Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ НА ПОКРОВНОМ СУГЛИНКЕ ПОД РАЗЛИЧНЫМИ ЦЕНОЗАМИ (ЛЕСНЫМИ, ЛУГОВЫМИ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ)

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ НА ПОКРОВНОМ СУГЛИНКЕ ПОД РАЗЛИЧНЫМИ ЦЕНОЗАМИ (ЛЕСНЫМИ, ЛУГОВЫМИ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ)"



На правах рукописи

Верховец Ирина Алексеевна

ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ НА ПОКРОВНОМ СУГЛИНКЕ ПОД

РАЗЛИЧНЫМИ ЦЕНОЗАМИ (ЛЕСНЫМИ, ЛУГОВЫМИ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ)

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва-2005

Работа выполнена в лаборатории минералогии и микроморфологнн почв Почвенного института им. В.В. Докучаева РАСХН

Научный руководитель;

доктор сельскохозяйственных наук Н.П. Чижнкова

Официальные оппоненты: Доктор сельскохозяйственных, наук Доктор биологических наук

Ведущая организация; Санкт-Петербургский Государственный Университет

Защита диссертации состоится «М » О&кФ/ЯоЬл 2005 г. в Ю ч. на заседании диссертационного совета Д 006.053.04 в Почвенном институте им. В В. Докучаева РАСХН (119017, Москва, Пыжевский переулок, 7).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Почвенного института им. В.В. Докучаева РАСХН

Автореферат разослан « /4 » г.

И.Н. Любимова

&.Д. Тонконогов Т. А. Соколова

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

Актуальность. Одной из важных в теоретическом и практическом отношении проблем современного почвоведения является почвообразование и формирование почвенных профилей под влиянием древесных, травянистых и сельскохозяйственных растительных сообществ. Составная часть этой проблемы - исследование процессов почвообразования с позиций выветривания минеральной части почв, взаимодействия органической и минеральной компоненты и формирования профилей глинистого материала.

За последний период развития учения о тонкодисперсной части почв (Градусов, 1976, 2000, 2001, 2003; Таргульян и др., 1974; Соколова, 1985, 2005; Чижикова, 1992, 1995 , 2002, 2004; Тонконогов и др, 1984; Международный конгресс почвоведов, 1998, 2002; Международная конференция по минералогии и петрографии, 2000) подчеркивалась информативность и чувствительность минералов почв к климатическим и биотическим изменениям условий их нахождения.

Интерпретация процессов, происходящих с унаследованной от почвообразующей породы минеральной частью почв в естественных условиях, обычно затруднительна из-за отсутствия достоверной информации по изменению факторов во времени.

Поэтому представляет интерес изучение поведения тонкодисперсной части почв в модельном эксперименте с помощью больших лизиметров, которые позволяют имитировать процессы почвообразования на искусственно созданном гомогенном субстрате, в однотипных климатических условиях, под различными фитоценозамн, встречающимися в южной тайге.

Цель работы: изучить поведение минеральной компоненты тонкодисперсной части поче, сформированных на покровном суглинке за 33 летний период под влиянием функционирования древесных, травянистых и сельскохозяйственных растительных сообществ, в условиях модельного эксперимента.

Поставленная цель раскрывалась с помощью следующих задач:

1. Всесторонне охарактеризовать слаборазвитые почвы (СРП), сформировавшиеся за 33 летний период на покровном суглинке: морфологическое и микроморфологическое строение, физико-химические свойства, гранулометрический и химический составы.

2. Определить минералогический состав фракций ила, тонкой и средней пыли, выделенных нз покровного суглинка, СРП и их изменение за 33 летний период под различными растительными сообществами.

3. Установить формирование профилей тонкодисперсного материала СРП.

4. Выявить поведение органических веществ СРП по профилям, их распределение по разным гранулометрическим фракциям, активность форм гумуса.

г

5. Диагностировать процессы, произошедшие с покровным суглинком за 33 летний период под влиянием различных растительных сообществ.

Научная новизна. Впервые проанализирован минералогический состав тонкодисперсных фракций (ил, тонкая и средняя пыль) в модельном эксперименте, имитирующим процессы почвообразования и формирования профилей тонкодисперсного вещества на строго однородном покровном суглинке под влиянием различных растительных сообществ.

Установлено, что под каждым типом растительных сообществ формируются профили тонкодисперсного вещества СРП, свидетельствующие о разно направлен ностн процессов почвообразования: под еловыми и смешанными — начальные стадии подзолообразования; под широколиственными и многолетними травами - процесс лессиважа; под сельскохозяйственными культурами — обособление пахотного горизонта.

Доминирующие в илистых фракциях сложные неупорядоченные смешаннослойные образования, состоящие из пакетов нескольких типов, являются наиболее информативной составляющей твердой фазы почв, ответственной за происходящие процессы выветривания - почвообразования: под еловыми насаждениями происходит разрушение смектитовой компоненты, гнорослюдизация, относительное обогащение кварцем, под широколиственными породами и травянистыми сообществами — процесс выноса через стадию су пер дисперсности.

Впервые количественно определен минералогический состав фракций тонкой и средней пыли СРП, что позволило расчитать коэффициенты выветривания минералов этих фракций.

Установлено, что в СРП иа глубине 15-20 см происходит интенсивный процесс дезинтеграции минералов под влиянием криогенного фактора.

Формирование профилей тонкодисперсного вещества почв, в первую очередь компонентов ила, под различными растительными сообществами протекает быстро и достаточно интенснвно.

Практическая значимость н реализация результатов.

Модельный эксперимент позволил осветить один из важнейших вопросов фундаментального почвоведения - роль растительных сообществ как фактора образования почв.

Минерал ого-кристалл ох им ический подход позволил установить различия процессов почвообразования под различными растительными сообществами. Этот эксперимент имеет важное значение при различных видах хозяйственной деятельности: лесоводстве, рекультивации земель, при оценке залежных земель.

Полученные результаты целесообразно использовать при чтении курса лекций по «Почвоведению», «Экологии», «Лесоводству».

Защищаемые положения.

1. За тридцатилетний период произрастания различных растительных сообществ иа покровном суглинке сформировались профили тонкодисперсных компонентов почв и профили органического вещества.

2. По кристаллохимическим особенностям минералов илистой фракции установлена разнонаправленное™ процессов почвообразования, обусловленная различием функционирования фитоценозов. Предложено разделить процессы оподзаливания и лесскважа.

3. Минералогический состав фракций тонкой и средней пыли позволил отразить роль криогенного фактора в дроблении зерен полевых шпатов и слюд.

4. Сформировавшиеся профили органического вещества по количеству гумуса соответствуют полноразвитым дерново-подзолистым почвам. Характер распределения по тон ко дисперсным гранулометрическим фракциям, качественные характеристики органического вещества свидетельствуют о его незрелости.

Апробация. Результаты исследований докладывались на следующих научных конференциях: V международной конференции «Освоение Севера и проблемы природо восстановления», г. Сыктывкар, 2001 г.. Второй международной научной конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» г. Ставрополь, 2002 г., Докучаевских молодежных чтениях, Санкт-Петербург, 2002, 2005 г.. Одиннадцатой школе «Экология и почвы», Пущино, 2002 г., Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов», Москва, 2005 г.. На совместном заседании VII комиссии ДОП «Минералогия почв», подкомиссии по «Микроморфологии почв» и подразделений Почвенного института им. В.В. Докучаева 2*7 апреля 2005 г.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 печатных

работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на iSO стр. машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и выводов, содержит таблиц и £~3 рисунков, включает список использованной литературы из наименований, в том числе на

иностранных языках.

Автор благодарен своему научному руководителю Н.П. Чижиковой за постоянную помошь и поддержку при выполнении работы; Н.Б. Хитрову, A.C. Владыч ейскому, Б.П. Граду сову, М.П. Вербе, Е.Б. Скворцовой, Л.С. Травниковой, Б.М, Когуту, В.Д, Тонконогову, И.И. Лебедевой за ценные советы и замечания при написании работы, B.C. БулеевоЙ за помощь в проведении экспериментальной части работы, Э,Ф. Мочаловой за изготовление уникальных шлифов.

Содержание работы.

Глава 1. Существующие представления о начальных стадиях почвообразования и методах их исследования.

В данной главе собраны современные представления о понятие «почва» и начальных стадиях ее формирования (Мах он и на, 1979, 1990; Терехова, 1979; Таргульян, 1983, 1986; Самойлова, 1986; Карпачевский, 1987; Дмитриев, 1996; Соколов, 1996, 2004; Тонконогов, 1999; Шелемина, 2000; Рейнтам, 2001). Изложены взгляды об эволюции почв (Захаров, 1927; Роде, 1947; Петров, 1967; Таргульян, 1982; Александровский, 1983. 1995;

Пономаренко, 1986), уделено внимание вопросу происхождения текстурной дифференциации дер ново-подзол истых почв (Сибирцев, 1909: Гедройц, 1921-1923, 1927, 1933; Ремезов, 1937, 1947, 1953; Роде, 1937; Зонн, 1974, 1975,1976; Пономарева, 1964; Дюшофур, 1970; Зайдельман, 1974; Тар1ульян, 1978; Герасимова, 1981; Соколов, 1983, 1986, 1988, 1997; Тонконогов, 1999; Александров и др., 2000; Козловский и др., 2001). Рассматриваются вопросы применения лизиметрического метода в решении проблем генезиса почв (Комарцева, 1972; Гуртовская, Шоба, 1978; Рейнтам, 1981; Оя, 1981; Ромашкевич, Герасимова, 1982; Погорелова, 1989; Ермаков, 1993; Patric, 1961 a,b; Graham, Wood, 1991; Tice, Graham, Wood, 1996; Quideau, 1996) и история его становления (Урываев, 1958; Петров, Шкшов, 1962; Шишов и др., 1998; Яшин н др., 2000). Приоритетными исследованиями в этом направлении являются многолетние лизиметрические наблюдения, организованные на территории Почвенного стационара МГУ в 1967 г. (Винник, Болышев, 1972; Лобутев, Герасимова, 1979, 1980; Герасимова, Первова, Рыжова, 1987; Герасимова, Первова, Лобутев, 1989; ВладыченскиЙ, Золотарев, Герасимова, 1998; ВладыченскиЙ, Ульянова Золотарев, 2000; Савельев, 2001; Савельев, Владыченскнй, 2001; Золотарев, 2004), Следует отметить, что поведению минеральной фазы почв в этих экспериментах было уделено мало внимания.

Глава 2 Объекты н методы исследования.

Исследования проводились на больших лизиметрах открытого типа Почвенного стационара Московского Государственного Университета, заложенных в 1967 г, состоящих из 20 отдельных бункеров. Площадь каждого бункера 9 мг, глубина 175 см. При заполнении бункеров на дно были уложены крупные осколки кварца (в начале отдельности cd- 5-6 см. затем с d — 2-Зсм. и сверху с d - 1 -2 см.). Общая мощность слоя кварца 10 см. На этот слой был насыпан 15-сантнметровый слой кварцевого песка, который был взят из Люберецкого карьера. На эту дренажную "подушку" загружали суглинок через сетку с диаметром ячеек 3-4см, который был взят из карьера в Подольском районе Московской области с глубины 130-280см (Винник, Болышев, 1972).

В лизиметрах были созданы фрагменты растительных сообществ, типичных для южной тайги (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения модельных фитоценозов в лизиметрах.

1 - чистый пар; 2 — еловые насаждения (Picea abies); 3 — смешанные насаждения (Picea abies, Quercus robur, Асст plaianokles); 4 - широколиственные насаждения (Quercus robur, Acer platanoides); 5 - многолетние травы (Phlcum pratense, Alopecurus pratensis, Bromus inermis, Trifolium pratense, Trifolium rcpens); б - сельскохозяйственные культуры, входя кие в дсвятиподьний севооборот (мн. травы I т.п., мн. травы II г.п., яровая пшеница I т.п., яровая пшеница II гл., картофель, ячмень, люпин с подсевом озимой ржи, озимая рожь, овес с подсевом мн, трав).

1 2 2 3 3 4 4 5 5 6

1 1 2 3 3 4 4 5 5 6

На лизиметрах в каждый бункер было высажено по 61 саженцу. За 33 летний период произошло самоизреживание деревьев. Значительное уменьшение количества лиственных пород в смешанных насаждениях привело к их функционированию как чисто еловых (Золотарев, 2004). Наибольший запас фитомассы характерен для смешанных насаждений, далее следуют еловые и минимален в широколиственных, причем фитомасса клена в несколько раз превышает фитомассу дуба. Травяные ценозы по показателям биологической продуктивности превосходят естественные.

Характерной особенностью еловых насаждений является повышенная зольность хвои и ветвей. Химический состав структурных частей смешанных насаждений не имеет четко выраженных особенностей. Широколиственные породы характеризуются наибольшей зольностью (Золотарев, 2004; Владыченекий, Ульянова, Золотарев, 2000).

Данные многолетнего мониторинга за составом лизиметрических вод показывают, что для них характерна нейтральная или слабокислая реакция, гидрокарбонатно-сульфат! ю-кальциевый химизм (Лобутев, Герасимова, 1979; Герасимова, Первова, Рыжева, 1987; Савельев, 2001). В последние годы зафиксированы достоверные различия между содержанием кальция и магния под еловыми насаждениями и многолетними травами, увеличивается концентрация железа в 3-5 раз, что свидетельствует о разрушении легко выветриваемых минералов-железоносителей, таких как хлориты, биотиты. Среднемноголетняя концентрация кремнекислого в лизиметрических водах под различными фитоценозами составляет 21,8 мг/л. (Савельев, 2001).

Изменение динамики годового выноса вод следующее. В лизиметрах под древесными насаждениями в начальный период (1970-1974 г.) отношение объема просачивающейся воды за год к таковому под чистым паром колебалось от 0,7 до 1,4, для многолетних трав от 0,5 до 1,1. В последние годы эти показатели уменьшились до 0,3-0,6 за счет перехвата влаги деревьями.

Образцы СРП отобраны в 2000 г. с глубин: под еловыми и смешанными насаждениями - 3-6, 6-11, 11-16, 16-21, 21-45, 45-75 см; под широколиственными насаждениями - 1-5,5-10,10-15, 15-20,20-45,45-75 см; под многолетними травами - 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30, 30-45, 45-75, 75100 см; под сельскохозяйственными культурами - 0-20, 20-30, 30-45, 45-75 см; под паром - 0-20, 20-30, 30-45 см. В 2004 г. в Подольском районе Московской обл. (район взятия покровного суглинка, заложенного в модельный опыт) заложены разрезы и отобраны образцы из дерново-подзолистой языковатой ненасыщенной мелкой неглубокоподзолистой глубокооглеенной среднегумусированной среднесу глин истой почвы на покровном суглинке.

Выделение фракций ила (<1 мкм), тонкой {1-5 мкм), средней пыли (510 мкм) для определения минералогического состава проводилось по методике Н.И. Горбунова (1971). Ориентированные препараты фракций ила, тонкой и средней пыли исследованы ре нтге ндифрактом етр ич ее к им методом на аппаратуре фирмы Карл Цейсс Иенна (Германия). Режим работы

универсального дифрактометра марки HZG-4A: напряжение на зрубке 30 кВ, анодный ток 30 мА, скорость вращения гомиометра 2° в мин, излучение медное, фильтрованное никелем. Рентгенднфрактограммы получены для воздушно-сухих образцов, насыщенных этиленглнколем и прокаленных при температуре 550°С в течение 2 часов. Палу количественное содержание основных минеральных фаз во фракции менее 1 мкм определено по методике P.E. Biscaye (1965). Полу кол ич ествен ное содержание основных минеральных фаз во фракции 1-5 мкм и 5-10 мкм - по методике Н.Е. Cook и др. (1975). Для определения гумуса в почве и во фракциях ила, тонкой и средней пыли был использован фотометрический метод предложенный Д.С. Орловым и Н.М. Гриндель (Воробьева, I99S). Шлифы были изготовлены в Почвенном институте имени В.В. Докучаева Э.Ф. Мочаловой по ее же методике (1956). Дальнейшее исследование проводилось при помощи поляризационного микроскопа по методике Е,И. Парфеновой, Е.А. Яриловой (1977). Определение валового химического состава почв и фракций ила, тонкой и средней пыли проводилось реитгенфлюоресцентным методом на аппаратуре VRA-30. Определение рНнго, рНка, гидролитической кислотности, обменных катионов стандартными методами. Дериватографические исследования почв и выделенных из них тон кодисперсных фракций проводились на дериватографе марки Q-1500D системы Ф. Паулик, И. Паули (с, Л. Эрдеи, завода МОМ, Венгрия. Количественное разделение органического вещества на активное и инертное производили по методу J1.C. Травниковой (1985). Для оценки изменения минералов во фракциях тонкой и средней пыли были использованы специальные коэффициенты, представляющие собой соотношение минералов разной устойчивости к выветриванию и физическому дроблению, рассчитанные для отдельных фракций и их соотношение между фракциями.

Ю-Кв/miI ; К2-КВ/С ; K3-KWK1™ где Кв - содержание кварца во фракции, в ПШ — содержание полевого шпата во фракции, в %; С - содержание слюд во фракции, в Klw и К1ТП- коэффициент К1 рассчитанный для средней и тонкой пыли.

Глава 3. Морфологические признаки начальных стадий почвообразования лад различными фитоценозамн на покровных

суглинках.

3.1 Макроморфологические признаки. Покровные суглинки имеют довольно разнообразную окраску. Описаны желтые» палево-бурые, красновато-бурые, желто-бурые, буровато-серые, коричневые, пепельно-желтые, темно-серые разности (Краснов, 1948; Чижиков, i960; Чернов, i960; Спиридонов, J962; Забоева 1975; Макеев А.О., Макеев О.В., I9S9). Признаками, отличающими их от других генетических типов суглинистых отложений, считаются: доминирование пылеватых фракций, отсутствие или незначительное содержание песка, хорошая оструктуренность, высокая пористость.

В модельном эксперименте изучение морфологического строения СРП проводилось в два этапа. В 1989 г. описание проведено Л.В. Герасимовой,

Н.Е. Первоеой и А.П. Лобутевым, которые зафиксировали образование горизонтов подстилки разной мощности и состава под различными ценозами. В варианте опыта с многолетними травами отмечено начало образования гумусо-аккумулятивного горизонта. Через 11 лет описание морфостроення проведено совместно с Д.В. Савельевым.

Под древесными породами сформировался самостоятельный горизонт подстилки и минеральный гумусоа к кумулятивный горизонт. Под еловыми и смешанными насаждениями выделяются горизонт подстилки 01(Ь) 0-3 см, состоящий из опавшей хвои и мха, и гумусоаккумулятивпый горизонт А З-б см - серый суглинок с остатками слабо разложившегося органического вещества. Под широколиственными деревьями горизонт 01(Ь) мощностью I см состоит из опада листьев дуба, клена разной степени разложен поста и остатков разнотравья нижнего яруса, далее следует дерновый горизонт Ас1 27 см - серый суглинок, переплетенный корнями травянистой растительности. Под многолетними травами был вскрыт дерновый горизонт Ас) 0-5 см, серый, густо переплетенный корнями. Ниже его появляются серые затеки органического вещества по ходам корней на желтоваго-буром фоне суглинка. Почвенная масса в контрольных площадках, занятых паром, и под девятипольным севооборотом не дифференцирована на горизонты.

Полнопрофильная дерново-подзолистая почва имеет типичное строение <0-AY-EL-BELt-BTyt-BTt-CBTg*-C")

3.2. Микроморфологические признаки.

Микроморфологическое изучение строения профилей СРП почв лизиметров проводилось под руководством М.П. Вербы и Е.Б. Скворцовой. Покровный суглинок представляет собой слабооструктурелный материал разбитый небольшим количеством пор. Основная масса имеет пылевато-плазменный состав, неоднородно окрашена. Плазма рыже-коричневая, анизотропная, чешуйчато-волоки истая. Встречаются зоны с песчано-пылевагго-плазменным составом, в которых зерна песка расположены компактно. К этим зонам приурочено наибольшее содержание глинистой плазмы. Новообразования: железистые стяжения, хорошо сформированные, однородно окрашенные; встречаются папулы (обломки кутан горизонта ВТ).

В СРП лизиметров в результате почвообразования наблюдается гомогенизация материала покровного суглинка, наиболее сильно выраженная в верхних 5 см всех профилей, а под многолетними травами затронута 10 см толща. В этих слоях отсутствует четко выраженные опесчаненые зоны. В слое 0-5 см всех СРП отмечается активное разрушение папул. Железистые стяжения (нодули), унаследованные от породы, также растворяются в верхних горизонтах. Наиболее активно этот процесс протекает в СРП под многолетними травами и широколиственными насаждениями..

Процесс оструктуривания почвенной массы за прошедшие 33 года привел к обособлению агрегатов, по форме характерных для почв зоны южной тайги. Так под смешанными насаждениями, в меньшей мере под еловыми, в средней части профиля (5-15 см) образовалась плитчатая структура, под широколиственными насаждениями - шштчато-комковатая.

По степени выраженности коагуляционных структур СРП выстраиваются в следующий ряд: в СРП под сельскохозяйственными культурами и паром структура не обнаружена, далее следуют СРП под многолетними травами, СРП под еловыми, смешанными и широколиственными насаждениями. Наибольшее количество биогенных структур зафиксировано под широколиственными насаждениями, менее под смешанными и еловыми насаждениями.

В профилях СРП под смешанными насаждениями образовались слои глинистой плазмы в плитчатых отдельностях, расположенных параллельно фронту промерзания.

Петрографический анализ, проведенный на основе микроморфологических исследований, показал, что преобладают в составе зерна полевых шпатов, кварца содержится немного меньше. Песчаные зерна представлены глауконитом, сфеном, эпилотом, пироксеном, амфиболами, слюдами му с ков ит-сер и цнтово го типа. Форма зерен угловатая, угловато-окатанная. Поверхность зерен сильно кородирована.

Глава 4. Изменение химических и физико-химических свойств покровных суглинков на начальных стадиях почвообразования, В тумусоаккумулятивном горизонте СРП лизиметров под смешанными насаждениями произошло снижение рНШ0 по сравнению с породой (табл. 1). В лизиметре с многолетними травами диагностируется увеличение рНщо Гидролитическая кислотность увеличилась в СРП под елью и смешанными насаждениями. В почвах под сельскохозяйственными культурами и паром уменьшилась в 1,5 — 2 раза.

Наибольшее содержание обменных Cai+ и MgJ+ зафиксировано в верхних пяти сантиметрах почвенных профилей модельных опытов. Максимальное их количество отмечено в СРП под многолетними травами и широколиственными породами.

По данным М.И, Макарова, Т.И, Малышевой, A.C. Владыченского, В. Цейха (2002) отличие слаборазвитых почв от естественных аналогов состоит в высокой минерализуемости органических соединений фосфора в щелочной среде и в повышенном участии лабильных фосфорных диэфиров (нуклеиновых кислот, фосфолипидов и тейховых кислот).

Дифференциация профилей по валовым количествам оксидов элементов незначительная (табл. I). Можно отметить некоторые наметившиеся тенденции: SiO^ALjOj увеличивается в слое 3-6 см под еловыми насаждениями, до глубины И см - под смешанными, в СРП под многолетними травами - на глубине 0-5 см и 15-20 см, под сельскохозяйственными культурами - в слое 0-20 см; SiO^FeiOj увеличивается под смешанными <6-11 см) и широколиственными (0-5 см) насаждениями и под многолетними травами (0-5 см).

Дерново-подзолистая почва Подольского района Московской обл. обладает всеми свойствами, характерными для своего типа.

Таблица I. Валовой химический состав и физико-химические свойства СРП

Глубина, см 5Юг АЬгОз Рег03|Кг0 МйО СаО ТЮз Мл О Р105 Ма30 рНню рНка Нг

Еловые насаждения

3-6 75,2а 12,18 4,37 2.12 1,07 0,84 0,77 0,06 0,03 1,78 5,28 4,25 3,90

6-11 75.9? 12.54 4,42 2,11 1,02 0,76 0,78 0,03 0,03 1,8 5,08 3,99 2,90

11-16 75,85 12,53 4.38 2,13 1,2 0,73 0,77 0,08 0,03 1,76 5,04 3,90 3,49

16-21 75.0* 12,52 4,33 2,05 1,33 0,73 0,8 0,03 0,03 1,61 5,14 3,89 3,05

Смешанные насаждения

3-6 75.14 12,29 4,49 2,11 1,36 0,8 0,78 0.06 0,03 1,43 4,94 4.01 3.36

6-11 75,6^ 12,31 4,36 2,09 1,36 0,77 0,79 0,07 0,03 1,08 5,05 4,93 3,76

11-16 75,22 12,84 4,39 2.08 1,19 0,75 0,76 0,04 0,03 1,19 5,04 4,90 3,64

16-21 75.37 12,72 4,38 2,04 1,32 0,76 0,78 0,05 0,03 1,05 5,05 3,88 3,19

Широколиственные насаждения

1-5 75.63 12,07 4,38 2,19 1,18 1,01 0,81 0,08 0,03 1,12 5.67 5,04 2.82

5-10 74.9 12,01 4,49 2,16 1,29 0,82 0,78 0,06 0,03 1.57 5,79 4,85 2,13

10-15 74,97 12,14 4,5 2.16 1,25 0,79 0,78 0,08 0,03 1,53 5,83 5,31 3,72

15-20 75,2*1 12,06 4,52 2.09 1,36 0,83 0,86 0,06 0,03 1,46 5,52 4,28 2,13

Многолетние травы

0-5 76.13 10,9 4,45 2,23 1,31 1,11 0,86 0,05 0,03 1,45 6,35 5.60 2,86

5-10 75,33 11,94 4,47 2,16 1,38 0,83 0,84 0,08 0.03 1,44 6,11 4,84 1,83

10-15 75,19 12,02 4,76 2,15 1,37 0,84 0,82 0,08 0,03 1,43 5,96 5,65 2,31

15-20 75,54 11,71 4,53 2,17 1,36 0.86 0,84 0,04 0,03 1,43 5,94 5,42 2,22

Сельскохозяйственные культ; фМ

0-15 75,61 11,1 4,46 2,15 1,34 0,88 0,84 0,05 0,03 1т42 6,22 5,12 1,83

15-20 75,4^ 11,91 4,41 2,21 1,33 0,85 0,83 0,05 0.03 1,42 6,16 4,81 1,68

Пар

0-20 |75,5<3 11,8 | 4,44 |2,1311,36 10,84|0,85 |0,06| 0,02| 1,44| 6,54 1 5,4 1 1.07

Глава 5. Гранулометрический состав покровных суглинков и формирующихся из ни* почв.

Характерным свойством покровных суглинков является их пылеватостъ (Чижиков, 1968; Таргульян и др., 1974; Забоева, 1975; Макеев, Макеев, ¡989). Заложенный в опыт покровный суглинок содержит; фракцию

Таблица 2. Гранулометрический состав дерново-подзолистой почвы.

Горизонт Содержание ф ракций в %, размер частиц в мм Физ. глина Физ. песок

1-0.25 0,25-0,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0.001

АУ 0,6 3,1 58,5 14,8 11,9 11,1 37,8 62,2

ЕЬ 0,4 2,6 57 14,5 10,4 15,1 40 60

ВЕЬ 0,5 1,6 56,5 11,3 9 21,1 41,4 58,6

ВТу 0,6 1,6 47,7 9,7 9,4 31 50,1 49,9

ВТ 6,6 5,9 38,8 6,5 12,8 29,4 48,7 51,3

СВТ 13,7 12,3 38,3 4,1 8,3 23,3 35,7 64,3

С 13,5 11,8 37,8 2,6 8.6 25,7 36,9 63,1

Рис. 2. Общее распределение тонкодисперсных фракций СРП модельного опыта.

Содержание ила, %

О

210 5 20

«Г зо

Ȥ40

*-60

70

22 24 26 £8 30 32

и1 * ■ ' » 1 ^

> :

•Г,

( \ V

\ V.

\ \ \

Содержание тонкой пыли, %

о

5Ю «20 ¡■за

¿50 ВО 70

10

крупной пылн - 57,6%, средней - 3,4%, тонкой - 4,9%, илистой фракции -26,3%. Количество песка составляет 7,8%. Коэффициент пылеватости исследуемого нами суглинка равен 88.

Данные гранулометрического состава дерново-подзолистой почвы развитой на покровном суглинке Подольского района Московской обл. (место взятия суглинка для лизиметров) приведены в таблице 2. Элювиальная часть профиля обеднена илом и относительно обогащена более крупными частицами (среднее содержание фракции ила 15,7%, пылеватых — 81,3%). В иллювиальной части отсутствует обогащение илом (27,9%). На долю пылеватых частиц приходится 56%.

Средний гранулометрический состав СРП лизиметров показывает, что за прошедшие 33 года можно лишь отметить наметившуюся тенденцию к уменьшению содержания песчаных фракций в верхних 20 см профиля и накопление фракции крупной пьши. В слое 5-20 см происходит уменьшение содержания фракции средней пыли (доверительный интервал 3,9±1%).

Содержание тонкопьшеватых фракций в исследуемых объектах колеблется от 2,3 % до 6,6 %. На глубине 45-75 см доверительный интервал 5,3±1%. Во всех вариантах опыта отмечается тенденция снижения содержания тонкой пьши в слое 0-20 см, которое отчетливо прослеживается на рисунке 2.

Содержание илистой фракции в СРП лизиметров колеблется от 23,8% до 30%. На глубине 45-75 см доверительный интервал 27,4±1,4% с надежностью 0,95. Значимые отличия наблюдаются в трех вариантах модельного опыта. В лизиметре с посевом многолетних трав м широколиственными породами произошло значимое уменьшение содержания фракции в верхних пяти сантиметрах

*

1 1 _Ц, 1

< I » 1 * 1 I к—

- [ Ц-

Содержание средней пьши, %

ю

о

о го «

! 30

60 70

*

_V к Л „X -ь

4 -V-

минимальное содержание среднее содержание

максимальное содержание_

профиля и некоторое увеличение на глубине 10-15 см в последних. Под смешанными насаждениями отмечается увеличение количества этой фракции на глубине 3-11 см, 16-21 см и уменьшение на глубине 21-45 см, В остальных вариантах количество ила по формальным соображениям нельзя считать отличным от содержания в породе.

Глава б. Аккумуляция гумусовых веществ на начальных стадиях почвообразования.

Содержание гумуса во всех СРП лизиметров кроме почв под паром и сельскохозяйственными культурами достигло показателей характерных для полноразвитых дер ново-подзол истых почв (табл. 3).

Коэффициент относительного обогащения (КОО) тонкопылеватой фракции выше КОО ила, в то время как для дерново-подзолистой почвы

Таблица 3. Содержание органического вещества в слаборазвитых почвах и во

фракциях ипа, тонкой пыли (тп|), средней пыли (сп)

Глубина, см умус, % % от фракции % от почвы Относительное обогащение

ИЛ 1 ТП | СП ИЛ | ТП 1 СП ИЛ | ТП

Еловые насаждения

3-6 3,03 3,15 6,55 3,74 0,89 0,31 0,13 1,0 2,2

6-11 1.33 1,91 3,39 1,59 0.54 0,15 0,04 1,4 2,3

П-16 0,72 1,31 1,60 1,10 0,37 0,07 0,01 1,8 2,2

16-21 0,43 0,93 1,28 Не онр 0,26 0,06 Не опр 2.2 3,0

Смешанные насаждения

3-6 2,58 3.36 7.26 3,33 0.99 0.31 0,11 1,3 2,8

6-11 1,10 1,83 4,07 1,66 0,55 0,20 0.05 1.7 3,7

11-16 0,64 1,22 2,07 1,07 0,32 0,10 0,03 1.9 3,2

16-21 0,58 1,0 1,46 0,63 0.30 0,08 0,02 1,7 2,5

Широколиственные насаждения

Ь5 4,48 5,05 9,93 5.62 1,30 0.41 0,13 1,1 2,2

5-10 1,40 2,19 3,43 Не опр 0,62 0.14 Не опр 1,6 2,5

10-15 0.71 1,43 1.81 Не опр 0,42 0,07 Неопр 2.0 2,6

15-20 0.58 1,17 1,76 Не опр 0,33 0,08 Не опр 2.0 3,0

Почвы под многолетними травами

0-5 4.72 5.62 6.68 3,14 1,34 0,15 0,05 1,2 1,4

5-10 1,71 1,91 1,76 Не опр 0.53 0,06 Не опр 1,1 1,0

10-15 1,27 1,60 1,65 Неопр 0,46 0.06 Не опр 1,3 1,3

15-20 1,07 1,55 1,39 Не опр 0.44 0,04 Не опр 1,5 и

Сельскохозяйственные культуры

0-20 1,10 1,86 2.67 Не онр 0,5 0,13 Не опр 1,7 2,4

20-30 0,93 1.17 1,41 Не опр 0,31 0,06 Не опр 1,3 1,5

Пар

0-20 ! 0,77 1 1,26 1 1,96 1 Неопр! 0.35 | 0.09 | Неопр | 1,6- 1 2.5

характерно обратная картина. Относительное обогащение фракции тонкой пыли связано с содержанием негумифицированного органического вещества тонкопылеватой размерности.

В качественном составе гумуса также есть отличия. Гумусовые вещества слаборазвитых почв незрелые, отличаются более развитой периферической частью молекул.

Соотношение активного и инертного органического вещества в почвах лизиметров аналогично этим показателям в дерново-подзолистой почве. В лизиметре с многолетними травами на долю активного и инертного органического вещества приходится по 50%. Такое распределение характерно для зрелых почв с хорошо развитым травянистым покровом, и свидетельствует о замкнутости и сбалансированности углеродного цикла.

Во фракции ила количество активных и инертных форм органического вещества достигает значений зрелых почв только под многолетними травами. Для тонкой пыли эти показатели соответствуют друг другу.

Преобладание в качественном составе гумуса веществ с более развитой периферической частью, с низкими значениями коэффициента экстинции и малым содержанием второй фракции гумиловых и фулвокислот (Савельев, 2001) соответствует бурым гуминовым кислотам. Это по В.В. Пономаревой (1964) характерно для начальных стадий развития дерново-подзолистых почв.

Глава 7. Минералогический состав тонкоднсперсных фрзкций почвообразующей породы м сформированных на ней почв.

Заложенный в модельный эксперимент покровный суглинок Подольского района Московской области характеризуется минералогическим составом тонкодисперсных фракций, который является типичным для отложений подобного типа как по ассоциации минералов, так и по кристаллохимнческим их особенностям. Средняя пыль исследованных образцов представлена следующими минеральными компонентами: преобладают полевые шпаты (38,4±2,7%) и кварц (39,б±2,9%), из слоистых силикатов диагностированы слюды (20,1 ±1,9%) и незначительное содержание каолинита в сумме с хлоритом (1,9±0,2%),

В тонкопылеватой фракции преобладают полевые шпаты (27,112%) н кварц (28,5±2,4%). Из слоистых силикатов диагностированы слюды-гидрослюды (31,7±4,1%), каолинит с примесью хлорита (9,1 ±0.8%), и очень небольшое количество смешаннослойных слюда-смектитовых образований (3,8+1,2%).

В илистой фракции преобладает смектитовая фаза (58,б±2%), состоящая из неупорядоченных сложных смешаннослойных образований нескольких типов. Доминируют слюда-смектитовые образования с высоким содержанием смектитовых пакетов в кристаллитах, в меньшем количестве встречаются слюда-смектиты с низким содержанием смектитовых пакетов в кристаллитах, хлорит-смектиты, индивидуальный смектит. Гидрослюды ди-триоктаэдрического типа обычно составляют более низкий процент

(32,7±2%). Каолинит, рассчитанный в сумме с хлоритом, колеблется в пределах 8,4±0,7%.

Таблица 4. Соотношение основных минеральных фаз фракции

Глубина, см Содержание фракции 5-Ю мкм Содержание компонент фракции средней пыли

Кварц Каолинит Слюды Полевой шпат

Почвы пол смешанными насаждениями

.1-6 3,3 39,1 3,8 12,6 44,5

6-11 3,0 28,1 3,7 14,6 5ХЬ

11-16 2,8 35,6 4,2 19,2 41,0

16-21 3,2 34,6 4,8 18,9 41,7

21-45 4,5 49 1.2 11.2 38,6

45-75 4.3 40,3 2,1 19,3 38,3

Почвы моделью

3-6 3,6 30 4,1 20,1 45,8

6-11 2,8 34,6 4,2 15,9 45,3

11-16 1,1 34,5 3,6 15,7 46.2

16-21 1.1 38.2 3.5 17,9 40,4

21-45 4.8 42,1 0,9 15 42,0

45-75 4,6 42.3 1,5 16,8 39,4

Почвы пол широколиственными породами

1-5 2,4 31,3 4,3 16,9 473

5-10 1,4 343 4,8 193 41,4

10-15 0.8 31,7 4.3 19,9 44,1

15-20 1,2 37,2 4,7 16.9 41,2

20-45 4,0 37,3 2.9 21,1 38.7

45-75 2,8 35,5 2 21,1 41,4

Почвы под многолетними траками

0-5 1,6 34,4 4,7 16,8 44.2

5-10 0.5 33,8 3,7 163 46.0

10-15 03 35,2 3,7 10,3 50,8

15-20 03 33,4 1,2 15,5 49,9

20-30 5.2 43Д 1.1 12,9 37,8

30-45 4.6 34,6 2,6 23,1 39,7

45-75 33 37 2,1 20,7 40,2

75-100 3,1 42,3 1,9 21,6 34,2

Почвы под сельскохозяйствен!(ыми культурами

0-20 1,2 34,1 3.5 14,2 48,2

20-30 1.3 35,3 3,9 13.6 47.2

30-45 3,1 40,8 1,7 17,6 39,9

45-75 5,3 40,2 1,9 20,9 37,0

Почвы под паром

0-20 0,9 3« 3,9 14,5 43,6

20-30 2,8 37,7 2,2 18,9 41,2

30-45 3,8 40,2 2 18,5 39,3

Во фракции средней пыли СРП (табл. 4, рис. 3) отмечается увеличение содержания полевых шпатов в верхних горизонтах всех вариантов по

сравнению с породой, что мы относим к процессу физической дезинтеграции зерен этого минерала из более крупных фракций. В вариантах растительных сообществ поведение слюд во фракции средней пыли различно: под еловыми насаждениями фиксируется увеличение слюд на глубине З-б см, под смешанными насаждениями - на глубине 6-21 см. Однако, можно выделить обшую закономерность; увеличение содержания слюд в верхней части профиля за счет физической дезинтеграции более крупных фракций. Но выделяются горизонты, где предположительный процесс их разрушения идет наиболее активно: смешанные насаждения - 3-6 см, и 21-45 см, и многолетние травы - 10-15 см, 20-30 см.

Рис. 3. Ре1 птендифрактограммы фракции средней пыли СРП под смешанными насаждениями (образец воздушно-сухой, насыщенный этнленгликолем, прокаленный при 550°). Образцы с глубин: 1 - 3-бсм; 2 - 6-11см; 3 - 11-1бсм; 4 - 16-21см; 5 -21-45см; б -45-?5см.

Минералы тонкопылеватых фракций СРП оказались достаточно чувствительными к процессам почвообразования. Характер профильного распределения этой фракции различается в зависимости от типа растительных сообществ (табл. 5, рис. 4) Для всех профилей почв кварц-полевошпатовый коэффициент К1 равен единице в поч вообразугощей породе, а в верхних горизонтах величина К1 снижается. Это связано с некоторым накоплением полевых шпатов в тонкой пыли в этих горизонтах по сравнению с породой за счет процесса физической дезинтеграции полевого шпата из более крупных фракций.

Особо выделяется слой 16-21 см под смешанными насаждениями, где отношение кварца к полевому шпату составляет 1,9 за счет относительного накопления кварца, сопровождаемого существенным снижением полевого шпата в тонкой пыли по сравнению с породой.

Коэффициент выветривания К2, вычисленный как отношение содержания кварца к гидрослюдам, свидетельствует о разрушении гидрослюд. Так усиление процессов выветривания минералов этой размерности произошло под смешанными насаждениями в слое 16-21 см, еловыми в слое 11-16 см, многолетними травами на глубине 15-30 см, севооборотом в слое 0-20 см.

Заметное снижение содержания слюд в средней пыли и смектитовой фазы в тонкой пыли многих вариантов, по-видимому, обусловлено

разрушением этих минералов. Отмеченные изменения приурочены к верхним горизонтам СРП в пределах от 0 до 30 см.

Таблица 5. Соотношение основных минеральных фаз фракции 1-5 мкм

профилей почв под различными насаждениями.

Глубина, см Содержание фракций 1 -5 мкм Содержание компонентов фракции тонкой пыли, %

[Свари Каолшшт+ хлорит Гвдро- С.1ЮДЫ Смектитовая фаза Полевые шпагы

Почвы пол смешанными иасаясле пнями

3-6 4,3 26,4 7,9 28,8 23 34,6

6-11 4,9 26,0 6,4 37,1 3,9 26,6

11-16 5.0 25,2 К.8 28,6 5,5 31,9

16-21 5,2 43.8 8,0 21,3 3,7 23,2

31-45 5,4 31,4 9.7 23,8 9,8 25,2

45-75 5,3 30,3 8,4 25,0 6,0 30,3

Почвы под елью

3-6 4,8 29,5 8,4 27,4 2.1 32.7

611 4.5 28,1 9,5 26,1 2,3 34,1

11-16 4,6 32,9 8,5 19,6 2,5 36.5

16-21 4,6 26,3 10,5 29,2 4,0 29,9

21-45 5,2 30,3 7,6 26,0 3,9 32,2

45-75 4,2 28,7 8,7 32,8 3,4 26.4

Почвы под широколиственными породами

1-5 4,1 23,2 7,0 33,2 2,3 343

5-10 4.0 23.8 9,3 32,0 1,6 33.3

10-15 4,0 29,1 10,0 28,5 4,1 28,3

15-20 4,5 27.2 Ю.З 31,4 2,9 28,1

20-45 5,9 29,7 10,3 26,7 7,3 26,1

45-75 4,9 25,8 8,2 36,9 3.1 26,0

Почвы пол многолетними травами

0-5 2,3 34,6 7.8 27,2 0.0 30,4

5-Ю 3,4 30,1 8,7 28,1 0,0 33.1

10-15 3.4 31,2 9.8 26,0 0,0 33.1

15-20 3.3 36,7 8,4 21,7 0,0 33.2

20-30 5.3 33,9 83 24,6 Э.6 29,6

30-45 6.6 27,4 9,3 29,0 « 29,7

45-75 6.2 29,7 10.0 32,7 2,7 24,9

75-100 4,5 25,6 10,1 32,6 3.8 27,9

'Ночам под сельскохомйсгвенними культурами

0-20 4,7 35,1 8.6 23,6 0.0 32,7

20-30 4,6 31.6 6,1 30,6 2,8 28,9

.40-45 5,5 27,4 93 35,5 4.0 23,5

45-75 6,5 30,7 9,1 30,0 2.9 27,3

Почвы пол паром

0-20 4,4 29,4 5,8 31,7 1,8 31,3

20-30 6,4 30,9 11.6 25,6 2,3 29,5

30-45 5,5 26,2 10,2 33,2 3,7 26,7

Коэффициент КЗ, рассчитанный как соотношение кварц-полевошпатовых коэффициентов во фракциях средней и тонкой пыли, колеблется около единицы и имеет значительные отличия на глубине 15-20 см. Учитывая, что в этой области наблюдается наиболее частое прохождение нулевой изотермы (Рычева, Умарова, Губер, 1998), можно сделать предположение, что на раннем этапе почвообразования в условиях южной таежной зоны влияние на изменение в минералогическом составе фракций тонкой и средней пыли оказывает криогенный фактор.

0.336

0 536

0,32

1,42

0.32

0.3JG

0.426 071

0-32 а51'°

0,336

1.44

0.3Э6

0.335

0.42 Б

0.71 1.0

1.44

1.44

0.428 0.71

ПГ1 0

0.5 ) ^

J-J

1 г з 4-5

Рис. 4. Ренттендифрзкто граммы фракции тонкой пыли СРП под смешанными насаждениями (образец воадушно-сухой, насыщенный эткленгликолем, прокаленный при 550°). Образцы с глубин: 1 - 3-бсм; 2 -6-11см; 3- 11-16см; 4- 16-21см; 5 - 21-45см; 45-7SCM.

ВД °

%

Рассматривая профили глинистого материала (ПГМ) СРП под различными ценозами можно выделить следующую интенсивность в преобразовании смектитовой фазы. Потеря ее, в первую очередь индивидуального смектита в наибольшей мере зафиксирована в ПГМ под смешанными насаждениями, далее ПГМ под многолетними травами, елью и широколиственными породами.

Анализ кристалл ох им ического состояния минералов илистой фракции позволяет выделить особенности минералов в СРП под еловыми насаждениями на глубине 11-16 см. Здесь интенсивность рефлексов минералов наименьшая и отмечается наибольшее содержание тонкодисперсного кварца. По этим же показателям выделяется подподстияочный горизонт СРП под смешанными насаждениями и слой 0-15 см под широколиственными. В верхннх частях профилей почв фиксируются накопления гидрослюд (37-50%), каолинита и хлорита (до 13%). В наибольшей мере накопление гидрослюд отмечается в почвах агроценоза (48%), пара (50%) и под многолетними травами (46%). Последнее можно рассматривать как процесс механической дезинтеграции слюд, гидрослюд из более крупных фракций. Зафиксирован переход смектитовой фазы в супердисперсное состояние под смешанными насаждениями на глубине 3-21 см, под широколиственными • 5-15 см, под многолетними травами 5-20 см.

Рис. Рентгендифрактограммы

воздушно-сух их образцов илистой фракции слаборазвитых почв лизиметров под еловыми (1), смешанными (2),

широколиственными (3)

насаждениями, многолетними

травами (4), сельскохозяйственными культурами (5) и паром (6). Образцы с глубин: а-0-5 см; б - 5-10 см; в - 1015 см; г - 15-20 см; д - 20-45 см; е -45-75 см; ж - 0-20 см; з - 20-30 см; и -30-45 см; к-75-100см.

Полученные нами данные по минералогическому составу тонкодисперсных 'фракций полнопрофильной дерново-иодзолнстой почвы на покровном суглинке Подольского района Московской обл. представлены на рис. 5,6.7. В минералогическом составе средней пыли горизонта С дерново-подзолистой почвы преобладает кварц (39,5%), слюд и полевых шпатов содержится меньше (29,3 и 24,8% соответственно), присутствует каолинит и хлорит (в сумме составляют 6,3%). Вверх по профилю происходит увеличение содержания кварца и полевых шпатов, количество слюд резко уменьшается в горизонтах АУ и ЕЬ, имея минимум в горизонте АУ (14,3%), В этом же горизонте наблюдается минимум каолинита с хлоритом.

(в

Рис. 5. Схематичное изображение профильного распределения основных Iрунм минералов фракции средней пили дерново-подзолистой почвы.

Кварц

Каолинот +хлорит

Слюди

Я Полевые шпаты

Рис. б. Схематичное изображение профильного распределения основных групп минералов фракции тонкой пыли дерново-подзол истой почвы.

О 20 40 во 80 100 Я

АУ еь

ВШ ВТК ■ егп .

евтд*

гщй

Кварц

ГнцрйСлкзшы Полевые

Смешанно

члойнм

фа»

Каоликет ♦хлорит

Фракция тонкой пыли горизонта С дерново-подзолистой почвы состоит из гидрослюд (36,7%), кварца (27,5%) и полевых шпатов (23,8%), присутствует каолинит с хлоритом (7,5%) и смешаннослойная фаза (4,5%). Вверх по профилю происходит увеличение содержания полевых шпатов и кварца. В горизонтах АУ, ЕЬ, ВЕЬ, ВТ1 смешаннослойная фаза представлена чередованием

слюдистых пакетов с

вермикулитовыми и хлоритовыми. Начиная с горизонта ВТ2 эти образования практически

отсутствуют.

Минералогический состав илистой фракции дерново-подзслисгой почвы представлен минеральными компонентами: смешаннослойная фаза, гидрослюды, каолинит, хлорит. В профильном распределении этих групп глинистых минералов отмечается следующая закономерность. Горизонты АУ, Е1* обеднены разбухающим минералом

Рис. 7, Схематичное изображение профильного распределения основных групп глинистых минералов дерново-подзолистой почвы.

^^ Гндрослюлы ^^^^ Каолмшгг

вплоть до полного его исчезновения. Этот минерал появляется в составе илистой фракции, только начиная с горизонта ВВЦ и его содержание постепенно увеличивается, достигая максимума в породе (63,5%). Наиболее резкие отличия наблюдаются в горизонте ЕЬ, который характеризуется минимальным содержанием смешан послойной фазы (26,7%), в которой диагностированы вермнкулитовые пакеты. Здесь происходит накопление гидрослюд (52,7%), каолинита (11,8%) и хлорита (8,8%).

Отмечается существенное снижение интенсивностей рефлексов слоистых силикатов и увеличение интенсивностей рефлексов 0,426 и 0,334 им в горизонте ЕЬ, свидетельствующее об ухудшении структур минералов и возрастании роли тонкодисперсного кварца.

Заключение

В лизиметрах за прошедшие 33 года сформировались почвы, которые по классификации 2004 года относятся к отделу слаборазвитых почв, типам пелоземов (почвы под еловыми, смешанными, широколиственными насаждениями) н пелоземов гумусовых (почва под многолетними травами) с профилем типа О-СЫ-С" и С" соответственно.

Процессы переорганизации почвенной массы активно протекают в СРП лизиметров, и степень их выраженности зависит от типа растительных сообществ. Гомогенизация материала покровного суглинка в результате почвообразования наиболее сильно выражена в верхних 5 см всех профилей СРП, а под многолетними травами затронула 10 см толщу (отсутствуют четко выраженные опесчансные зоны, в слое 0-5 см отмечается активное разрушение папул, железистых стяжений).

Процесс оструктуривання почвенной массы за прошедшие 33 года привел к обособлению агрегатов, по форме характерных для почв зоны южной тайги. Гак под смешанными насаждениями и в меньшей мере под еловыми в средней части профиля (5-15 см) образовалась плшчатая структура, под широколиственными насаждениями - плнтчато-комковатая.

По степени выраженности хемогенных (коа гуля иконных) структур СРП выстраиваются в следующий ряд*, под сельскохозяйственными культурами и паром структура не обнаружена, далее следуют СРП под многолетними -травами, СРП под еловыми, смешанными и широколиственными насаждениями.

Процесс биогенного оструктуривання - копролитообраюванне, наиболее активно, протекает под широколиственными насаждениями, менее под смешанными и еловыми насаждениями.

Процесс поступления органического вещества существенно различен: под лесными ценозами основная биомасса сосредоточена на поверхности. Под еловыми и смешанными насаждениями сформировался горизонт подстилки мощностью 0-3 см, состоящий из опавшей хвои и мха, под широколиственными деревьями мощность подстилки всего 1 см. Травянистая растительность способствует в нутрии рофильному поступлению остатков, которые привели к формированию дернового горизонта мощностью 5 см.

Процесс гумификации привел к формированию профилей органического вещества, который существенно различается в зависимости от типа фитоценоза: по количеству (под многолетними травами 4,72%. под широколиственными породами 4,4%, под еловыми - 3,03%, под смешанными - 2,68%), глубине (продукты гумификации создали гумусовоаккумулятивный горизонт мощностью 3 см под еловыми и смешанными насаждениями, а под широколиственными деревьями - мощностью 4 см), качественному составу (содержание соединений с сильно развитой периферической частью уменьшается в ряду еловые, смешанные насаждения — широколиственные насаждения - многолетние травы и сельскохозяйственные культуры), по активности (соотношение активного и инертного органического вещества в СРП аналогично этим показателям в полноразвитой дерново-подзолистой почве, во фракции ила количество категорий органического вещества достигает значений зрелых почв только под многолетними травами, для фракции тонкой пыли эти показатели соответствуют друг другу) и характеру связи с минеральной частью почв, анализируемые по размерностям частиц (КОО тонкопылеватой фракции выше КОО ила, что связано с содержанием негумифицнро ванного органического вещества тонкопылеватой размерности).

Такие показатели по В.В. Пономаревой (1964) характерны для начальных стадий развития подзол ообразовательного процесса.

Рассмотрим процессы формирования профилей минеральных компонент тонкодисперсных фракций СРП.

Заложенный в модельный эксперимент покровный суглинок Подольского района Московской области характеризуется минералогическим составом тонкодисперсных фракций, который является типичным для отложений подобного типа как по ассоциации минералов, так и по кристалл ох им нческим их особенностям. Средняя пыль исследованных образцов представлена следующими минеральными компонентами: преобладают полевые шпаты и кварц, из слоистых силикатов диагностированы слюды и незначительное содержание каолинита в сумме с хлоритом.

В тонкопылеватой фракции покровного суглинка преобладают полевые шпаты и кварц. Из слоистых силикатов диагностированы слюды-гилрослюды, каолинит с примесью хлорита и очень небольшое количество смешаннослойных слюда-смектитовых образований.

Время взаимодействия оказался достаточным для заметного преобразования минералогического состава фракций тонкой и средней пыли в верхней части профилей СРП.

В средней пыли всех вариантов и в тонкой пыли многих вариантов опыта отмечено накопление палевых шпатов в верхних горизонтах СРП по сравнению с породой, это вызвано процессом механической дезинтеграции зерен полевых шпатов, имеющих размер крупной пыли и песка, и поступлением продуктов физической дезинтеграции в исследованные фракции средней и тонкой пыли.

Заметное снижение содержания слюд в средней пыли и смектитовой фазы в тонкой пыли многих вариантов, по-видимому, обусловлено разрушением этих минералов. Отмеченные изменения приурочены также к верхним горизонтам СРП в пределах от 0 до 30 см.

Коэффициент КЗ, рассчитанный как соотношение кварц-полевошпатовых коэффициентов во фракциях средней и тонкой пыли, колеблется около единицы и имеет значительные отличия па глубине 35-20 см (табл. 6). Учитывая, что в этой области наблюдается наиболее частое прохождение нулевой изотермы (Рычевз, Умарова, Губер, 1998), можно сделать предположение, что на раннем этапе почвообразования в условиях южной таежной зоны влияние на изменение в минералогическом составе фракций тонкой и средней пыли оказывает криогенный фактор.

Покровный суглинок обладает типичным для подобных отложений составом глинистых и сопутствующих минералов: преобладает смектитовая фаза, сопровождаемая ди-триоктаэдрическимн гидрослюдами м несовершеннам каолинитом с примесью хлорита. Смектитовая фаза состоит из сложных неупорядоченных смешаннослойкых образований с различным сочетанием смектитовых и слюдистых пакетов, при преобладании слюда-смектитовых с высоким содержанием смектитовых пакетов. Диагностирован также индивидуальный смектит, смешан послойные хлор ит-смектито вые образования.

Фиксируемое распределение минеральных компонент однозначно свидетельствует о происходящих преобразованиях с тонкодисперсной частью. Наиболее информативным компонентом, реагирующим на процессы почвообразования, является смектитовая фаза. Рассматривая профили глинистого материала почв под различными ценозами можно выделить следующую интенсивность в преобразовании смектитовой фазы. Потеря смектитовой фазы, в первую очередь индивидуального смектнта в наибольшей мере зафиксирована в ПГМ смешанных насаждений, далее ПГМ многолетних трав, ели и широколиственны?; пород.

Анализ поведения фракций менее 1 мкм, выделенных из СРП позволил зафиксировать несколько процессов преобразования минералов этой размерности: переход в супердисперсное состояние (под смешанными насаждениями на глубине 3-21 см, под широколиственными - 5-15 см, под многолетними травами 5-20 см), разрушение минералов (селективное разрушение смектитовой фазы, что сопровождается появлением рентгеноаморфных веществ), трансформации двух типов - деградация и аградация (под еловыми и смешанными насаждениями происходят трансформационные преобразования аградационного типа в подпо дстилочном горизонте биотнтовых структур), снижение степени совершенства структуры, относительное накопление кварца, фиксируемое по увеличению интенсивности рефлексов 0,334 нм (под еловыми и смешанными насаждениями - на глубине 11-21 см, под широколиственнымн породами и посадками многолетних трав - на глубине 0-5 см).

Отмечаемый в СРП под широколиственными породами и многолетними травами переход смектитов в супердисперсное состояние, максимальное обезиливинме верхней 5 см части профиля, увеличение в ней тонкодисперсного кварка позволяют предположить о том, что макропроцессом формирующим профиль этих СРП является лессиваж.

Экспериментальное моделирование процессов почвообразования в лизиметрах позволяет отобразить процесс миграции веществ в тесной взаимосвязи с процессами преобразования минеральной и органической части почв.

В последние годы изучения состава лизиметрических вод зафиксированы достоверные различия между содержанием кальция и магния под еловыми насаждениями и многолетними травами. Интересен факт увеличения концентрации железа, количество которого возрастает в 3-5 раз по сравнению со средне-многолетними величинами, что свидетельствует о разрушении легко выветриваемых минералов-железоносителей, таких как хлориты,биотиты.

Выводы:

1. Тридцатилетний период взаимодействия субстрата локровного суглинка с продуктами жизнедеятельности растительных сообществ, имитирующих сообщества южной тайги, достаточен для создания профилей СРП.

2. Минералогический состав бескарбонатного покровного суглинка, являющегося почвообразующей породой в модельном опыте, представлен компонентами характерными для данного типа отложений.

3. Общими чертами профилей илистого материала СРП является преобладание унаследованных от покровного суглинка глинистых и сопутствующих минералов; более низкими показателями в содержании смектитовой фазы под всеми вариантами опыта, разупорядочивание структуры слоистых силикатов в горизонтах затронутых почвообразованием, наличие рентгеноаморфных фаз и супердисперсное состояние в ряде СРП.

4. Процессы формирования СРП сказались на поведении фракций тонкой и средней пыли. В пределах верхней части СРП отмечается пополнение полевыми шпатами по сравнению с породой, что является результатом процесса механической дезинтеграции полевых шпатов из более крупных фракций; фиксируются процессы разрушения слюд и смектитовой фазы. Отмечается роль криогенного фактора в характере и распределении минералов крупной и средней пыли.

5. При формировании профилей СРП фиксируются следующие процессы: гомогенизация материала покровного суглинка, оструктуривание, поступление органического вещества, гумификация, механическая дезинтеграция, разрушение минералов, криогенез, появление супердисперсного состояния, трансформационные изменения, снижение степени совершенства структуры, накопление кварца.

6. Изменения зафиксированные в минеральной части почв произошли поя влиянием подкнсления реакции среды (еловые и смешанные насаждения), раз нокачественн ости органического вещества. Анализ динамики лизиметрических вод свидетельствует о более активном водном режиме в бункерах под широколиственными посадками и травами, а также сельхозкультурами и в опыте с паром, что и предопредлило активизацию процессов миграции продуктов разрушения и дезинтеграции.

7. Фиксируемые микропроцессы под еловыми и смешанными насаждениями: селективное разрушение компонентов смектитовой фазы под влиянием кислотного гидролиза, процессы механической дезинтеграции триоктаэдрических гидрослюд, аградационной трансформации, относительное накопление тонкодиспсрсного кварца позволяют выявить начальные стадии подзолообразования. В СРП под широколиственными породами и многолетними травами переход смектитов в супердисперсное состояние, максимальное обезилиаиние верхней 5 см части профиля, увеличение в ней тонкодисперсного кварца свидетельствует, что макропроцессом, формирующим профиль этих СРП, является лессиваж.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Чижи ко ва Н.П., Верховен H.A., Владыченский A.C. Динамика изменения минералогического состава покровных суглинков под влиянием естественных ценозов и агроценозов в условиях лизиметрических опытов // «Освоение Севера и проблемы природовосстановления». Тезисы докладов V международной конференции. Сыктывкар, 2001, С. 302.

2. Верховец И.А., Чижикова Н.П. Эволюция почв и их тонкодисперсной основы под влиянием искусственных насаждений в условиях модельного опыта II «Эволюция и деградация почвенного покрова». Материалы второй международной научной конференции. Т. 2. Ставрополь, 2002. С. 78-81.

3. Чижикова Н.П. Верховен И.А., Владыченский A.C. Первичное почвообразование на покровных суглинках под различными естественными центами и агроценозам и Н Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева, вып. 55, М.. 2002. С. 55-61.

4. Верховец И.А. Слаборазвитые почвы модельного эксперимента: распределение органического вещества в гранулометрических фракциях // «Почвы национальное достояние России». Материалы IV Съезда Докучаевского общества почвоведов. Т. 2. Новосибирск: Наука-Центр, 2004. С. 588.

5. Верховец И.А. Особенности минералогического состава тон ко дисперсной фракции почв лизиметров / «Сохранение почвенного разнообразия в естественных ландшафтах». Тезисы докладов V Докучаевских молодежных чтений. С-Пб, 2002. С. 59-60.

6. Верховец H.A., Чижикова Н.П. Основные закономерности распределения органического вещества в слаборазвитых почвах и их тонкодисперсных фракциях модельных лизиметров Н «А гроэкологич ее к ие

функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии». Сборник докладов международной научно-практической конференции. Владимир, 2004. С. 10811!.

7, Верховец И.А. Органическое вещество слаборазвитых почв лизиметров // «Органическое вещество почв в современных экосистемах» Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения. С-Пб, 2005. С. 153-154.

Подписано в печать 09.09.2005 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 п.л. Тираж 150 экз. Заказ № 104 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102