 раза - N. подвижного Р205, валовых Са, Мй и Ре.

Для вариантов дерново-подзолистых почв,формирующихся на песчаных отложениях двухметровой мощности дополнительное поверхностное увлажнение оказывает более существенное влияние на свойства почвы, чем подстилающие карбонатные породы. Лучшие лесорастительные свойства поверхностно-слабоглееватой почвы создают благоприятные условия для произрастания более требовательной к среде обитания древесной породы - липы.

Характеризуя профильное распределение химических свойств дерново-поверхностноподзолистых почв следует отметить элювиально-иллювиальное распределение только для обменного А1 с накоплением в В1 и кроме того в почве неоглеенного варианта, ха-рактеризирующейся относительным усилением морфологических признаков оподзоливания, - для подвижного Р.

Дерново-глубокоподзолистые почвы в отличие от дерново-поверхностноподзолистых почв имеют ярко выраженный элювиально-иллювиальный характер распределения всех изученных свойств.

Дерново-глубокоподзолистые почвы на моренном суглинке характеризуются как кислые (рН вод. = 4.5), малогумусные (0.9-1.2%), крайне слабо насыщенные основаниями ( около 6%). По сравнению с дерново-поверхностноподзолистыми почвами они содержат меньше поглощенных Са, М^, подвижных Р205, К, Ре, валовых Н,Ма,К,Ре,Са,Мг.

В случае близкого залегания карбонатных отложений и влияния жестких грунтовых вод дерново-глубокоподзолистые почвы по сравнению с почвами,расположенными на моренном суглинке содержат в 3-6 раз больше поглощенных Са, Мй. При этом степень насыщенности основаниями повышается до 14-36%. Эти почвы ' имеют

ft

- / -

слабокислую реакцию: среды. рН вод. в гумусово-аккумулятивном горизонте равно 5. 5, а в элювиальном - 6. 9.

Комплекс болотных почв представлен почвами кочек - торфяно-глеевыми и почвами понижений между ними - перегнойно-торфяно-•глеевыми. Эти почвы слабо насыщены основаниями до 5%. Почвы кочек менее кислые ( рН вод. = 4.6 ) , чем почвы понижения (рН вод. =3. 8). Почвы понижений по отношению к почвам кочек характеризуются большим содержанием подвижных К и Р ( в 2 раза) , обменного Н+, поглощенного Mg и общего N ( в 3-4 раза), поглощенного Са (в 5 раз ), обменного А1 (в 7 раз ) и гумус; (в 10 раз ). Почвы кочек содержит несколько больше Мп и вале вого Са, в 4 раза - валового Fe ив 10 раз аморфного Fe. Повышенное содержание Мп и Fe в почве кочек в услових переменного увлажнения, по-видимому, определяется доминированием окислительной обстановки, способствующую переходу Мп и Fe в окисленную малоподвижную форму.

Фоновый уровень общих свойств и содержания некоторых микроэлементов для отдельных почвенных разностей, рассчитанный как среднее из выборки п = 20 с площади 1 га представлен в таблице 1.

Содержание всех микроэлементов ( кроме В ) в изученных почвах ниже среднего содержания микроэлементов в почвах мира (Виноградов, 1957). Отчасти исключение составляет также Мп, который активно накапливается в гумусовых горизонтах в количестве превышающем кларк в условиях временного поверхностного переувлажнения (почти в 2 раза). Степень рассеивания микроэлементов в верхних горизонтах исследованных почв относительно почвенного кларка увеличивается с усилением признаков элюви-ирования почвенных профилей. В первую очередь на усиление выноса реагируют такие микроэлементы как Сг, V, Sr, Li, Zn, Мп, Ti, которыми в наибольшей степени обеднены дерново-глубокоподзолистые почвы.

Среди почв болотного комплекса почвы понижений больше обеднены относительно почвенного кларка почти всеми микроэлементами по сравнению с почвами кочек, особенно Cr,Li,Zn.

Как специфическую черту данного типа почв .отражающую своеобразие почвообразовательного процесса,можно рассматривать

Таблица 1.

Содержание микроэлементов, основные химические свойства и их природное варьирование в дерново-подзолистых почвах.

1 | .Свойство I II 1

А1А2 А1 1 1 1 А2 | 1 В1 |

1 1 1. ■ ' 1 вод. 1 й' 1 | | сол. 1 1 1 1 5.8 9 4.5 7 1 5.5 | 16 | 3.6 | 7Т 1 1 1 6.9 | 5 I 5.3 | ~7 1 1 6.4 | 11 | 4.9 | ~8 |

| Гумус, % 5.2 1 2.2 | 1 0.3 | 0.4 |

47 60 | 1 112 | 1 25 |

| Поглощен- 1 |Са+2 7.1 1 0.9 | 1 0.3 | 0.5 |

| ные осно- 1- 47 90 | 34 | 20 |

| вания, 0.9 0.1 | 0.1 | 0.2 |

| мг-экв/ЮОг 1 1 42 75 | 1 54 | 1 17 |

| Подвижные, 1 |Р205 4.4 1 1.0 | 1 0.2 | 7.0 |

| мг/ЮОг 1- 45 75 | 88 | 23 |

|К20 16.5 2.9 | 0.7 | 1.6 |

1 51 83 | 1 27 | 1 37 |

|В 37 1 23 | 1 22 | 26 |

1 23 30 | 37 | 57 |

1 т 2330 560 | 320 | 312 |

1 22 26 | 45 | 42 |

| Валовые, IV 31 8 | 4 I 11 |

| мг/кг 1 22 36 | 37 | 52 |

| почвы |Сг 75 31 1 32 | 38 |

1 40 54 | 63 | 67 |

1500 74 | 66 | 210 |

1 36 35" | 6Г | •58 |

| Со 10 4 I 4 | 4 I

1 39 51 | 42 | 46 |

|Си 26 12 | 11 | 11 |

| 1 76 52 | 54 | 60 |

|РЬ 32 12 | 8 'I 9 I

1 1 1 37 55 | 1 17 | 1 38 | 1

I - дерново-поверхностноподзолистые слабоглееватые почвы II- дерново-глубокоподзолистые почвы на карбонатных породах Числитель - среднее значение, знаменатель - V (%)

нарушение отношения между парами близких по свойствам элементов, например, таких как Ва/Бг и !?Ь/1Л. Для рассматриваемых почв значение соотношений Ва/5г соответствует значениям принятым для почв мира (Ва/Бг = 2-10; Виноградов, 1957), однако находится на нижнем пределе и равно 2, что связано с легким гра-'нулометрическим составом. Отношение содержания пары НЬ/Ы составляет 5-6, что почти в 2 раза выше значения соотношения этих .-.элементов в почвах мира. Низкое содержание 1л в почвах свидетельствует об их высокой степени вьпцелоченности. Минералы и очень неустойчивы в зоне гипергенеза, 1л сравнительно легко высвобождается и выносится. Почвы характеризуются как сильно обедненные и.

За исключением относительно низкого содержания !л и повышенного В изученные почвы содержат П, Ве, V, Сг, Со, N1, Си, 2п, Иэ, Эг, 1г, Мэ, Бп, Ва, РЬ в количествах соответствующих их содержанию в аналогичных почвах легкого гранулометрического состава.

Микроэлементный состав почв наследуется от почвообразующих пород, однако процессы почвообразования, изменяя первоначальное содержание микроэлементов, могут в значительной степени определять их вертикальное перераспределение в почвенном профиле. С целью выявления специфических черт внутрипрофильного распределения микроэлементов был использован коэффициент профильной дифференциации (Кд), рассчитанный как отношение содержания элемента в конкретном горизонте к его содержанию в поч-вообразующей породе. Изучение дифференциации в распределении микроэлементов по почвенному профилю помогает выявить зоны их относительной аккумуляции и выноса (Таблица 2).

Коэффициенты почвенной дифференциации, рассчитанные для содержания микроэлементов в суглинистых прослойках, вскрытых в почвенном профиле дерново-слабоподзолистых почв показывают, что по степени концентрации в суглинистом материале микроэлементы можно разделить на три группы:

- Со, Бп, Бг, Ва, Мо, 1г (Кд = 1-3);

- 1п, й>, 1л, Си, N1, Сг ( Кд = 4-6,9);

- V и Мп ( Кд = 7-8,9).

В целом, дерново-поверхностноподзолистые почвы характери-

Таблица 2. Коэффициенты почвенной дифференциации лесных почв автономного ландшафта.

Значения КПД

Дерново

подзолистые -1--

поверхностноподзолистые

-г—:-г-1-

суглинистая.] глееватая | обычная

прослойка в|-1-

иллювиальной толще

глубокоподзолистые

~г

Болотный комплекс

кочка 'понижение

гумусовый горизонт

гумусовый горизонт

элювиальный

горизонт

иллювиальный

горизонт

гумусовый горизонт

9.0-12.0 7. 0-8. 9 3. 0-6. 9

2. 0-2. 9

1.5-1.9

1.2-1. 4

1.1-0. 9

0. 6-0. 8 0. 3-0. 5

Мп

Мп, V

Zn.Rb.Li, 1 гп Мп

Ni.Cu.Cr

Co.Sn.Zr, | Ni.Co.Sn, Си

Бг.Ва | У,Ва^

Мо | Cr.Zr.Cu гп.У.Ва, Co.Li.Zr

| Бг.ИЬ Sr.Rb.Ni

| Мо Cr.Sn.Mo

2т

Ni.Ba.Sr

Sn.Co.Li, Rb.Mo.Zn, Сг, V Си.Мп

1г

Мо.Со Ni.Ba.Sr

У.Бп.Со, и, Из

Сг,Си,Мо, Мп.гп

N1

Sr.Li.Zn

У.Ва.Йэ, 2г Сг.Со

Мо.Бп

Си.Мп

Си.Ш. Бп.Со, Cr.Mn.Zr Ba.Sr.Rb. Мо 2п

V

Cr.Cu.Mo ва.гп.гг 5г

Ni.Sn.Co, ' Ы.ИЬ Мп

- и -

зуются отсутствием потери микроэлементов по сравнению с их содержанием в почвообразующей породе, однако степень относительного накопления микроэлементов в поверхностно-слабооглееватой и неоглеенной почве различна.

В верхнем горизонте неоглеенной дерново-поверхностноподзо-листой почвы наиболее ощутимо накопление 8 микроэлементов: Со, и, 2г, Ва, 2п, V , Си (Кд = 1.5-2.0) и Мп (Кд=5.3). В оглеен-ном варианте число активно накапливающихся элементов расширяется до И и величина Кд для большинства из них составляет 2-3 (У.Ш.Ва.Бп.Со.'Ы), для 1п равна 3.5, а для №1 более 12. Аккумуляция микроэлементов в верхних горизонтах дерново-поверхнос-тноподзолистых почв связана со слабокислой реакцией среды, с увеличением содержания в них илистой фракции и гумуса, с биогенной аккумуляцией микроэлементов. В условиях временного поверхностного увлажнения особенно активно накапливается Ш как биогенным путем, так и за счет изменения окислительно-восстановительной обстановки: накопление с органическим веществом и снижение его выноса из почвенного профиля в режиме временного застоя поверхностных приводит к прераспределению Мп в почвенном мелкоземе,что морфологически выражается большим количеством примазок в верхней части почвенного профиля.

Дерново-глубокоподзолистые почвы в отличие от дерново-по-верхностноподзолистых в верхней части профиля ( горизонты А1 и А2) резко обеднены относительно породы почти всеми изученными микроэлементамие. В гумусовых горизонтах Кд для Си и Мп равны 0,5-0,3. Элювиальные горизонты также являются зонами активного выноса особенно Сг, Си, Мэ, 1п, и Мп (Кд = 0,5-0,3). Относительное накопление отмечается лишь для 1г и является повидимо-му, остаточным.

Иллювиальные горизонты дерново-неглубокоподзолистых почв накапливают подавляющее число микроэлементов (наиболее активно - V, Бг, 1п, и; Кд = 1.9-2.2 ). Вместе с тем эти горизонты как и горизонты А1 и А2 обеднены №1, Бп (Кд = О. 6) и особенно Си (Кд = 0. 4 ).

Элювиальные процессы в условиях низкого содержания гумуса и илистой фракции, а также кислой реакции среды способствуют обеднению гумусово-аккумулятивных и элювиальных горизонтов

почти всеми изученными микроэлементами, а всего почвенного профиля - Мп, Зп и Си.

Почвы болотного комплекса (кочки и понижения) относительно почвообразующей породы накапливают Сг, Си, V, Ът, причем почва понижения в большей степени обогащена этими микроэлементами, чем почва кочек. Например, значения Кд для Си, Мо и V в почвах понижений относительно выше, чем в почвах кочек,что определяется высокой биофильностью перечисленных элементов и значительным содержанием гумуса в почвах понижений ( до 18% ). Здесь в условиях кислой реакции среды и восстановительной обстановки выносится Мп(Кд = 0. 5-0. 7).

В почве кочек благодаря окислительным условиям накапливается Мп (Кд = 1.4), как и Ге. Однако накопление Мп менее существенно, так как отношение Ре/Мп повышается с 20 в почве понижения до 200 в почве кочек. Вместе с Ре и Мп в почве кочек отмечается относительное накопление Бп, V и элементов семейства железа Со и Си.

Анализ роли факторов и процессов почвообразования в дифференциации микроэлементов внутри почвенного профиля показал, что для Си наибольшее значение в вертикальном распределении после утяжеления гранулометрического состава занимают процессы элювиирования (Кд = 0. 4) и биогенной аккумуляции(Кд=2,7). Для Мп решающим фактором в накоплении является изменение окислительно-восстановительных условий в гумусово-аккумулятивном горизонте (Кд = 12).

На основе абсолютных значений Кд составлен ряд значимости процессов и факторов почвообразования в распределении микроэлементов в пределах почвенного профиля от меньшего к большему. Для большинства элементов ряд имеет вид: элювиально-иллювиальные процессы < биогенная аккумуляция < поверхностное оглеение в гумусово-аккумулятивных горизонтах < утяжеление гранулометрического состава.

Изучение пространственной изменчивости содержания микроэлементов и общих химических свойств почв показало, что верхние горизонты дерново-поверхностноподзолистых почв более однородны, чем дерново-глубокоподзолистых почв. Причем, для сравниваемых почв различия в значениях коэффициентов вариации общих

химических свойств существенно выше, чем для содержания микроэлементов.

Анализ изменчивости свойств отдельных генетических горизонтов в профиле дерново-неглубокоподзолистых почв выявил тенденцию к увеличению однородности общих химических свойств с глубиной. Противоположно направленная тенденция наблюдается при рассмотрении изменчивости содержания микроэлементов. Значение коэффициентов вариации для большинства микроэлементов увеличивается от 30-50% в горизонте А1 до 40-65% в горизонте В1.

В целом, для дерново-подзолистых почв значение коэффициентов варьирования отмечено: до 100% - для общих химических свойств почв, до 80% - для содержания B,Cr,Mn,Cu и РЬ, до 50% - для содержания Ti,V,Co.

Касаясь вопроса о выборе основных тестовых участков почвенного мониторинга дополнительно к рекомендуемым, как правило, почвам бессточных котловин и других замкнутых понижений аккумулятивных и аккумулятивно-элювиальных ландшафтов ( Моту-зова и др. ,1989 ) предлагается с учетом специфики данной природной зоны использовать поверхностно-глееватые почвы элювиальных ландшафтов. Предпочтительность данных почв, характеризующихся активным накоплением микроэлементов в верхней части профиля, определяется их автономным положением по отношению к другим почвам, глубоким залеганием грунтовых вод и относительно низкой величиной варьирования физико-химических свойств и содержания микроэлементов.

Глава 4 АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ

Характерными чертами исследованного участка•поймы является равнинность рельефа , отсутствие притеррасных понижений, хорошая дренированность, карбонатность аллювиальных отложений.

Изучение гранулометрического состава почв показало, что аллювиальные дерновые почвы прируслового вала содержат 10-20% физической глины и относятся к супесчаным почвам с преобладанием фракций крупного,среднего и мелкого песка. Почвы центральной поймы и старичного понижения - среднесуглинистые: в

аллювиальных дерновых и аллювиальных лугово-болотных почвах преобладает фракция средней пыли (40-50%), а содержание ила составляет 11-16%.

Все аллювиальные почвы имеют нейтральную и слабощелочную реакцию среды, по содержанию гумуса (3-4%) большинство из них относится к слабогумусным. Исключение составляет малогумусная дерновая почва центральной поймы с содержанием гумуса 6.7% и аллювиальная лугово-болотная среднегумусная почва старичного понижения с содержанием 7.6% гумуса. В целом обеспеченность почв гумусом и азотом хорошо согласуется с приуроченностью почв к элементам рельефа (таблица 3).

Таблица 3.

Содержание гумуса и азота в верхних горизонтах аллювиальных почв (%).

прирусловой вал : центральная : старичное

и отмель : пойма : понижение

Гумус 3.1-3. 4 3. 4-6. 5 3. 5-7. 6

Азот 0.12-0.15 0. 2-0. 3 0.5

Почвы хорошо обеспечены подвижным Р205 ( 20-30/100 г почвы ) и К20 ( 15- 20 мг/100 г почвы ).

Аллювиальные почвы по сравнению с почвенным кларком микроэлементов (Виноградов,1957) содержат больше 1г,В, РЬ, РЬ, Мо,Ве, а луговые почвы еще и V. Однако содержание большинства элементов не превышает почвенный кларк. В луговых почвах наиболее рассеян Ва,а в дерновых прируслового вала Мп, Со.Зг.

По абсолютному содержанию микроэлементов точно также как и по содержанию гумуса и азота почвы делятся на три группы: почвы прируслового вала и отмели, почвы центральной поймы и почвы старичного понижения. Почвы центральной поймы характеризуются максимальным содержанием РЬ, Мп, Сг, Си, Со, N1, а почвы старичного понижения - V, Ъп, Ва, Ы, РЬ.

Отличительной чертой аллювиальных почв района исследования является низкое содержание Мп. В среднем в аллювиальных дерновых суглинистых почвах центральной поймы содержится 500 мг/кг

Мп, а в луговых в 1.6 раза меньше, что значительно ниже среднего значения содержания Мп 998 мг/кг,приводимых для аллювиальных почв данной природной зоны ЕЕ Зборищуком (1975). Низкое содержание Мп в аллювиальных почвах определяется хорошей дренированностью поймы,способствующей активному вьиосу Мп (Кд= 0,7), и несовершенным геохимическим сопряжением автономного и подчиненного ландшафтов,где роль барьера на пути миграции элементов от водораздела к пойме выполняют коренные карбонатные породы, подстилающие пески . В пределах самой поймы различия в содержании Ш между луговой и дерновой почвой более ощутимы при рассмотрении его запасов в слое 0-20 см и составляют соответственно 53 г/м2 и 118 г/м2. По запасам V (18 г/м2) дерновые почвы уступают луговым в 1.7 раза. Существенных различий в запасах других элементов в той же толще не отмечается, в среднем они составляют (г/м2) : В - 9.0, РЬ - 6.0, Сг - 22.0, И -1200.0, Бп - 1.0, V - 2.4, Си - 6.0, 1п - 18.0, Со - 3.0, N1 -6. 0.

Анализ значений коэффициентов профильной дифференциации (Кд) показал, что в дерновых почвах прируслового вала и отмели поверхностные горизонты содержат относительно меньше почти всех элементов и особенно V, Со, Ва и Мп, для которых Кд равны 0. 5-0. 6.

Дерновые почвы центральной поймы также относительно обеднены V, Со, Мп и Сг, но в меньшей степени (Кд = 0.6-0.8). Отмечается некоторое увеличение содержания РЬ, 2п и Си. Луговые почвы характеризуются накоплением Си и РЬ и относительно обеднены V, N2, Со, Мп, КЬ и 2п (Кд = 0.6-0.8). Аллювиальные луго-во-болотные почвы в верхних горизонтах относительно обогащены Си, РЬ, Бг и Мп.

Для подавляющего большинства пойменных почв в верхних горизонтах прослеживается тенденция к относительному обеднению V, Мп, Со при накоплении Си и РЬ.

Анализ пространственного варьирования свойств аллювиальных почв показал,что максимальная неоднородность с коэффициентами вариации до 70% характерна для содержания ЬН и Бп, до 50% -для содержания В,У,СиДп, гумуса, подвижных Р и К и до 30% для содержания И,Сг,Мп,Со,РЬ.

Таблица 4.

Содержание микроэлементов, основные химические свойства и их природное варьирование в аллювиальных почвах.

1 Почвы аллювиальные 1

1 ЛТ^ЛЛлгпт1Л

1 свойство

луговые дерновые

за- агро- за- агро- за- паст-|

лежь ценоз лежь ценоз лежь бище |

| рН вод. 7.6 7.8 7.7 7. 6 7.9 7.8 |

4 2 3 2 3 2 I

1 Гумус, % 4.2 2.9 4.6 3. 4 3.8 3.3 |

47 19 10 13 14 22 |

| Подвиж- 1 |Р205 9 20 40 46 20 20 |

| ные, 1- 41 • 43 14 48 42 45 |

| мг/ЮОг |К20 15 22 26 44 14 13 |

| почвы 1 1 48 41 26 31 21 40 |

1 |В 32 29 47 45 43 38 |

1 44 36 19 17 18 21 |

[Т1 5400 6900 6700 5600 4500 4800. |

1 28 13 17 16 21" 18 |

IV 100 105 100 108 109 104 |

1 50 10 18 23 19 Т? |

| Вало- |Сг 80 92 124 70 80 79 |

1 26 21 19 16 18 17 |

| вые, |Мп 290 380 560 620 540 520 |

1 24 30 13 20 15 17 |

| мг/кг | Со 10 10 11 13 10 9 I

1 27 11 11 25 11 17 |

| N ± 20 33 28 39 30 44 |

I 35 13 28 35 43 65 |

|Си 20 34 41 34 33 39 |

1 37 19 24 41 25 16 |

\1п 60 90 100 80 90 70 |

1 26 25 18 40 31 31 |

|Бп 5 5 6 4 • 5 5 I

1 31 18 21 67 35 27 |

|РЬ 29 30 29 30 35 37 |

1 1 I 31 16 оо 41 1 о ПГ | 1

числитель-средние величины; знаменатель - V (%)

На примере аллювиальных дерновых и аллювиальных луговых почв было изучено влияние сельско-хозяйственного производства на свойства пойменных почв (Таблица 4).

Сельскохозяйственное использование дерновых и луговых почв ведет к снижению содержания гумуса в почвах агроцёнозов по отношению к почвам залежей в среднем на 1.5%. Запасы гумуса в слое 0-20 см дерновых почв залежей и агроцёнозов различаются на 10 т/га, в то время как для соответствующих угодий 'расположенных на аллювиальных луговых почвах разница в запасах'; возрастает до 18 т/га. В почвах агроцёнозов по отношению к почвам залежей увеличивается содержание подвижных Р и К. Использование пойменных почв в качестве пастбищ не приводит к существенным изменениям свойств этих почв.

Сельскохозяйственное производство не оказывает влияние на валовое содержание и запасы микроэлементов в почве района исследований. Однако в почвах агроцёнозов несколько повышается содержание подвижного цинка и свинца. В условиях современного уровня сельскохозяйственного воздействия на аллювиальные почвы содержание микроэлементов можно отнести к категории достаточно устойчивых почвенных свойств.

Глава 5 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ ЛЕСНЫХ И АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ.

Сравнительный анализ микроэлементного состава почв автономного лесного и подчиненного пойменного ландшафтов целесообразно начать с рассмотрения важнейшего геохимического показателя - кларка концентрации, характеризующего степень концентрации (Кк) или рассеяния ( Кр ) элементов в рассматриваемой системе относительно кларка литосферы ( Виноградов,1962 ). По отношению к кларку литосферы почвы заповедника содержат больше В и Sn, но большинство элементов рассеянно, особенно Sr, Сг, Rb, Zn, V ( Кр= 10-15 ) и Li, Мп (Кр=15-20; таблица 5). Почвы автономного ландшафта в большей степени обеднены микро7 элементами,чем почвы подчиненного ландшафта, а также отличаются от последних тем, что Мп и V в зависимости от условий почвообразования или активно концентрируются (Кк = 2) или в зна-

Таблица 5.

Кларки концентрации (КК) и рассеивания (КР) элементов для почв лесного и пойменного ландшафтов относительно литосферы.

I-\-—--1

Значение | ландшафт коэффици- -1--

ента | лесной | пойменный

Кларки концентрации(КК) |

1 2- 4 1 1 в 1 1 1 1 гг, в | 1 |

1 1- 2 1 1 | 1г, V 1 1 | V, Бп, Мо, Ве, РЬ | 1 |

Клар К И рассеивания (КР) |

1 1- 5 1 1 Сг, V, Си, 1 ! N1, Ва, | Сг, Си, N1, РЬ, 2п |

1 Со, 1 Ве, 1п, гг | | 1 |

1 5- 10 1 1 Си, I N1, Ва, 1 1 Со | Мп, Со, Ва | 1 |

|10- 15 1 1 Сг, 1 Бг, га>, 1 1 7л, V | Бг | 1 |

|15- 20 1 1 и, Мп 1 1 1 1

/

' - 19 -

чительной мере рассеиваются (Кр = 15-20).

Для верхних горизонтов основных почвенных разностей были соотнесены содержание и запасы микроэлементов,что позволило охарактеризовать контрастность распределения элементов внутри ландшафтов и между ними. В пределах автономного ландшафта дерново- поверхностноподзолистые и дерново-глубокоподзолистые почвы различаются в 1.6-2.6 раза по содержанию В,Со,Сг,Си, в 4 раза - по содержанию V и 14 и в 20 раз - по содержанию Мп. В подчиненном ландшафте аллювиальные дерновые почвы':по сравнению с аллювиальными луговыми содержат в 1.5 раза больше Ш,В,Си и Мп, но практически не различаются по содержанию Со, V, Сг.П.РЬ.Бп и 1п. Контрастность в содержании микроэлементов в почвах автономных ландшафтов существенно выше, чем в подчиненных. Сравнение микроэлементного состава аллювиальных дерновых и дерново-глубокоподзолистых почв показывает, что первые содержат в 2-3 раза больше В,Сг,Со,Си, в 7-8 раз Мп,Т1 и в 13 раз больше V.

Наименьшие различия в запасах элементов в слое 0-40 см между аллювиальной дерновой и дерново-подзолистой почвами отмечаются для В и Зп. По запасам N1,00, Сг дерновые аллювиальные почвы превосходят дерново-глубокоподзолистые в 2. ?-?. 7 раза, по запасам Мп и 2п в 4.5 4. 7 раза. Самые существенные различия между сравниваемыми почвами обнаруживаются по величине запасов II и V ( в 13. 6 и 16. 8 раза соответственно).

Изучение природного варьирования как содержания микроэлементов, так и общих свойств почвы показало, что значения коэффициентов вариации содержания Сг,Си,Со в почвах автономного ландшафта почти в 2 раза выше чем подчиненного. Такая же тенденция наблюдается для Мп.П.В. Величина коэффициента вариации содержания гумуса,подвижного Ре и значение рН-вод. в аллювиальных почвах в 3 раза ниже,чем в дерново-подзолистых. Значение величин коэффициента вариации подвижных форм Р и К близки между собой, хотя тенденция к увеличению варьирования в дерново-подзолистых почвах по сравнению с аллювиальными сохраняется. По целому ряду свойств пространственная неоднородность почв автономного ландшафта в 2 раза выше, чем в почвах подчиненного ландшафта.

Таблица 6. Матрицы сравнения почвенных объектов лесного и пойменного ландшафтов.

1. Сг(П0= 20) пойменный лесной

3 17 18 20 21 23 22 4 24

0-5 см А1А2 А1 А2 В

пойменный 3 0-5 см + - - - - - + - - -

17 + - + + + + - - -

18 - + + + + - - -

20 - - - + - - -

21 + + - - - +

23 + - - - -

22 + - - -

лесной 4 А1А2 - - -

24 А1 + +

А2 +

В

2. Мп (П0= 9) пойменный лесной

3 17 18 20 21 23 22 4 24

0-5 см А1А2 А1 А2 В

пойменный 3 0-5 см

17

18 + - + + - - - -

20 + + + - - - -

21 + - - - - -

23 + - - - -

22 - - - -

лесной 4А1А2 - - -

24 А1 + -

А2 -

В

цифры в клетках - номера пробных площадей

Оценка степени различия или сходства 10 почвенных свойств изученных ландшафтов осуществлялось путем сравнения интервалов значений свойств основных почвенных объектов ( таблица б ). Интервалы значений свойств почв были рассчитаны с вероятностью Р=0.95 по формуле: X = (Х+тЬ), где X - значение-среднего, гп -ошибка среднего, Ь - коэффициент Стьюдента.

Если интервалы значений какого либо почвенного свойства двух сравниваемых объектов перекрываются, то различие меэду ними считаются несущественными и на поле матрицы для данной пары ставиться плюс. Если интервалы значений не перекрываются то объекты различаются,что на поле матрицы обозначается знаком минус. Чем больше минусов на матричном поле,тем больше дифференциация объектов по данному свойству. Количество плюсов отражает степень схожести объектов и его можно считать мерой однородности и использовать как показатель однородности (По). Наиболее строгое представление о степени сходства и различия может быть получено при сравнении однотипных или близких по своему генезису почвенных горизонтов. В качестве примера приводятся матрицы сравнения для содержания Сг и Мп.

Все почвенные свойства, рассмотренные с помощью матриц сравнения можно разделить на 2 группы. Первая группа почвенных свойств - это содержание гумуса, подвижного К, валовых Си,Сг,В. По этим характеристикам почвы подчиненного ландшафта и дерно-во-поверхностноподзолистые почвы автономного ландшафта существенно не различаются. Ко второй группе свойств,по которым почвы автономного и подчиненного ландшафта различаются, относятся рН вод., содержание подвижного Р, валовые количества У,Мп и Ть

Если рассматривать распределение отдельных свойств используя показатели однородности, то все они делятся на три группы. В первую группу элементов с высокими показателями однородности ( По = 21-22 ) входят В и Сг. Ко второй группе ( По = 12-18 ) относятся Си и V, гумус и подвижный К. Третью группу ( По= 9-10) .составляют Мп,Тд,рН вод.,подвижный Р. 'Сравниваемые почвенные объекты существенно отличаются по свойствам, вошедшим, в третью группу и в наименьшей степени различаются по свойствам первой группы.

Позазатели однородности (По) содержания отдельных микроэлементов весьма различны и представлены в таблице 7.

Таблица 7.

Показатели однородности (ПО) микроэлементного состава почв заповедника.

I I I Показатели I Э л е м е н т ы

I I I I В : Сг : Си : V : №1 : Т1 I

I ПО 1Мах содержание,мг/кг 22 40 20 90 18 40 16 110 9 1500 9 I 7000 I

Характеризируя микроэлементный состав почв с точки зрения его однородности, отмечается тенденция к снижению степени различия почв с ростом максимального содержания в них данного элемента.

ВЫВОДЫ

1. Почвы заповедника содержат П, Ве, V, Сг, Со, N1, Си, 2п, Из, Бг, 2г, Мо, Бп, Ва, РЬ в количествах характерных для большинства аналогичных почв. Для дерново-подзолистых почв установлено повышенное содержание В и пониженное содержание 1Л, что свидетельствует о значительной степени выщелоченности почв и гипергенной измененности почвообразующих пород. Аллювиальные почвы характеризуются относительно низким содержанием Мп.

2. Для почв заповедника дифференциация содержания микроэлементов внутри почвенного профиля наибольшая в дерново-подзолистых почвах. Элювиальные процессы приводят к обеднению почвенного профиля Мп, Со, 1п, Бп и особенно Си. За счет биогенной аккумуляции гумусовые горизонты значительно обогащены Мп, а при наложении процессов биогенной аккумуляции и переменного увлажнения относительное накопление Мп столь существенно,

что его абсолютное содержание почти в 2 раза превышает почвенный кларк.

3. Пространственная неоднородность физико-химических свойств и содержания микроэлементов в дерново-подзолистых поч-.вах выше, чем в почвах аллювиальных. Распределение общих химических свойств в дерново-глубокоподзолистых почвах характеризуется максимальными значениями коэффициентов варьирования, а : минимальными - распределение валовых содержаний Т1, Сг, Мп, Со

й РЬ в аллювиальных почвах.

4. Сельскохозяйственное использование аллювиальных почв в качестве агроценозов приводит к снижению содержания и запасов гумуса на фоне увеличения подвижности Р, К, 2п и РЬ. Содержание валовых форм микроэлементов и их запасы не изменяются.

5. Почвы лесного автономного и пойменного ландшафтов не имеют существенных различий по содержанию гумуса, Си, Сг, В и подвижного К, но существенно различаются по кислотности (рН водное ), содержанию подвижного Р, валовых V, П и Мп. Степень различия изученных почв заповедника по содержанию В, Сг, V, Мп, "Л усиливается с увеличением абсолютных значений их максимального содержания в почвах заповедника.

Рекомендации по проведению фонового почвенного мониторинга

1. Фоновый уровень химических свойств и содержания микроэлементов в почвах должен определяться не только для почв, различающихся на типовом, подтиповом и видовом уровне, но и отдельно для каждой почвенной разности.

2. При выборе основных тестовых участков почвенного мониторинга предлагается использовать поверхностно-глееватые почвы элювиальных ландшафтов.

3. Оценку степени дифференцированности почвенного покрова как по общим химическим свойствам,так и по содержанию микроэлементов рекомендуется проводить с использованием показателя однородности почвенных свойств (ПО).

4. При мониторинге В,Си,Сг, V, Мп и Т1 в почвах заповедника предлагается учитывать установленную степень различия почв в содержании каждого из приведенных элементов.

Основные результаты диссертации изложены в следующих

печатных работах :

1. Микроэлементы в почвах Приокско-Террасного биосферного заповедника. // Проблемы лесной биогеоценологии и методологические основы их решения. Тезисы докладов международной конференции молодых ученых, Йошкар-Ола, 21-25 мая 1992г. - Йошкар-Ола: МПИ, 1992, С. 13.

2. Почвенно-геохимическая характеристика верховьев реки Оки. // Мониторинг окружающей природной среды. Труды II конференции молодых ученых Лаборатории мониторинга природной среды и климата. -М.: МО Гидрометеоиздата, 1986, С. 68-79. (В соавторстве с Семенюк КВ.).

3. Сравнительная оценка некоторых свойств почв Приок-ско-Террасного заповедника. // Современные проблемы почвоведения и экологии. Тезисы докладов школы-семинара молодых ученых факультета почвоведения МГУ. Красновидово, май, 1993г. - М.: МГУ, 1993, С. 81.

4. Некоторые аспекты мониторинга микроэлементов в почвах Приокско-Террасного заповедника. // Современные проблемы почвоведения и экологии. Тезисы докладов молодых ученых факультета почвоведения МГУ. Красновидово, 23-28 мая 1994г. - М.: МГУ, 1994, С. 32.

5. Влияние растительности на свойства почв аллювиальных ландшафтов реки Оки. // Современные проблемы почвоведения и экологии. Тезисы докладов молодых ученых факультета почвоведения МГУ. Красновидово, 23-28 мая 1994г. - М.: МГУ, 1994, С. 154.

6. Некоторые аспекты устойчивости экосистем. // Вестник МГУ. Серия почвоведение - ( в печати, в соавторстве с Л. Г. Богатыревым ).