Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Палеогеографические особенности формирования почв на лессах юго-запада России

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Палеогеографические особенности формирования почв на лессах юго-запада России"

и

На правах рукописи УДК 631.4:551.8

РУЛИНСКИЙ Василий Иванович

ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ НА ЛЕССАХ ЮГО-ЗАПАДА РОССИИ

Специальность: 03. 00. 27 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой стегк кандидата географических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Лаборатории диагностики плодородия

почв

Почвенного института им. В.В. Докучаева

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

А.О. Макеев.

Официальные оппоненты:

В.Д. Тонконогов - доктор сельскохозяйственных наук; C.B. Горячкин - кандидат гео!рафических наук.

Ведущая организация

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.

Факультет почвоведения.

Защита состоится "У " 1998 года в ^часов

на

заседании Специализированного совета К. 020. 25.01 при Почвенном институте им. В.В. Докучаева по адресу : 109017, Москва, Пыжевский пер., д. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Почвенного института имени- В.В. Докучаева.

Автореферат разослан

1998 г.

Ученый сскрсглрь Специализированного совета канлнлзт биоло1ичсских яаук

И.Н. Любимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. В пределах юго-запада России (Брянская область) широко распространены почвы, залегающие на возвышенных водоразделах перекрытых толщами лессов . Эти лессовые водоразделы известны из литературы под названием ополий: Брянского, Трубчевского, Стародубского и других. Их почвы в литературе и на почвенных картах выделяются как серые лесные. Однако, особенностями данных почв является отсутствие текстурной дифференциации и комплексное строение почвенного покрова, связанное с западин-ным микрорельефом. За более чем столетнюю историю изучения было предложено множество концепций генезиса и эволюции почв и почвенного покрова этих территорий. Но до сих пор многие вопросы остаются дискуссионными. Нерешенными остаются и вопросы происхождения самих ландшафтов, их геолого-геоморфологического строения, а также стратшрафии и палеогеографических особенностей позднечегвертичных почвенно-лессовых толщ этих территорий.

Цель исследования - изучение гео1рафии и генезиса почв на фоне эволюции рельефа и формирования лессовой толщи в пределах лессовых водоразделов юго-запада России. Задачи исследования:

- изучить взаимосвязь строения почв и микрорельефа, а также гео1рафцю комплексного почвенного покрова лессовых водоразделов;

- сопоставить вещественный состав и свойства компонентов почвенного покрова и установить их основные аналитические характеристики в зависимости от геоморфологического положения в ландшафте;

- провести микросфатшрафический анализ строения почвенно-лессовых толщ западинных комплексов, и изучить генезис и эволюцию почвенного покрова лессовых водоразделов;

- изучить трансформацию компонентов почвенного покрова в условиях различных типов современной растительности и при сельскохозяйственном использовании.

Научная новизна.

1. Впервые проведено детальное исследование строения почвенного покрова лессовых водоразделов в зависимости от его геоморфологического положения, и установлены различия в строении и свойствах почв, связанные с формами микрорельефа.

2. Предложена коцепция генезиса и эволюции почв во взаимосвязи с этапами осадконакопления в пределах западинного микрорельефа. Показано, что формирование таких признаков в почвах, как: вторичная дифференциация карбонатов, полосчатые (зебровидные) текстуры, палеокриогенные признаки и вторые гумусовые горизонты.

связано с заключительными этапами осадконакопления, на фоне повышенно! о гидроморфизма. криогенеза и склоновых процессов.

3. Дана характеристика влияния различных типов современной ра-сителыюсти и гирогенных воздействий на свойства почв и микрорельеф лессовых водоразделов. Защищаемые положения.

I.Концепция формирования почв на лессах во взаимосвязи с заключительными папами осадконакопления на фоне эволюции микрорельефа.

2.0днотмпиость и устойчивость палеопочвенных признаков в почвах на лессовых породах, независимо от современных биоклиматических различий территорий. В широком диапазоне природных условий Э1 и признаки сформировали сходную литологичсскую матрицу. которая проявляется в просини современных почв.

3. Влияние различных типов современной растительности проявилось в различиях свойств современных гумусовых горизонтов.

4.Период интенсивною сельскохозяйственного освоения приводит к замешай нивелировке микрорельефа, в зо же время увеличивая пестро! у почвенною покрова лессовых водоразделов. Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, доложены на нолевых Международных семинарах (Брянск, 199!; Львов, 1992); I Международной конференции "Криопедология" (Пущино. 1992); Международных научно-практических конференциях "Резервы повышения плодородия почв и эффективности удобрений" (Горки, 1996; Ярославль, 1996), Международных научно-практических конференциях (Брянск. 1997.1998). По материалам диссертации опубликовано 4 рабогм. 2 находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 пав. заключения, выводов и приложений. Она изложена на 182 страницах машинописного текста, включая 19 таблиц и рисунков, список о1счссгвснной и зарубежной литературы из 314 наименовании на 29 страницах.

Ооы'кты н методы исследований. Исследования проводили в пределах .тух лессовых водоразделов Брянской области. Один из них расположен на правобережье реки Десны, и согласно физико-I «графическому районированию относится к Стародубскому ополью. Др>1 он расположен в междуречье рек Усожи и Нсруссы - левых притоков реки Десны (Комаричский лессовый остров). Островное залп анис лессовых пород на возвышенных водоразделах огносн-имыю зандровых и моренных равнин, является типичным для северною ареала дессов Русской равнины.Территория принадлежи! к лесной зоне (южная часть подзоны широколиственных лесов). Клима! умеренно-континентальный. с юдовым количеством осадков 550-б00мч.

Исследуемые водоразделы расположены на западных oiporax Средне-Русской возвышенности. Стародубский водораздел принадлежит к поло1 оволнистой моренной равнине, а Комаричский водораздел представляет собой пологоувалистую неоген-четвертичную эрозионно-дснудационную равнину. При этом, поверхность водоразделов представляет собой ряд пологих гипсометрических уровней в интервале абсолютных высот от 180 до 230 м. В геологическом строении водоразделов участвуют породы дочетвертичного возраста, к которым относятся меловые отложения, и породы четвертичной системы, плащеобраэно их перекрывающие. Лессовые отложения распространены повсеместно на исследуемых территориях и плащеобраэно выстилают микро- и мезоформы рельефа. На плакорных частях лессовых островов их средняя мощность составляет 5-8 м.

На плоских и слабопокатых центральных частях водоразделов характерно широкое развитие полог их блюдцеобразных западин, обладающих чаще округлыми или овальными очертаниями, с размерами в поперечнике, обычно до 25-30 м, и глубиной 1-2 м. На территории плакорных недренируемых центральных частей Стародубского лессового острова, иа высотных ступенях 200-210м, распространены западины размерами до 60-70 м в поперечнике и глубиной 2-3 м, тогда как характер микрорельефа большей части Комаричского лессового острова - мелкозападинный. При этом нередко наблюдается полигональность системы микрорельефа. На сильно расчлененных участках поверхности лессовых островов, а также на склонах с крутизной более 2-3°, западинный микрорельеф не выражен.

Разрезы закладывались на разных абсолютных высотах с учетом морфомстрии и распространения западинного микрорельефа. Всего было заложено 24 почвенных разреза.

На двух участках лессовых водоразделов, с типичным для каждою микрорельефом и строением почвенно-лессового профиля, были заложены 2 траншеи длиной более 30 ме1ров каждая. Траншеи, наряду с типичными разрезами, послужили основой для детальных исследований морфологического строения, вещественного состава и свонсте отдельных горизонтов почвенно-лессовой толщи.

На территории Комаричского лессового острова была проведена нивелирная съемка двух участков, находящихся под лесом и пашней. На участок, расположенный в лесном массиве, было составлено геоботаническое описание и отобраны образцы для изучения влияния различных типов лесных фитоценозов на свойства почв.

В образцах производилось определение химических свойств традиционными методами. Гранулометрический состав по Качинскому, валовой химический состав почв и микроэлементов, используя рент-генфлюоресцентный метод на установке FRA-30 (Германия). Илистая фракция почв выделялась по Н. И. Горбунову (1974) и исследо-

s

валась на рентгендифрактометре HZG - 4В(Германия), в нативном состоянии и Mg-замещенных образцов, после удаления органического вещества и аморфных соединений железа (Mehra, Jackson, 1960). Групповой и фракционный состав гумуса в образцах определялся по методу И. В. Тюрина (1951), в модификации В.В.Пономаревой и Т.А.Плотниковой(1968). Микроморфологическое описание шлифов выполнено Е.В. Кулинской.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Морфологическое строение почв лессовых островов и его географические особенности Детальные исследования по выявлению взаимосвязи между строением почв и микрорельефом лессовых островов позволили установить, что их почвенный покров комплексный и представлен комбинацией почв на повышениях и почвами в пределах западин. Почвы повышений имеют следующие общие Черты строения профиля: гумусовый горизонт А»»* (в целинных почвах AoAi) средней мощностью до 30 см, серого цвета (10YR 3/1); горизонт А|В и (или) BAi мощностью 25-40 см, желто-бурого цвета (I0YR 4/4), с бурыми прослоями и белесыми супесчаными линзами(полосчатые текстуры). Ниже залегает более светлый горизонт ВС (I0YR 5/4), средней мощностью 30-50 см, с мелкой волнистой слоистостью, и горизонт См - неслоистый карбонатный суглинок желто-палевого цвета (I0VR 6/4), на глубине 100-130 см.

Морфологическое строение почв в западинах резко отличасгся от почв повышений. Так, под верхним гумусовым горизонтом, залегает второй гумусовый горизонт(ВГГ) (Ah], мощностью 40-70 см, темно-серого почти черного цвега (10YR 2/1, 2/2) , с комковато-слосватой струкзурой и неровным бахромчатым, языковатым переходом в нижележащий горизонт.Часто по цвету и сложению в профилях западин можно выделить до трех ВГГ. Переходный горизонт {AhJB. как правило, неоднородно окрашен, с фрагментами и линзами бурого <10YR 4/4) , и палевого (I0YR 6/4) суглинка и большим количеством гумусовых кротовин. В его нижней части, и особенно на глубине 120-160 см хзя всех изученных профилей, выражены мелкие палево-белесые прослойки и линзы на фоне бурого (10YR 4/3, 4/4) уплотненного лессового материала, ориентированные чаще горизонтально или слабо наклонно, и тяготеющие к нескольким уровням в лессовой толще. Далее до глубины 250-300 см развиты лишь сдабококтрасгные мелкие прослойки и линзы. В Профилях западин карбонаты отсутствуют на всю глубину лессовой толщи.

Такое строение почвенного покрова выражено во всем интервазе абсолютных высот, на пологих склонах крутизной до 2". В отдельных случаях наблюдается увеличение глубины вскипания карбонат-нош лесса н мощности горизонта полосчатых текстур почв повыше-

ний, а также уменьшение мощности ВГГ западин. Подобное варьирование обусловлено промежуточным положением разрезов по отношению к формам микрорельефа.

На участках с крупно-западинным микрорельефом, характерным, главным образом, для Стародубского лессового острова, мощность ВГГ в почвах глубокой части западин достигает 100 см.

На окраинных участках лессовых островов, с крутизной склонов более 2-3", микрорельеф не выражен и отсутствует комплексность почвенного покрова. В данных условиях почвы представлены эродированными (склоновыми) разностями.

Вещественный состав и свойства компонентов почвенной комбинации По гранулометрическому составу исследуемые почвы принадлежат к легким пылеватым суглинкам. Содержание физической глины (<0, 01) в них составляет от 20 до 30%. Во всех разрезах абсолют- ' но преобладает фракция крупной пыли, с содержанием частиц 0 ,05-0,01 мм 60-75%. Компоненты почвенной комбинации (КПК) не обнаруживают существенных различий в распределении илистых частиц. Содержание ила варьирует от 5 до 15%. Для полосчатых текстур характерно увеличение содержания илистой фракции в бурых прослойках и уменьшение в белесых прослойках (таблица 1).

Не обнаружено дифференциации и по валовому химическому составу КПК. Бурые прослойки полосчатых текстур выделяются повышенным содержанием валового железа (таблица!).

Минералогический состав илистой фракции КПК лессовых островов свидетельствует, что основными се минеральными компонентами являются неупорядоченные смешанослойные слюда-смектитовые образования (25-60%) , гидросюды (30-65%) , каолинит+хлориг (1020%) . Из неслоистых силикатов во всех образцах присутствует тонкодисперсный кварц. Полученные результаты хорошо согласуются с данными Б. П. Градусова и Н. П. Чижиковой (1976), по составу минералов лессовых пород Русской равнины. Глинистый материал исследуемых почв имеет различия, касающиеся в основном количественных соотношений числа пакетов в смешанослойном слюда-смектитовом образовании. В почвах повышений в составе ила горизонтов преобладают слюда-смектиты I вида, с высоким содержанием смектитовых пакетов, а в составе ила почв западин преобладают слюда-смектиты вида II (таблица 6).

Исследуемые КПК обоих лессовых островов имеют ряд общих физико-химических свойств. Почвы повышений и западин характеризуются: средней аккумуляцией органического вещества и слабокислой реакцией среды верхних горизонтов, слабой ненасьпценностыо почвенного поглощающего комплекса. Различия физико-химических свойств согласуются с их морфологическими характеристиками. Со-

Таблица 1.

Гранулометрический состав компонентов почвенной комбинации

Горизонт Глубина в см Содержание фракций в %, размер частиц в мм

10,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001

Тсмиогумусовая остаточно карбонатная почва повышения

А 0 - 30 0 5 67 8 9 9

А|В 30-50 0 5 66 6 8 13

ВС, 50-75 0 7 65 9 7 10

ВС: 75-100 0 7 67 7 6 И

ВС, 100-125 0 6 69 6 6 12

С,. 125-150 0 5 70 5 7 12

Тсмиогумусовая со вторым гумусовым горизонтом почва западины

А 0-30 0 7 64 7 11 10

|АМ 30-75 0 7 65 9 8 10

75-90 0 6 69 6 9 9

ВС, 90-120 0 6 70 5 8 10

120-150 0 6 69 4 7 12

С 150- 180 0 5 70 4 8 12

Таблица 2.

Валовой химический состав компонентов почвенной комбинации

Горн- Глубина в °о на прокаленную навеску

зон I в см Л1;0, Ге:(), К2(> СаО N3:0 МпО

Темно! умусовая остаточно карбонатная почва повышения

Л 0-30 77 7 2 2 I 1 1 0

Л, В 30-50 78 9 3 3 1 1 \ 0

ВС, 50-75 78 9 3 2 1 1 1 Г о

ВС: 75-10(71 78 8 1 3 2 1 1 1 0

ВС* 100-125 79 8 3 2 1 1 1 Го

С\„ 125-150 70 8 2 2 8 1 I 0

Темно,\М\1'ОНЛН СО вшрым 1\МУСОПЫМ гориюнгом почва шпалины

л 0-30 75 7 2 2 1 1 1 0

1лЧ '"30-75 I % 8 2 3 1 1 1 0

1 лыв 75-90 Г "77 8 2 3 1 1 1 0

ВС, т 90-120 1 "ко 7 2 2 1 1 1 0

ВС4"" 120-150 ^79 8 3 2 Г 1 [ 1 ^ 1 0

С " 150-1X0 Г КГ~Т 8 ■> 2 1 1 1 0

к

Физико-химические свойства компонентов почвенной комбинации

Горизонт Глубина в см рн Н:0 Гумус в 0 о СО: Са Мд ! Нг формы Ге,°о

в°о мг «экв/ 100 г 1:С0 1''<-\1

Темногумусовая остаточно карбонатная почва повышения

А 0-30 6,5 3 - 12 2 6 0,2 1.2

А|В 30-50 6,6 1 - 12 1 2 0,3 1,3

ВС! 50-75 6,9 - - 10 2 - 0,4 1,3

ВС: 75-100 6,7 - - 4 0 - 0,3 1.2

ВСд 100-125 7,1 - - 12 3 - 0,2 1.2

Сса 125-150 8,5 - 4,6 - - - 0,2 1,0

Темнотумуеовая со вторым гумусовым торизонтом почва западины

А 0-30 6,3 3 12 2 10 0,4 1,2

(ЛК| 30-75 5,6 4 15 2 6 0,5 1,2

|Л11|В 75-90 5,7 2 7 1 - 0,4 1,1

ВС, 90-120 5,9 1 5 1 - 0,3 1,2

ВС: 120-150 6,0 - 5 2 - 0 л 1,0

С 150-180 5,9 - 5 1 - 1,1

Таблица 4.

Групповой и фракционный состав гумуса тсмногумусокмх со вторым гумусовым горизонтом почв западин ( в % к С,,-,,,,)

горизонт, тлубина,см С | туминовые к-ты фульвокислоты Е плоти, оег-к С1к Сфк

°о| 1 2 3 2 1» 1 1 2 3 I фр-Й

Раз эез 1-91

А, 0-25 2 19 26 7 52 5 19 7 6 38 90 10 1,4

|Л11], 25-54 2 22 27 6 56 2 10 1 4 17 73 27

[А1т|В.54-72 2 21 35 6 62 4 11 0 4 19 81 19 3.2

Разрез 12-91

А, 0-30 3 18 29 7 54 3 13 1 7 24 77 23 ) 2.2

[А1г], 40-87 3 23 30 5 57 2 8 3 4 17 74 26 3.4

| АЬ]В, 87-98 1 26 27 5 56 4 20 0 4 28 86 14 2.1

Центральная часть западины ( Участок 1)

А, 0-30 2 20 29 5 53 5 И 1 3 20 73 27 2.7

[ЛЬ]', 40-60 2 19 32 4 56 3 10 3 1 17 73 27 3.2

[АН]". 60-85 4 19 40 5 64 2 7 1 2 12 75 25 5.4

[АЬ]"'85-110 3 20 36 3 59 3 6 1 1 10 70 31 5.9

ч

держание гумуса в почвах повышений резко убывает с глубиной, а ею количество в гумусово-аккумулятивиых горизонтах варьируег от 1,5 до 3,5%. Карбонатные горизонты выделяются щелочной реакцией срсды. СО: карбонатов в них составляет от 3, 8 до 4, 5%. Содержание обменных форм алюминия и водорода в почвенном поглощающем комплексе в профилях повышений незначительно. В бурых прослойках полосчатых текстур замсгно увеличение содержания аморфного (Fe,,) и нссиликатного (Fc,i) форм железа (таблица 3).

Почвы в пределах западин отличаю<ся более глубокой гумусиро-ваиностыо профиля. Часто содержание гумуса в ВГГ максимальное в профиле. Различен и качественный состав гумуса (таблица 4). По сравнению с верхними i умусово-аккумулятивными горизонтами, ВГГ выделяются повышенным содержанием i уминовых кислот, особенно второй фракции. Доля фульвокислот в них минимальна, тогда как процентное содержание нерастворимою остатка достигает 30°о. Соотношение содержания гуминовых кислот к фульвокислотам в ВГГ, как правило, в 2-2, 5 раза шире по сравнению с верхними 1уму-совыми горизонтами.

Кроме различий в количественном соотношении и качественном составе гумуса, почвы западин выделяются повышенными величинами гидролитической кислотности, слабокислой и близкой к нейтральной реакцией на всю глубину почвенных профилей.

Таким образом, по вещественному составу и свойствам КПК имеют различия, coi ласующисся с их морфологическим строением. В почвах повышений выделяются полосчатые текстуры, где варьирование содержания илистых частиц и форм железа связано с количественным соотношением бурою и белесою лессовою материала, и наличие в профилях карбонаюв. Своеобразие морфологического строения почв западин заключается в наличии BIT. с гумусом качественно иною состава, rio сравнению с верхними орт аногенными горизонтами. а также отсутствие карбонаiob в профиле.

Отсутствие текстурной дифференциации и комплексное строение почвенною покрова отличает -ни почвы от серых лесных. По современной классификации почв России (1497). данные почвы можно предвари 1слыю отнести к типу тсмногумусовых. причем почвы повышений - к Teviioi умусовым ocrai очно карбонатным почвам, а почвы западин к icmiioi умусовым со вюрым гумусовым юризонтом.

Строение почнс111и»-лессовы\ толщ западштных морфоскулыпур и проблемы и\ leiietiica.

Для исследования пространственной взаимосвязи между основными морфоло« нчеекпмн признаками строения почвенно-лессовых Ю ПИ бы 1Н использованы непрерывные траншеи, при закладке которых. учитывались tinómh.i и размеры мпадин.

1(1

В пределах Стародубского водораздела была заложена траншея длиной 34 метра, которая пересекла западину глубиной 2 м диаметром около 60 м, or центра до выхода на основную поверхность (рис. 1). При анализе общего плана строения лессовой толщи выделяются зри наиболее контрастных участка (морфона), обозначенных на схеме У1,У2,УЗ. .

Строение почвснно-лессовото профиля вблизи центра повышения (УЗ) отличается сравнительной простотой. Под современным гумусовым горизонтом выделяется зона слабоконграстных бурых прослоек, а на iдубине 90 см расположен горизонт карбонат hoi о лесса. По мере движения вниз по склону, полосы прнобрстаюг более яркую бурую окраску, становятся мощнее. В средней части склона (У2) система прослоев прослеживается на глубину более 300 см, и в ее строении выделяется два макроуровня: верхний, с наиболее мощными бурыми прослоями и полосами, и нижний, с более мелкими прослойками и линзами. На всю i дубину склоновой зоны для морфологического облика слоистых текстур характерно наличие микросбросов (шарьяжей) (рис.1а). Некоторые прослои имеют следы бокового перемещения и растекания, в кровле отдельных из них развиты криосо-лифлюкционные дислокации (фестоны). Нижний уровень генерации слоистых текстур на этом участке уходит на глубину параллельно заглублению карбонатном толщи, а верхняя операция полос протягивается далее к центру западины. Карбонатный лесс на склоне резко выклинивается, образуя купол, на боковой стороне которого, выделяется мощная карбонатная оторочка с большим количеством гидрогенных карбонатных конкреции.

Выклинивание карбонатного лесса сопровождается появлением линзы первого ВГГ! На склоне он маломощный,а по мере движения к центру западины его мощность увеличивается, и к нему примыкают вначале второй, и затем третий ВГГ. Мощные бурые прослои и полосы взаимно переплетаясь, тяготеют к нескольким уровням в лессовой толще,образуя на этом участке сетчатый (ячеистый) рисунок.Далее к центру западины постепенно обособляется поверхность, в которую включается большая часть слоистых текстур.

В лессовой толще вблизи центральной части западины (У1) мощность органогенной толщи достигает 100 см. Она состоит: из современного гумусового горизонта, залегающего под ним первого ВГГ с буроватым оттенком (10YR 3/2), серовато-пепельного второго, и углисто-черного (10YR 2,5/1) третьего. В строении основной со-лифлюкционной (?) поверхности центральной части западины фиксируются многочисленные следы криотурбаций и инволюций (плойчатая криотекстура по В.Н.Бублясь,1993). На мезоуровне она состоит из мелких грязно-бурых прослоек и белесых линз с признаками перемещения и растекания, которые диагностируются

Рис.1. Схема строения западинной морфоскульлтуры Рис.1а.Варьяжи в лессовой

Стародубсэшго лессового острова толще на склоне

Условные обозначения на странице - с

УСЛОВНЫЕ

^ л

J J J

гумусовый горизонт современной почвы

погребенные реликтовые

•гумусовые

горизонты

верхний уровень слоистых текстур

нижний уровень слоистых текстур

основная(солифлвкционная) поверхность

белесая супесь с кротовинами

ОБОЗНАЧЕНИЯ

зона основного распространения белесых линз в бурам лессе

зона с мелхюм белесыми линзаыи и прослойкам! в буром лессе

V V— уровень оглеения в лессовой толще

карбонатный лесс

склон карбонатного купола с оторочкой и гкдрогеккьши конкрециями

слоистые текстуры в нижней части погребенного гумусового горизонта

палеокриогенкые деформации

(псевдоморфозы) с различным заполнением

Гранулометрический состав и некоторые свойства почсснко-лессоввй толаш западшшон мофоскулыггуры Старо;!)'бского .гессошга шпроза

Горизонт, содержание фракций в °о, размер частиц, мм Формы железа, в 0 о рн Н:0 гумус, 0 о СО:. %

глубина,см 1-0,25 0.250,05 0.050,01 0.010,005 0,0050,001 <0.001 Рсс1 Гео

Цент] зальная часть западины (Участок 1)

А, 0-30 0 9 65 6 9 11 2,4 1,2 0.6 5.8 3.4 -

[АИ]", 60-85 0 8 62 10 11 9 2.7 1,4 0,6 5,9 6,3 -

ГАЬ|"', 85-110 0 10 61 9 12 7 2,4 1,4 0,7 6,0 5,1 -

[АЬ]В, 110-140 0 15 66 4 8 7 2,0 1,0 0,4 5.9 0,6 -

ВС,, 140-143 0 11 71 1 6 10 2.0 1.0 0,4 5,7 0,6 -

ВС:, 160-190 0 13 65 2 7 12 2.5 1,2 0,3 5,7 - -

С, 260-290 0 6 74 3 7 10 2,3 1,0 0,3 5,7 - -

Склон западины (Участок 2)

А, 0-30 0 И 68 2 8 11 1,6 1.0 0,4 6.3 3,1 -

[АЬ]В, 38-66 0 12 63 2 9 14 2.2 1.3 0,3 6,7 2,4 -

ВС, 66-110 0 11 70 1 6 12 1,9 1.1 0,2 6,9 - -

светлые прослойки 0 11 73 2 6 8 1,6 0,9 0,1 5,9 0.4 -

бурые прослойки 0 8 63 4 7 18 3.1 1,3 0,2 5.8 0.9 -

С, 180-220 0 5 77 2 3 13 1.6 0.9 0,1 5.7 - -

Повышение (Участок 3)

А,В, 25-35 0 9 67 6 1 10 1,7 1.3 0.5 5,9 - -

ВС, 60-85 0 11 59 10 7 14 2,4 1.3 0,3 6.2 - -

Сса. 140-220 0 7 75 2 8 7 2,9 0.9 0,3 8,2 - 4,1

Химико-мннеро.'ютчсскмй состав илистой фракции ночвсшю-лсссояой толщи шюлишюЛ морфоскулыгтуры Стяродубского лсссового острова

горизонт, . глубина, см в "она прокаленную навеску | Минералы в %

БЮ: | АЬСЬ | Ре:СЬ | КгО МрО | 0,7 нм 1.0 нм | 1.7 нм*

Центральная часть западины (Участок 1)

А ООО 58 23 11 3 2 16 46 38

ГАЫ" 60-85 53 29 10 3 2 15 49 36

ГАНГ 85-110 55 26 10 3 2 16 55 29

ГАЬ]В 110-140 58 24 10 3 3 20 46 34

ВС| 140-143 51 31 10 3 3 18 44 38

ВС: 160-190 52 30 10 3 2 14 44 42

С 260-280 58 24 10 3 2 14 50 36

Склон западины (Участок 2)

А 0-30 57 26 10 3 2 16 44 40

[АЬ]В 38-66 56 23 12 4 2 15 52* 33

ВС 66-110 56 24 12 3 3 15 51 34

светлые пролойки 57 24 12 3 3 18 40 42

бурые прослойки 56 24 12 3 3 15 39 46

С 180-220 57 23 12 3 3 15 40 45

П овышснис (Участок 3)

А|В 25-35 56 24 12 3 3 И 42 41

ВС 60-85 58 25 12 3 3 16 40 44

Сс. 140-220 60 22 10 4 2 13 29 58

* 0,7 нм- каолинит + хлорит; 1,0 им - гидрослюда; 1,7 им - смектит

по когтсвидным окончаниям отдельных слонков и по наличию фестончатых криотурбаций в их кровле.Подобный мотив угадывается и в строении всей нижележащей толщи бур ого лесса с несколькими уровнями белесых линз, с явной трансформированной слонстосгью заполнения.

В лессовой толще центральной части западины чегко проявились следы мерзлотных процессов, заметные по наличию клиньев и мелких псевдоморфоз на уровне нижней границы ВГГ, и особенно в верхней части солнфлюкционной поверхности.

Своеобразие строения почвенно-лессовой толщи в пределах данной морфоскульптуры заключается и в ее инверсии по отношению к рельефу, т. е. несоответствие максимально высокого залегания карбонатного свода и наиболее высокого участка бугра-повышения. Зона наиболее близкого к поверхности залегания карбона юв смещена на 4-5 м от морфометрического центра повышения и расположена в верхней части склона западины. В центральной части повышения наблюдается заглубление карбонатного лесса и увеличение мощности слоистого горизонта в сторону соседней запаши ной морфоскульптуры.

Схема строения почвенно-лессовой толщи в пределах западины, диаметром 25-30 м и глубиной до 1 м Комаричского лессового острова. показана на рис.2. Основные морфологические признаки в ее строении во многом совпадают с предыдущей. Отличия связаны с меньшей мощностью ВГГ в центральной части западины и здесь слабее выражена основная солифлюкционная поверхность. Однако, в таких западинах более яркий рисунок имеет система прослоев, которая распространена до их центральных частей, и кроме того, нижняя часть ВГТ также распадается на ряд гумусовых и белесых слоев, увязанных с предыдущей в единую систему. В мелких западинах сильнее проявились следы мерзлотных процессов (псевдоморфозы, клинья и трещины), зафиксированные на уровне нижней границы ВГГ, на нескольких уровнях полосчатых текстур, как нижней,так и верхней генерации, и на уровне основной солифлюкционной поверхности.

Таким образом, результаты исследований показали однотипность строения почвенно-лессовых толщ в западинах обоих лессовых островов. Установлена тесная взаимосвязь между основными признаками строения почвенно-лессового профиля (карбонатностъ толщи, полосчатые текстуры, ВГГ), и микрорельефом. Рассмотрим генезис этих морфологических признаков.

Западинный микрорглъеф.Сущесгвует более 20 гипотез происхождения микрорельефа (Бублясь, 1993). Свойства лесса (пористость, кар-бонатность), а также залегание на меловых породах, предопределило традиционную трактовку просхождения западиниого микрорельефа, с точки зрения проявления современных карстовых и суффозионно-

п

просадочных процессов. Но согласно геологическим данным, карстовые формы рельефа в пределах описываемых лессовых водоразделов встречаются очень ограниченно на периферии маломощных лессовых плащей и близкого залегания матовых пород. Суффозионно-просадочной гипотезе возникновения западннного микрорельефа, противоречат факты ею распространения на пологих склонах водоразделов часто с регулярно-сетчатым рисунком ложбинообразных понижений. Кроме того, данная разновидность лсссов относится к нспросадочной перигляцнальной фации (Кршер, 1991).

Согласно дефляционной г ипотезе образования западинною микрорельефа, условия их развития должны быть сопоставимы с ландшафтами современных пустынь.Однако. в современных теплых пустынных ландшафтах отсутствует мноюлетняя мерзлота в толще пород, а сопоставление условий развития западин с современными арктическими пустынями приводит к противоположным выводам. Развитие там растительности происходит только в понижениях, а на бутрах она уничтожается корразией и морозным иссушением.

В настоящее время широко высказывается концепция о влиянии палеокриотенных процессов на образование западинною микрорельефа лессовых водоразделов(Велнчко, Морозова, 1994,1996; Макеев и др. 1990,1992).

В пользу криогснно-термокарстового генезиса западин свидетельствуют следующие признаки: 1) полнюналыюетт» системы микрорельефа на отдельных участках и отсутствие западин в условиях сильной расчлененности поверхности лессовых водоразделов - явления, наблюдаемые в областях современной криолитозоиы; 2) Возможность развития микрорельефа даже в случаях маломощной толщи лесса(около 1 м). Это подтверждено нашими наблюдениями в краевых частях лессовых массивов.

Дифференциация карбонатов.Исходно карбонатный пылевагый материал постепенно поступи.! на водоразделы, и ею отложение определялось различиями, связанными с микрорельефом.На субаэраль-нын генезис указывает отсутствие слоистости, сильная пористость карбонатной толщи, рыхлая упаковка и слабая атрегированность плазмы. Исходная карбонатность подтверждается наличием зерен кальцита крупнопылеватого размера, а также равномерным распределением карбонатов по матрице. В периоды прогаивания западин карбонаты переходили в раствор, а в последующие периоды промораживания, происходило вторичное их отложение вблизи фронта промерзания на склонах бортов западин. Об этом свидетельствует мощная карбонатная оторочка с обилием гидрогенных карбонатных конкреций на склонах карбонатных куполов. Подобная дифференциация карбонатов наблюдается в областях современной криоли-"тозоны в почвах арктических комплексов.

Таким образом, отсутствие карбонатов в пределах западин, вероятно связано с их выщелачиванием в процессе склонового перераспределения лессового материала, при стадийном заполнении западин.

Аналогичное строение карбонатных горизонтов и их строгая стратиграфическая приуроченность к верхним частям склонов западин характерны для лессовых водоразделов в широком диапазоне биоклиматических условий(Мстнславльское ополье Белоруссии, лессовые плато центральной Украины и Волыно-Подолии). Это свидетельствует об отсутствии взаимосвязи между уровнем выщелачивания и современными климатическими раличиями территорий. Кроме того, с позиций проявления современных суффозионно-просадочных процессов трудно объяснить несоответствие градиента выщелоченносги и уровня поверхности водоразделов, а также инверсионное залегание карбонатного свода (рис.1). Геиезис полосчатых текстур. Гипотезы происхождения полосчатых текстур в почвах на лессах сводятся к двум группам: почвенные (иллювиальная, прототекстурная дифференциация) и литогенные (криогенная, делювиально-солифлюкционная). Против решающего влияния иллювиальных процессов в генезисе полосчатых текстур свидетельствуют следующие факты: 1)максимальное развитие полосчатых текстур наблюдается на склонах западин, а не в их центрах и не па уровне поверхности водоразделов; 2)бурые и белесые прослои сохраняют высокую пористость на разных глубинах, как, впрочем, и вся лессовая толща в пределах западин. В шлифах исходная рас-слоенносп. толщи лесса прослеживается даже в пределах ВГГ.Содержание ила и валового железа в 1,5 - 2 раза выше в бурых прослойках по сравнению с белесыми, но соотношение различных форм желез;! при этом не меняется. Кроме того, данные минералогического анализа выявили сходную дифракционную картину и количественные соотношения слоистых силикатов в бурых и белесых прослойках на разных уровнях в лессовой толще западин (таблицы 5 и 6).

Развитие полосчатости в результате криогенных процессов (при вытаивании шлиров льда) возможно, но с этим не согласуются морфологические и микроморфологические данные. На макроуровнях двух генераций слоистых текстур склонов западин характерны многочисленные следы бокового перемещения и растекания (шарьяжи, фестоны.коггевидные окончания), а также взаимосвязь верхней системы прослоев с основной (солифлкжционной) поверхностью в их центрах. Микростроение всей толщи слоистого лесса на склоне, 1ак же как морфо.ю1 ичсски однородного лесса центральной зоны западины, однотпно. Вся толща лесса расслоена на субюризон-шльные и косослоисгыс стойки мощностью 1-5 мм. Белесые слойки

во всей массе обеднены плазмой, тогда как бурые обогащены натечной плазмой.

Все это дает основание предположить, что формирование полосчатых текстур в толщах лесса происходило постепенно в мерзлотной обстановке в условиях дополнительного увлажнения за счет рельефа на фоне субаэрального поступления пылеватого материала и его бокового перемещения. Повышенная склонность лессовых пород к текучести и расслоению при перемещении вероятно обусловлена их реологическими свойствами (Сергеев, 1982; Стратиграфия СССР... 1982). Возможно поэтому, в строении западин на других типах отложений, (например, в покровных суглинках Владимирского ополья), подобные полосчатые текстуры не выражены. К сходным выводам склоняются В. Д. Лисица и Н. А. Матусевич (1986), изучавшие химический состав и механизм образования "зебровидных горизонтов"(полосчатых текстур), на склонах лессовых водоразделов Белоруссии. Их данные показали, что в бурых прослойках накапливаются полуторные оксиды пропорционально содержанию в них ила. Даже и в тех прослойках, которые образовались у подножья склонов в результате снеготаяния и ливневых дождей, наблюдались очень близкие количественные соотношения содержания полуторных оксидов и ила. Авторы предположили образование ритмичной слоистости в лессах на склонах водоразделов в результате вторичного переотложения последних под действием делювиальных и солифлюкционных процессов.

Анализ развития полосчатых текстур на склонах западин в пределах исследуемых лессовых островов также выявил значительное влияние склоновых криосолифлюкционных процессов на их морфологическое строение. Полосчатые текстуры подтверждают стадийность заключительных этапов лессонакопления. Разная выраженность прослоев в толще соответствует различиям в соотношении интенсивное™ поступления лессового материала и его склонового перемещения. Так, основная солифлюкционная поверхность, заметная в толще западин на глубине около 140 см, фиксирует период повышения интенсивности склоновых процессов при малой скорости поступления лессового материала. Уровень нижней генерации слоистых текстур и мелкослоистой толщи центральных частей западин, вероятно, соответствует равномерному поступлению пылеватого материала и слабому боковому перемещению. Не исключена роль крио-генно-флювиальных процессов в расслоении материала центральной части западин (наличие белесых прослоек и линз). Часть из них могла быть образована в результате выгаивания ледяных шлиров, а также вследствие расслоения при отложении, в периодически возникающих аквальных условиях. Возможно, что интенсивность склонового сползания материала могла определяться и уровнем

сезонного протаивання, обусловленным различиями в глубине и размерах западни.

Сопоставление морфологии полосчатых текстур в западинах со строением табсралышх отложений и их фациалыюй принадлежности в аласах Якутии (Катасонов, 1960,1982; Соловьев, 1962), показывает их однотипность.Не исключено, что условия и механизм развития полосчатых текстур в обоих случаях были сходными.

Таким образом, формирование слоистости в лессовых толщах вероятно связано с заключительными этапами осадконакопления, при субаэральном поступлении материала и его переотложением на склонах западин. Интенсивность данных процессов определялась разным объемом поступления лессовой пыли и ее склоновым перемещением.

Вторые гумусовые горизонты. Обзор гипотез просхождения ВГГ приведен в раде работ(Караваева и др., 1986; Соколов, 1997). Мы попытались оценить применительно к почвам на лессах следующие гипотезы: 1) иллювиально-гумусовую (Пономарева и др.1982);2) палео-пойменнуюГГюрюканов. 1971): 3)лугово-степную (Александровский. 1983; Величко,Морозова и др., 1987); 4) лугово-болотную (Величко, Морозова и др., 1996); 5) мерзлотно-гидроморфную( Алифанов, 1986; Макеев и др., 1990). Проявлению современных иллювиальных процессов в формировании гуматного состава ВГГ противоречит слабая растворимость кальциевых гуминовых кислот в воде (Орлов, 1977; 1990). С палеопойменной гипотезой не согласуется факт субаэрального лессонакопления, дочетвертичный возраст и расчленение рельефа лессовых водоразделов, и наличие полигональной сетки, по которой размещаются западинные формы.В пользу лугово-степной гипотезы свидетельствут Си датировки, не превышающие 5,5-6 т. л.н., и преобладание в составе гумуса ВГГ II фракции гуминовых кислот. Однако, микроморфологический анализ указывает, что для ВГГ- характерна интенсивная гумусовая прокраска, особенно в зонах концентрации плазмы. При этом угадывается исходная расслоснность плазмы и малое количество сгустковых форм - признаки, свидетельствующие о потечмости и гидроморфной природе ВГГ. В последнее время A.A. Величко и Т.Д. Морозова (1996) также высказывают предположение о iилроморфно-луговой природе ВГГ, но связывают время его происхождения с климатическим оптимумом ю.юцепа. Этому представлению противоречат палеомерзлотные признаки ВГГ ( языковцтая нижняя граница с клиньями и мелкими псевдоморфозами, кольцевое распределение скелетных зерен ) и дру-1 не, указывающие на интенсивное промерзание и возможно наличие многолетней мерзлоты. Появление линзы ВГГ в толще на склоне западин сопровождается резким заглублением и выклиниванием карбона moi о свода. Данный факт ставит под сомнение трак-

товку образования ВГГ толщах средних и мелких западин в результате заиления, в связи с распашкой лессовых водоразделов в историческое время. И в то же время, эти признаки позволяют рассмотреть генезис ВГГ во взаимосвязи с этапами осадконакопления и почвообразования в мерзлотно-гидроморфных условиях, на этапе деградации многолетней мерзлоты в лессовых толщах.Следует подчеркнуть, что гумусовая пропитка проходила в исходно расслоенной полосчатой толще лесса в западинах. Это хорошо заметно в шлифах. В микростроении ВГГ выделяются субгоризонтальные прослои с более или менее интенсивной пропиткой. Преобладание фракции II гуминовых кислот в составе ВГГ, можно объяснить воздействием мерзлотных процессов, за счет вытеснения трехвалентных катионов из состава органо-минеральных соединений двухвалентными (Тютюнов, 1960) . Имеются данные о накоплении гуматов кальция в органическом веществе почв в областях современной криолитозоны (Дергачева и др., 1977), а также о гуматном составе органического вещества в аласных комплексах (Десяткин, 1990). Кроме этого, вероятно большое значение имела циркуляция в сезонно-талом слое жестких надмерзлотных карбонатных вод ( Макеев и др., 1989). Под их воздействием мог быть сформирован не только гуматный состав органического вещества ВГГ, но и специфический состав слоистых сйликатов входящих в его илистую фракцию. Изменение минералогического состава илистой фракции органогенных горизонтов в сторону возрастания количества слюд-гидрослюд и тонкодисперсного кварца, и уменьшение смектитового компонента под воздействием гидрокарбонатных кальциевых вод, достаточно широко освещен в литературе (Чижикова, 1991, 1995).

Все выше изложенные аргументы позволяют предположить, что условия формирования ВГГ в пределах западин были мерзлотно-гидроморфными, и связаны с заключительными стадиями осадконакопления и эволюции микрорельефа лессовых водоразделов. В связи с этим, радиоуглеродный возраст ВГГ представляется омоложенным, в силу их близкого расположения от дневной поверхности ( Алифа-нов,1986; Макеев, 1990 ).

. Таким образом, результаты проведенных исследований по изучению строения почвенно-лессовых толщ в пределах западинных мор-фоскульптур лессовых водоразделов, выявили тесную взаимосвязь между их основными признаками. Предполагается, что вторичная дифференциация карбонатов, формирование полосчатых текстур и вторых гумусовых горизонтов синхронно заключительным стадиям лессонакопления. Стадийное накопление лессовой пыли в понижениях сопровождалось склоновыми процессами, гидроморфизмом и мерзлотными процессами.

Исследование Почвенно:лессовых толщ в их непрерывном пространственном залегании относительно микрорельефа, позволяет лучше диагностировать стадийность осадконакопления и условий формирования их отдельных признаков. При раздельном (профильном) изучении строения почвенно-лессовых толщ всей полноты картины установить не удается.

Согласно А.О. Макееву ( 1995,1997), а также собственным наблюдениям, палеопочвецные признаки в почвах на лессах (полосчатые текстуры, профильное распределение карбонатов, палеокриогенные признаки и ВГГ). во взаимосвязи с микрорельефом, однотипны на пространствах, удаленных друг от друга на сотни км(Мстиславльское ополье Белоруссии, лессовые водоразделы юго-запада России, лессовые плато среднего Днепра и Волыно-Подолии Украины). В широком диапазоне природных условий эти признаки формируют устойчивую диалогическую матрицу, на которую накладываются современные биоклиматические различия.

Голоценовое почвообразование в пределах лессовых водоразделов вероятно проходило при ведущей роли гумусово-аккумулятивных процессов, которые способствовали образованию современного органогенного горизонта, как на повышениях, так и в западинах. По своей морфологии и свойствам верхние гумусовые горизонты почв очень близки, независимо от залегания по формам микрорельефа.

Влияние различных типов растительности и агрогенных воздействий на свойства компонентов почвенной комбштшт и микрорельеф

лессовых островоа Современный этап эволюции почвенного покрова лессовых водоразделов связан в первую очередь с периодом его интенсивного сельскохозяйственного использования, который укладывается в последние 50-60 лет. Изучение лесных участков дает возможность реконструировать исходное состояние микрорельефа и выяснить роль и влияние растительности на свойства КПК и устойчивость палеопоч-венных признаков.

Для исследования влияния различных типов растительности и антропогенных воздействий на строение и свойства-КПК, были использованы два участка, находящихся под лесом и пашней Комаричского лессового водораздела. Взятый для исследования лесной массив представляет собой уникальное явление дня лессовых островов юго-запада России, т.к. он приурочен к центральной части водораздела, и при этом, возраст древесных пород в его центральной части составляет не менее 70 лет.Согласно результатам геоботзнического опира-ния были выделены следующие типы леса:Ельник мертвопокровный (Формула состава древостоя - 9Е + 1С + ед. Д; Возраст ели 65-70 лет), Сосняк ясенево-орляковый (Ргахт^о-РтеШт рЮМовцт; 8С + 2Я +

ед. Ь, Д; Возраст 55-60 лет), Березняк ясенево-гравилатовый (РгахшеЮ-ВецЛеШт веитозит; 6Б + 3, 5Я + 0, 5С + ед. Ос, Д; Возраст 35- 40 лет). Кроме того, был использован участок луга с Мятли-рово-разнотравной растительной ассоциацией (РоасееЮ-гшх1о-^егЬовит).

Результаты исследований показали, что различные типы естественной растительности оказывают незначительное воздействие на морфологию и свойства КПК.Палеопочвенные признаки в их строении остаются устойчивыми. Наибольшее влияние на верхнюю часть современного гумусово-аккумулятивного горизонта зафиксировано в почвах ельника. Это выражено в его седоватости до глубины 15-20 см, обусловленной большим количеством отмытых кварцевых зерен. Данное явление распространено по всем компонентам микрорельефа. Обильная кремнеземистая присыпка наблюдалась и в верхней части профилей сосняка. В морфологическом облике подстилающих горизонтов почв этих типов леса, а также в строении профилей КПК в пределах других типов растительности, существенных изменений не обнаружено. Распределение гумуса, величина рН, количественные соотношения поглощенных катионов и форм железа неупорядоченно варьирует по КПК внутри каждого типа растительности.

Небольшие различия по некоторым свойствам гумусово-аккумулятивных горизонтов наблюдались между отдельными фито-ценозами. По величине кислотности наиболее кислыми являются почвьг под сосняком. Далее уровень рН возрастает согласно ряда: елы1ик<березняк<луг. С этим в основном согласуются данные по количеству и качественному составу поглощенных катионов. Наибольшее количество обменного алюминия и водорода содержат современные органогенные горизонты почв сосняка и ельника. В почвах березняка зафиксировано слабое увеличение аморфных и окри-сталлизованных форм железа б верхних горизонтах, а их минимальное количество содержат почвы луга. В распределении легкодоступных форм фосфора выделяются большими значениями гумусово-аккумулятивпые горизонты луга; калия больше других обнаружили почвы под ельником.

Антропогенный этап эволюции почвенного покрова лессовых островов связан с интенсивной распашкой, внесением удобрений и мелиорантов. Результаты нивелирной съемки показали, что при многолетней вспашке происходит постепенное выравнивание микрорельефа. В данных условиях относительное превышение бугров над западинами составляет 0, 2-0, 4 м, по сравнению с лесным участком, где оно достигает 1 м. При этом, суммарная мощность гумусовых горизонтов в пределах западин может увеличиваться до 100 см, за счет постепенного перемещения пахотного материала повышений в западины. В результате пахотной эрозии происходит вовлечение поло-

счатого горизонта почв повышений в пахотный, что изменяет его окраску от желтовато-серого до бурых тонов. Этим можно объяснить и различия некоторых свойств между пахотными горизонтами КПК. В пахотных горизонтах почв повышений и склонов количество гумуса в среднем в 1,5 раза ниже относительно западин, также заметно увеличение содержания форм железа. Наблюдаются различия и в распределении доступных форм фосфора и калия. Так, максимальное количество калия_зафиксировано в понижении, а по мере движения к повышению его содержание в пахотном горизонте уменьшается. Распределение фосфора носит противоположный характер. Значительные различия в распределении питательных элементов в пахотных горизонтах КПК получены и на участке Стародубского лессового острова.

Итак, современное почвообразование не приводит к глубокой трансформации палеопочвенных признаков.Влияние различных типов леса проявилось в изменении некоторых свойств современных гумусовых горизонтов.Период интенсивного сельскохозяственного освоения приводит к заметной нивелировке микрорельефа, в то же время увеличивая пестроту почвенного покрова лессовых водоразделов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований по изучению географии почв лессовых островов было установлено, что почвенный покров этих территорий комплексный и связан с западинНым микрорельефом. Компонентами почвенной комбинации являются темногумусо-вые почвы со вторыми гумусовыми горизонтами в пределах западин и темногумусовые остаточно карбонатные почвы повышений. Такое строение почвенного покрова наблюдается в интервале абсолютных высот 180-230 м наду.м., на пологих склонах лессовых водоразделов с крутизной до 2°.

2. Формирование почв на лессйх проходило во взаимосвязи с заключительными этапами осадконакопления на фоне эволюции рельефа лессовых водоразделоь.Вторйчная дифференциация карбона-тов.формирование полосчатых текстур и вторых гумусовых горизонтов синхронно заключительным этапам лессонакопления. Стадийное накопление лессовой пыли в понижениях сопровождалось склоновыми процессами, пироморфизмом, и мерзлотными процесса-ми.Голоценовое почвообразование проходило при ведущей роли гу-мусово-аккумулятивных процессов, которые способствовали формированию гумусовых горизонтов как на повышениях, так и в западинах лессовых водоразделов.

3. Исследование почвенно-лессовых толщ в их непрерывном пространственном залегании относительно микрорельефа позволяет

лучше диагностировать стадийность осадконакопдения и условий формирования их отдельных признаков. При раздельном (профильном) изучении почвенно-лессовых толщ всей полноты картины установить не удается.

4. Палеопочвенные признаки (профильное распределение карбонатов, полосчатые текстуры, палеокриогенные признаки, вторые гумусовые горизонты) однотипны для почв на лессовых породах в широком диапазоне природных условий, формируя устойчивую литологи-ческую матрицу, на которую накладываются современные биоклиматические различия.

5. Современное почвообразование не приводит к глубокой трансформации палеопочвенных признаков. Влияние различных типов современной растительности проявилось в изменении некоторых свойств современных гумусовых горизонтов.Интенсивное сельскохозяйственное освоение приводит к заметной нивелировке микрорельефа, в то же время увеличивая пестроту почвенного покрова лессовых водоразделов.

Основные положения исследований опубликованы в работах:

1. Роль перигляциальных процессов в стратификации толщи почво-образующих пород Русской равнины II Тез. Докл. I Международной копфереции"Криопедология".Пу1цино: 1992. С. 25-26 ( в соавторсте).

2. К вопросу о природе бурых прослоев ( псевдофибров) в почвах па лессовидных породах //Резервы повышения, плодородия почв и эффективности удобрений. Тез. Докл. Горки: БСХА.1996. С. 168-169 ( в соавторстве).

3. Особенности строения почвенного покрова лессовых островов// Материалы научно-практической конференции. Ярославль: 1996. С. 96-98.

4. География и генезис почв лессовых островов Брянской области // Материалы X международной научпо-практической конференции. Брянск: Брянская ГСХА, 1997. С. 121-123.

5. К вопросу о природе вторых гумусовых горизонтов в почвах на лессовых породах // Матхфиалм научно-методической конференции. Брянск: Брянская ГСХА, 1998 (в соавторстве). (В печати ).

6. Трансформация микрорельефа и свойств почв лессовых островов в условиях различных типов современной растительности и при сельскохозяйственном использовании //Материалы научно-методической конференции. Брянск: Брянская ГСХА, 1998. (В печати).

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата географических наук, Рулинский, Василий Иванович, Москва

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В.ДОКУЧАЕВА

На правах рукописи УДК: 631.41: 551.8

Рулинский Василий Иванович

ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ НА ЛЕССАХ ЮГО-ЗАПАДА РОССИИ

Специальность 03.00.27 - почвоведение

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель - кандидат

биологических наук, А.О. Макеев

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4 ГЛАВА I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ 18

1.1. Климат и растительность 18

1.2. Геологическое строение территории 18

1.2.1. Дочетвертичные отложения 18

1.2.2. Четвертичные отложения 19 1.2.2.а. Лессовые отложения 20 1.2.2.6. Стратиграфия лессовых отложений 23

1.3. Рельеф лессовых островов 29

1.3.1.Геоморфологическое строение и история формирования рельефа 29

1.3.2. Микрорельеф лессовых островов 33 ГЛАВА II. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ

ЛЕССОВЫХ ОСТРОВОВ ЮГО-ЗАПАДА РОССИИ 38 II. 1. Краткие сведения по истории изучения,географии и картографированию почв территории 38 II.2. Морфологические особенности строения почв 40 П.2.1. Почвенный покров Комаричского

лессового острова 40

II.2.2. Почвенный покров Стародубского

лессового острова 54 ГЛАВА III. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВ

ЛЕССОВЫХ ОСТРОВОВ 61

III. 1. Гранулометрический, валовой химический

и микроэлементный состав почв 61

ПРОДОЛЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ

Стр.

III.2. Химико-минералогическая характеристика почв 69

111.3. Физико-химические свойства почв 77

111.4. Предварительное обсуждение результатов 82 ГЛАВА IV. СТРОЕНИЕ ПОЧВЕННО-ЛЕССОВЫХ ТОЛЩ ЗА-

ПАДИННЫХ МОРФОСКУЛЬПТУР И ПРОБЛЕМЫ ИХ ГЕНЕЗИСА 88

ГЛАВА У. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ СОВРЕМЕННОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ И АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВА ПОЧВ, И МИКРОРЕЛЬЕФ

ЛЕССОВЫХ ОСТРОВОВ 130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 142

ЛИТЕРАТУРА 144

ПРИЛОЖЕНИЯ 173

ВВЕДЕНИЕ

В пределах юго-запада России (Брянская область) широко распространены почвы, залегающие на возвышенных водоразделах перекрытых толщей лессов. Отдельные лессовые водоразделы из литературы известны под названием ополий (Брянское, Трубчевское, Стародубское и другие). За более чем столетнюю историю изучения этих почв было предложено множество концепций их происхождения и эволюции. Но до сих пор нет единства во взглядах исследователей по вопросам диагностики и классификации этих почв, своеобразия структуры почвенного покрова лессовых островов. Дискуссионными считаются и вопросы происхождения самих ландшафтов, их геолого-геоморфологическое строения, стратиграфии и палеогеографии лессовых пород.

На почвенных картах (Почвенно-геологической карте Нечерноземья (1980), Почвенной карте Брянской области ( М 1 : 200 ООО; ГУГК, 1988) эти почвы выделяются как серые лесные.

Проблема происхождения серых лесных почв является одной из наиболее дискуссионных в русском почвоведении. Пристальное внимание к этой проблеме объясняется сложностью генезиса и переходным положением серых лесных почв между черноземами и подзолистыми почвами, их значительной зональной и фациальной изменчивостью, а также тесной связью ее с еще более дискуссионной проблемой взаимоотношения леса и степи. Последнее обусловило то обстоятельство, что по вопросу о генезисе серых лесных почв высказали свое мнение не только почвоведы, но и многие геоботаники и географы.

Основоположник генетического почвоведения В.В. Докучаев (1883, 1896, 1899) предполагал, что серые лесные почвы представляют собой самостоятельный почвенный тип и сформировались в результате своеобразного процесса почвообразования под пологом широколиственных лесов в климатических условиях лесостепной зоны. Почти одновременно с

B.B. Докучаевым геоботаник С.И. Коржинский (1886-1888, 1891) выдвинул гипотезу о происхождении серых лесных почв путем деградации черноземов под влиянием поселения леса. Противоположная точка зрения на образование серых лесных почв была высказана Талиевым (1904) полагавшим, что широколиственные леса раньше занимали большее пространство и располагались более крупными массивами. Островной характер современных дубрав есть явление вторичное, обусловленное деятельностью человека. На местах вырубок широколиственного леса поселилась лугово-степная растительность, или же они были заняты под культурную растительность. Под влиянием травянистой растительности серые лесные почвы бывших дубрав испытывали процесс проградации, превративший их в черноземы.

Наиболее полное обобщение всех материалов по вопросу о генезисе серых лесных почв было дано в работе Б.П. Ахтырцева (1979), который рассмотрел вопрос о формировании серых лесных почв с позиции проявления основных элементарных почвообразовательных процессов. По его мнению, серые лесные почвы формируются под влиянием следующих процессов: поступление органических остатков в почву, гумусонакопление и связанная с ним биогенная аккумуляция зольных веществ, выщелачивание карбонатов и легкорастворимых солей, миграция гумусовых веществ и продуктов распада минералов в форме металло-органических и оксидных соединений, лессиваж и оглинивание. Формирование элювиального и иллювиального горизонтов серых лесных почв, по мнению автора, в наибольшей мере связано с лессиважем. Далее автор указывает, что степень выраженности его неодинакова в разных условиях, а сам процесс протекает в комплексе с другими явлениями, в частности с оглиниванием.Различным вопросам классификации, генезиса и свойств серых лесных почв также занимались И.В. Тюрин 1930, 1939, 1966; A.A. Завалишин 1936, 1951; 1936; H.H. Розов 1939; Н.Я. П.Г. Адерихин 1936; Н.Б. Вернандер 1963; С.Н.

Тайчинов 1963, 1973; И.С. Урусевская 1963; A.B. Колоскова 1966; Л.П. Рубцова 1967, 1974; Е.В. Рубилин и В.Н. Долотов 1970; А.И. Троицкий и др. 1974; Б.А. Никитин 1981; Н.П. Романова, Н.П.Чижикова, Б.П. Градусов 1982; C.B. Зонн 1983; Т.В. Вологжанина, 1990 и многие другие.

Таким образом, по вопросу о генезисе серых лесных почв с позиции зонального почвенного типа сложились две точки зрения, одна из которых высказанная еще В.В. Докучаевым, признает за серыми лесными почвами изначальную самостоятельность происхождения (под воздействием широколиственного леса), другая рассматривает серые лесные почвы как различные переходные стадии развития либо черноземных почв в дерново-подзолистые, либо дерново-подзолистые в черноземные.

Однако, одной из особенностей изучаемых почв лессовых водоразделов является отсутствие дифференциации их профилей по содержанию ила и полуторных оксидов. Почвенный покров наследует отсутствие дифференциации от почвообразующих пород, которыми являются типичные лессы. Другой важной особенностью почв лессовых островов является комплексное строение почвенного покрова, связанное с микрорельефом. Генезис блюдцеобразных западинных форм - важная и пока дискуссионная проблема.

Еще в 1910 г., М.Г. Румницкий и И.К. Фрейнберг отмечали, что плато Брянского ополья чрезвычайно напоминают степную местность, но со значительно большим числом западин-воронок. Наиболее глубокие из них (до 3 м) представляют собой мелкие озерца или болота, иногда заросшие кустарником.

По вопросу о происхождении западин в пределах лессовых островов было высказано ряд часто противоречивых и взаимоисключающих концепций. Наиболее часто встречающаяся в литературе гипотеза основана на теории В. Г. Высоцкого (1937) о поту скулах - местах насквозь промачиваемых накапливающейся водой - блюдцах, баклушах, ложбинах и

тому подобных мелких и более крупных понижениях, куда натекает поверхностнопленочная вода ливней или тающего снега. В дальнейшем эта теория легла в основу суффозионно-просадочной гипотезы образования западин (Мильков, 1964). В ее основу были положены свойства просадочности лессов и лессовых пород, а также наличие легкорастворимых солей (карбонатов) в толщах.

A.Н. Тюрюканов и Т.Д. Быстрицкая полагали, что развитие микрорельефа протекало в палеопойменном режиме прарек послеледниковых эпох(1971), т.к. по мнению авторов, в почвенном покрове лессовых островов имеются признаки былого гидроморфизма.

B.Н. Бублясь (1993) предложена гипотеза дефляционного генезиса западин (степных блюдец) лессовых плато во взаимосвязи с этапами лессонакопления в условиях сухих пустынных ландшафтов.

Однако, согласно современным исследованиям все шире высказывается точка зрения о том, что происхождение западинных форм во многом связано с криогенными явлениями в лессовых породах в перигляциальной зоне последнего оледенения и термокарстовыми процессами при деградации мерзлоты в послеледниковое время (A.A. Величко, Т.Д. Морозова, О.М. Порожнякова, А.О. Макеев, И.И. Молодых и многие другие). При этом указывается, что многие признаки строения почвенного покрова лессовых островов унаследованы от прошлых этапов осадконаколения и педогенеза, и в частности, наличие вторых гумусовых горизонтов в пределах западин.

По поводу происхождения почв со вторым гумусовым горизонтом к настоящему времени высказаны различные точки зрения. Я.Н. Афанасьев (1916), изучая генезис темноцветных почв западин лессовых плато Черниговской губернии предположил, что распашка степей привела к усилению делювиальных процессов, заилению западин с последующим

формированием промоин и оврагов. За этими изменениями микрорельефа и гидрологического режима последовали изменения почв и их плодородия.

В.В. Пономарева и Т.А. Плотникова (1976, 1980) полагали, что процесс образования второго гумусового горизонта современный, связанный с иллювиированием кислых гуматов кальция и осаждением их на некоторой глубине в форме полностью насыщенных гуматов кальция.

В настоящее время большинство исследователей считают второй гумусовый горизонт реликтовым. Основные противоречия связаны с возрастом и условиями его образования.

А.Н. Тюрюканов и T.JI. Быстрицкая (1971) предположили, что образование второго гумусового горизонта протекало в палеопойменном режиме в условиях повышенного гидроморфизма. Подчеркивая однотипное комплексное строение почвенного покрова лессовых островов (ополий) в зависимости от микрорельефа, авторы предложили свое название почв на повышениях как опольцы, а в понижениях (западинах) - ополицы.

А.П. Александровский (1983, 1988), изучив эволюцию почв ВосточноЕвропейской равнины в голоцене и, в частности, климатическую эволюцию почв на границе между лесом и степью, отмечал, что в теплые периоды голоцена происходило смещение природных зон, а именно степной к северу. Этим, по мнению автора, можно объяснить наличие вторых гумусовых горизонтов в профиле современных серых лесных почв.

Однако, рядом исследователей (Хотинский 1976, 1986) и других, на основании палинологического метода изучения пыльцевых спектров и палеогеографических реконструкций климатических условий голоцена, установлена относительная стабильность северных и южных рубежей лесостепи. По H.A. Хотинскому (1986), максимальное распространение степей на север происходило в позднеледниковое время, когда на обширных пространствах Северной Евразии существовал своеобразный растительный комплекс, образованный сочетанием тундровых, степных и отчасти лесных

сообществ. Это явление гиперзональности (Величко, 1973) или смещение зон ( Гроссет, 1961) возникло в условиях холодного, резкоконтинентального климата, определявшегося обширным полярным антициклоном, доминировавшим над Северной Евразией в послеледниковое время. Далее автор, отмечая взаимодействие леса и степи в голоцене, предполагает, что с переходом к послеледниковому потеплению климата (около 10300 л.н), в связи с частичным восстановлением зональной циркуляции, смешанный растительный комплекс послеледниковья почти "мгновенно" разрушился и произошла быстрая консолидация основных растительных зон: тундровой, лесной и степной. В бореальном периоде (около 8000-9000 лет назад), когда можно говорить о лесе и степи как о зональном явлении, южная граница леса располагалась несколько севернее, чем теперь. К концу атлантического периода (примерно 5000-6000 лет назад) граница степь-лес, то есть северная граница лесостепи достигла положения, близкого к современному, и, в дальнейшем, не испытывала существенных перемещений. Таким образом, автор подчеркивает что распространение степей на территорию современной лесной зоны оказалось связанным не с теплым и засушливым, а с холодным и засушливым климатом послеледниковья. При этом, в своих исследованиях он обращает внимание на связь вторых гумусовых горизонтов с районами распространения лессовидных покровных отложений, где условия развития растительности могли отличаться некоторым своеобразием по сравнению с зональным фоном. Наличие же вторых гумусовых горизонтов в профилях современных серых лесных почв, подстилаемых плащеобразно залегающими лессовидными породами, по мнению H.A. Хотинского, может указывать не на фронтальный сдвиг степей на сотни километров, а об очаговом распространении и расширении травянистой растительности.

В результате проведенного историко-генетического анализа В.М. Алифановым (1984,1986), было установлено, что территория формирования

серых лесных почв прошла сложную историю развития в четвертичный период (оледенения, обводнения, осадконакопление, промерзание, смена природных зон и т.д.). Профиль серых лесных почв, по мнению автора, не только полигенетичен, но также сложен и разновозрастен. Полигенез их связан не только с миграцией границы леса и степи, а в большей мере с мерзлотным гидроморфизмом и криогенными явлениями. Формирование второго гумусового горизонта, согласно его исследованиям, связано с мерзлотно-гидроморфной стадией почвообразования лугово-болотного типа, после деградации криогенных полигонально-блочных структур и формирования полигонально-блочного микрорельефа.

Детальные микростратиграфические исследования строения почвенно-лессовых толщ во взаимосвязи с реликтовым криогенно-блочным и термокарстовым микрорельефом в пределах Трубчевского лессового острова на юго-западе России освещен в ряде работ A.A. Величко и Т.Д. Морозовой (1976, 1984, 1987, 1992, 1994), О.М. Порожняковой (1989, 1990) и других. При этом было установлено, что позднеплейстоценовый палеокриогенный комплекс оказал большое влияние на свойства современного почвенного покрова. Авторы считают, что современный почвенный покров развивается, начиная с ранних этапов голоцена. Однако, по мнению авторов, почвы в пределах лессовых островов содержат признаки, возникшие значительно раньше. Во время последней ледниковой эпохи в перигляционной зоне формировались отложения, в том числе и лессы, которые послужили материнской породой для почв голоцена. При этом они нередко содержат ряд текстурных унаследованных признаков от позднеплейстоценового криогенного комплекса (Величко, Морозова, 1976, 1984, 1996; Морозова, 1992). По мнению этих исследователей, выделяется ряд стадий развития почвенного покрова лессовых островов. Нижний возрастной предел почвообразования (и осадконакопления) определяется возрастом посткриогенной структуры - 14 т. л.н. При деградации мерзлоты

происходило постепенное заполнение мерзлотной структуры почвенным иллювиальным материалом с возникновением так называемой "псевдофибровой" текстуры на месте вытаявших шлиров льда. Псевдофибровая текстура в профиле почв была сформирована в процессе окончательной деградации мерзлоты на ранних этапах педогенеза. Следующим этапом, согласно A.A. Величко и Т.Д. Морозовой, было возникновение реликтового гумусового горизонта, который является важным хронологическим репером, возраст возникновения которого, согласно радиоуглеродным датировкам определен в 5,5-6 т. л.н. При этом отмечается корреляция мощности второго гумусового горизонта и горизонтом псевдофибровой текстуры (глинисто-супесчаными прослоями) по отношению их позиции в микрорельефе. Специальные исследования псевдофибровой текстуры, произведенные Т.Д. Морозовой (1992), показали, что бурые глинистые прослои, в отличии от супесчаных белесых, характеризуются повышенным содержанием ила, полуторных оксидов, содержат глинистые натеки, свойственные, обычно, иллювиальным горизонтам почв, развитых на лессовидных покровных отложениях.

О происхождении псевдофибровой текстуры (ортзанды, зебровидные, мраморовидные горизонты) в профилях почв на лессовых отложениях в литературе можно встретить несколько точек зрения. Я.Н. Афанасьев (1926) по этому поводу писал следующее: "В отличие от песков на породах лессового типа горизонт В сначала компактный, а затем идут уже ортзанды, причем они здесь на вид более мягки, нежны, струйчатого габитуса, как вообще, более и деликатны в своем сложении лессы... . Отсюда мы вообще считаем, что ортзанды развиваются при всех случаях подзолообразования и деградации почв, когда эти процессы протекают на породах