Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Признаки педогенеза в отложениях засоленных озер Хакасии и Тувы

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Признаки педогенеза в отложениях засоленных озер Хакасии и Тувы"

005538683

На правах рукописи

^¿¿Фа-Ле-Л-

Пушкарёва Татьяна Александровна

ПРИЗНАКИ ПЕДОГЕНЕЗА В ОТЛОЖЕНИЯХ ЗАСОЛЕННЫХ ОЗЕР ХАКАСИИ И ТУВЫ

03.02.13. - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

21 НОЯ 2013

Томск 2013

005538683

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет», на кафедре почвоведения и экологии почв

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Дергачева Мария Ивановна

Официальные онпоненты:

Дюкарев Анатолий Григорьевич, доктор географических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук, лаборатория мониторинга лесных экосистем, заведующий лабораторией Кудряшова Светлана Яковлевна, кандидат биологических наук, Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской академии наук, лаборатория почвенно-физических процессов, старший научный сотрудник

Ведущее учреждение: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (г. Барнаул)

Защита состоится «12» декабря 2013 г. в 1400 час. на заседании диссертационного совета Д 212.267.09, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 (Главный корпус).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан « // » ноября 2013 г. Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор биологических наук

Актуальность исследований. Вопрос о сходстве донных отложений водоёмов с субаэрапьными почвами обсуждается давно, но проблема их отнесения к одной из категорий естественно-исторических природных образований - почвам - до сих пор остается дискуссионной. Одни авторы подчеркивают, что подводные отложения по ряду основных признаков сходны с субаэраль-ными почвами, и предлагают рассматривать их в качестве одной из форм почвообразования. Другие считают, что, несмотря на выполнение подводными отложениями ряда аналогичных с наземными почвами биосферных и экологических функций, их нецелесообразно относить к почвам, поскольку они не отвечают строгому определению последних, в их образовании участвуют преимущественно аллохтонные продукты педогенеза, тогда как к почвам должны относиться те природные тела, которые возникают как результат автохтонного воздействия живых организмов на минеральную, органическую или органоминеральную составляющую.

Несмотря на значительное различие взглядов на допустимость отнесения подводных отложений к почвам, все авторы сходятся в том, что подходы к их изучению с позиций почвоведения вполне возможны. Однако данных, характеризующих признаки педогенеза в подводных отложениях разных биоклиматических условий, еще недостаточно в литературе. Представляется, что накопление различных материалов, относящихся к отложениям разных водоемов, позволит прийти исследователям в конечном итоге к однозначному решению этой проблемы. Пока же любые материалы и их понимание, решения частных задач в рамках этой дискуссионной проблемы имеют ценность.

Почвообразование представляет собой сочетание процессов синтеза и распада органических и минеральных веществ, а также перемещения образующихся продуктов с глубиной. Все эти категории процессов могут иметь место и в наземных почвах, и в подводных отложениях. В результате протекания сходных по направленности процессов, составляющих суть почвообразования, и в первых, и во вторых формируются признаки, которые можно отнести к категории педогенных, т.е. появившихся под влиянием пяти факторов почвообразования и являющихся результатом проявления одного или совокупности элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП). Признаки педогенеза, диагностируемые по совокупности морфогенетических и аналитических характеристик, могут быть разного уровня организации: от профиля как совокупности горизонтов до отдельных соединений как результата определенного ЭПП.

В подводных условиях, по сути, имеет место одновременное накопление литогенной основы и преобразование её под влиянием педогенеза, а потому почвы аквального распространения теоретически должны иметь наибольшее сходство с аллювиальными почвами и рассматриваться с позиций синлито-генного почвообразования. Однако, по мнению многих исследователей, влияние переработанного процессами почвообразования материала территории

3

водосбора в аквальных условиях очень велико, и педогенные признаки могут наследоваться от почвенной массы, отлагающейся на дне водоемов. До сих пор вопрос о том, какие признаки могут служить диагностическими для процесса почвообразования в подводных условиях, до конца не решен.

В почвах, формирующихся на дне озер, основными поставщиками органических остатков можно считать фитопланктон (зелёные и синезелёные водоросли, бактерии и грибы), зоопланктон и органические вещества терриген-ного происхождения. Их разложение и преобразование в специфических восстановительных условиях, взаимодействие с минеральными компонентами приводит к формированию системы гумусовых веществ со своеобразными свойствами. Можно предполагать, что система гумусовых веществ, выполняющая функции физиологически активных соединений, детоксикаторов, аккумуляторов и депонентов вещества и энергии, необходимых для устойчивого функционирования круговорота углерода, обладает спецификой, обусловленной подводными условиями их формирования, в том числе региональными особенностями водного объекта.

Все вышесказанное обусловило постановку цели и задач исследования.

Цель исследования. Выявить основные признаки педогенеза в отложениях озёр степных условий формирования разной степени засоления (на примере озёр Тувы и Хакасии) и предложить систему признаков, которые могут служить для диагностики почвообразования и выявления его специфики в условиях засоления озер.

Задачи исследования. 1. Изучить основные морфологические, физико-химические свойства, состав гумуса и гуминовых кислот отложений соленых озёр степной зоны Хакасии и Тувы.

2. Установить сходство и различия признаков педогенеза озёрных отложений и почв территории водосбора на примере озера Утичье-3 (Хакасия).

3. Выявить сходство и различия признаков педогенеза в озерных отложениях разного засоления (на примере озёр Улуг-Хемской котловины Тувы).

4. Определить признаки педогенеза, формирующиеся в аквальных условиях озёр, и предложить систему признаков, диагностирующих процесс подводного почвообразования.

Научная новизна. На основе анализа морфологических и физико-химических признаков отложений соленых озер Хакасии и Тувы выявлено, что подводные отложения можно рассматривать как систему горизонтов, выделяющихся по окраске, плотности, гранулометрическому составу, новообразованиям, включениям, мощности, магнитной восприимчивости, соотношению обменных оснований и форм железа, содержанию и составу гумуса и гуминовых кислот, что характерно и для субаэральных осадков, переработанных педогенезом.

Установлено, что в почвах водосборной территории происходит постепенное уменьшение магнитной восприимчивости (МВ) в ряду от автоморф-ных почв к гидроморфным, а донные осадки имеют величину МВ на порядок

ниже последних; повышенный уровень накопления органического углерода по сравнению с субаэральными и субаквальными почвами условий территории водосбора позволяет рассматривать этот компонент в качестве стока и депо углерода, необходимого для поддержания его круговорота.

Выявлено, что морфологические и химические формы железа отложений засоленных озёр Хакасии и Тувы свидетельствуют о прохождении ими в некоторые периоды их развития субаэральной стадии.

Показано, что состав гумуса подводных отложений зависит от степени засоления: в условиях соленасыщенности он имеет фульватный тип, при среднем засолении гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами.

Впервые установлено, что в аквальных условиях соленых озер Хакасии и Тувы состав гуминовых кислот является результатом автохтонного процесса: соотношение в них основных элементов существенно отличается от гуминовых кислот почв водосбора и близко к таковому водорослей и хитина водных обитателей.

Среди диагностических признаков подводного почвообразования в засо-леных озерах аридной зоны предложено использовать:

морфологические признаки отложений, формируемых в восстановительных условиях и отражающих их в своей специфике;

содержание органического вещества, отличающегося повышенным уровнем его накопления по сравнению с почвами субаэральных и субакваль-ных условий территории водосбора, служащего стоком и депо углерода, необходимым для поддержания его круговорота;

состояние железа как компонента большого числа соединений озерной среды, отражающих стадии и состояние водоема, а также условия формирования основных свойств отложений;

состав почвенного поглощающего комплекса, в том числе соотношение в нем обменных кальция и магния, являющегося специфичными в отложениях озёр аридной зоны;

соотношение гуминовых кислот с фульвокислотами, отражающее условия гумусообразования и направленность их изменения во времени за период образования отложений;

состав гуминовых кислот, в которых соотношение основных элементов резко отличает их от ГК, поступающих в озёра с территории водосбора, но близко к таковым водорослей, хитина и зоопланктона в целом.

Отложения засоленных озер Хакасии и Тувы по совокупности диагностических признаков можно отнести к категории естественно-исторических природных тел - почвам.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные материалы по морфогенетической и физико-химической характеристикам, составу гумуса и гуминовых кислот отложений озёр степной зоны Хакасии и Тувы, а также выводы исследования вносят вклад в решение одного из дискуссионных в теоретическом почвоведении вопросов - возможности отнесе-

ния аквальных отложений к категории почв. Полученные материалы и выводы могут использоваться при чтении курсов лекций, связанных с проблемами состояния и эволюции природной среды, круговорота углерода, а также при оценке подводных почв как источника лечебного сырья.

Защищаемые положения. 1. Отложения озёр по комплексу педогенных признаков могут быть отнесены к особым естественно-историческим природным телам - почвам;

2. В аквальных условиях соленых озер аридной зоны Хакасии и Тувы состав гуминовых кислот является результатом автохтонного процесса: соотношение в них основных элементов существенно отличается от гуминовых кислот почв водосбора и близко к таковому водорослей и хитина водных обитателей.

Апробация работы. Основные положения и материалы исследований опубликованы в 7 печатных работах (1 - в журнале из списка ВАК), а также доложены на Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био-, reo-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове, Томск, 2010; Международной конференции «Болота и биосфера», Томск, 2010; научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б.Ф. Петрова «Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв», Томск, 2011; Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем», Иркутск, 2011; молодёжной конференции «Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири», Томск, 2012; Международной молодёжной конференции «Биопространство» Томск, 2012.

Личный вклад. Автором поставлены и решены задачи исследования, получен экспериментальный и аналитический материал, проведена его интерпретация, сформулированы и обоснованы защищаемые положения и выводы работы.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 165 страницах, состоит из введения, 5 глав и выводов, содержит 24 таблицы, 33 рисунка, библиографический список из 208 наименований, в т. ч. 23 иностранных.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Марии Ивановне Дергачевой за внимание, неоценимую помощь, терпение и требовательность при выполнении работы, сотрудникам кафедры почвоведения и экологии почв Томского государственного университета за доброжелательность, внимание, консультации и содействие во время выполнения работы. Особую благодарность за помощь и рекомендации автор выражает кандидату геолого-минералогических наук Надежде Георгиевне Клопотовой, а также всем сотрудникам испытательной лаборатории природных лечебных ресурсов ТНИИКиФ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Проблема изучения озёрных отложений с позиций почвоведения

1.1. Изученность проблемы. В м разделе рассмотрены имеющиеся взгляды на донные отложения как почвы и их возможное классификационное положение. Они противоречивы. Одни авторы, отмечая, что подводные отложения имеют много общих черт с почвами дневных поверхностей, предлагают отнести их к этой же категории естественно-исторических тел природы [Вернадский, 1936; Берг, 1945; Полынов, 1956; Сукачев, 1972; Перельман, 1977; Пианка, 1981; Вески, 1982, 1985; Бахнов, 1986; Серышев, 1986, 2002; Ивлев, Нестерова, 2004; Нестерова, 2005; Ponnamperuma, 1972; Degens, 1975; Gadel et al., 1975; Deelman, 1975; и др.], другие - считают их почвоподобными телами и не согласны с этим [Владыченский, 1968; Фридланд, 1972, 1986; Таргу-льян, 1983; Добровольский, Никитин, 1990; Дмитриев, 1996; Росликова, 2006; и др.]. Подробно рассматриваются взгляды каждого из авторов, обращавшихся к этой теме, и делается вывод, что конкретных материалов, детально характеризующих отложения озёр разного засоления, очень мало, что обусловленность свойств разных горизонтов донных отложений с позиций педогенеза обсуждалась крайне редко и что требуется еще решение многих частных вопросов, относящихся к проблеме подводного почвообразования.

1.2. Почвообразовательный процесс, признаки педогенеза и подводные почвы. В разделе обсуждаются освещенные в литературе теоретические и экспериментальные позиции по вопросам принадлежности донных отложений озёр к почвам. Делается вывод, что дискуссионность их обусловлена в большей степени разным пониманием одних и тех же понятий, явлений, процессов. Основные разночтения касаются биотических компонентов как фактора почвообразования. Одни считают, что говорить о формировании почв можно только в случае автохтонности поступающего в них органического вещества (OB) [Таргульян, 1983; Добровольский, Никитин, 1990; Дмитриев, 1996; и др.], полагают обязательным наличие высших растений с корневой системой [Вески, 1982; Преображенский, 1984; Фридланд, 1986; и др.], хотя допускают формирование почв в подводных условиях при наличии низших растений и фотосинтезирующих бактерий [Вески, 1982; Ponnamperuma, 1982]. Ряд авторов не отрицает возможность образования почв под водой при участии аллохтонного OB [Бахнов, 1986; Карпачевский, 1989; и др.]. Аналитические и экспериментальные материалы по этому вопросу крайне скудны.

Глава 2. Физико-географические условия территории степной зоны Хакасии и Тувы

По литературным данным дается анализ современных природных условий районов расположения объектов - степной зоны Хакасии и Тувы. Подчеркивается, что вещественный состав подводных отложений рассматриваемой территории формируется под влиянием аридного климата, слабохолмистого рельефа, засоленности пород водосбора, специфики гидрологического

режима озер, являющихся бессточными, особенностей состава и свойств поступающего с территории водосбора почвенного материала, иной, чем в суб-аэральных условиях, биоты.

Глава 3. Объекты и методы исследований

В качестве объектов исследования выбраны донные отложения озер степной зоны разной степени засоления, относящихся к сульфидному классу озер, расположенных в Чулымо-Енисейской котловине - оз. Утичье-3 (Республика Хакасия) и Улуг-Хемской котловине - оз. Как-Холь, Дус-Холь, Хадын (Республика Тува).

3.1. Общая характеристика озер.

Все озера относятся к классу малых озер, замкнутых, питающихся в основном атмосферными осадками, среднеминерализованными (оз. Утичье-3, Хадын) или соленасыщенными (оз. Дус-Холь, Как-Холь), характеризуются как среднесульфидные, с дифференциацией отложений по влажности, окраске, консистенции, плотности и гранулометрическому составу, с восстановительной обстановкой, фиксируемой по морфологии железа и соотношению его кислоторастворимых форм, и со щелочной реакцией среды.

3.2. Методика проведения полевых работ

Выбор наиболее типичных точек для аналитического исследования основан на подробном предварительном обследовании озер. Первоначальные поисково-оценочные работы на озерах Как-Холь, Дус-Холь, Хадын проводились Тувинской ГЭ, на озере Утичье-3 - ГОУ ВПО «Томский государственный университет» совместно с ФГУ «Томский НИИ курортологии и физиотерапии». Кроме того, в западной части озера Дус-Холь автором осуществлено дополнительное зондирование отложений.

Отбор образцов на анализы проводился по площади и из основных визуально выделяемых горизонтов с глубиной, а также в ряде случаев сплошной колонкой каждые 5-10 см с учетом границ . Такой подход к отбору образцов позволяет более детально рассматривать условия формирования отложений и выявлять особенности их дифференциации.

Схемы расположения точек отбора образцов для аналитических исследований представлены на рис. 1.

3.3. Методы лабораторных исследований. В разделе даются сведения об использованных методиках изучения подводных отложений с позиций почвоведения.

Глава 4. Морфологические и физико-химические признаки педогенеза в отложениях озер Хакасии и Тувы

4.1. Морфологические признаки педогенеза. Морфологический анализ показал, что во всех отложениях выделяется ряд горизонтов.

В озере Утичье-3 в отложениях выделяется три горизонта. Верхний из них имеет черную (в высохшем состоянии темно-серую) окраску. С глубиной, наряду с возрастанием плотности, окраска становится светлее и приобретает буроватый оттенок. Ниже расположен плотный глинистый слой буро-

го цвета. В отложениях озера Как-Холь выделяется также три горизонта. Окраска отложений слабо дифференцирована, от однородного светло-серого оттенка с поверхности до явно серого внизу. Границы горизонтов неясные, переход постепенный по окраске, консистенции и плотности. В озере Дус-Холь в отложениях выделено 8 горизонтов. Окраска верхнего из них однородная темно-серая с редкими пятнами бурого цвета. Глубже в профиле встречаются прослои неоднородной темно-серой и светло-серой с темными прожилками окраски в верхней части, которая книзу приобретает белесоватый оттенок. Границы между горизонтами неровные, переход по окраске и плотности.

В отложениях озера Хадын выделяется три горизонта, окраска которых изменяется от черной до темно-серой. Переход между горизонтами по окраске, плотности, гранулометрическому составу.

Озеро Дус-Холь Озеро Как-Холь

Озеро Хадын Озеро Утичье-3

Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб донных отложений для аналитических исследований

4.2. Педогенные признаки в донных отложениях озера Утичье-3 и почв водосборной территории (Чулымо-Енисейская впадина, Хакасия). Состав отложений этого озера изучался в слое до 60 см по всей акватории. Характеристика почв водосборной территории дается по данным Е.В. Каллас [1998, 2004] и Т.П. Соловьевой [1999]. Донные осадки озера Утичье-3 (рис. 2) характеризуются варьирующими показателями высокого в целом содержания С0бщ (6,3±0,7) и карбонатов (35,9±3,0), слабощелочной реакцией среды (рН= 7,2±0,1), а также магнитной восприимчивости (МВ).

Соотношение обменных катионов Са2+ и М§2+, обладающих высокой прочностью сорбционных связей, различно в разных частях озера, но среднестатистически магний преобладает над кальцием. Содержание разных форм железа также варьирует по акватории, что связано, по-видимому, с большим влиянием терригенного материала, тем более, что на окристаллизованные формы Бе приходится не более 0,7% (рис. 2). Несиликатных и аморфных форм Ре в отложениях в среднем в 5 раз больше, чем в почвах приозерных котловин. Сравнение магнитной восприимчивости (МВ) подводных отложений и почв водосбора показало, что в ряду от автоморфных к полугидро-морфным и гидроморфным почвам МВ в целом уменьшается, отличаясь в отложениях озера от лугово-болотной почвы на порядок (табл.1).

в ' 1 '

1І.

Рис.2. Распределение в донных отложениях по акватории озера Утичье-3: А - магнитной восприимчивости (%■ 10~6 СГСЕ/г); Б - С„6Ш, %; В - рН водной суспензии; Г - Са СОз, %; Д - поглощенных оснований, мг-экв/100 г массы (ряд 1 - Са2+, ряд 2 - Е - Ре несиликат-

ного, % (ряд 3) и Ре аморфного, % (ряд 4). Обозначения: образцы, отобранные слева от центральной магистральной транс-екты (1 и 2); на центральной магистрали (3 и 4 ); справа от магистрали (5-8).

Табл.1. Средние величины ряда педогенных признаков почв водосборной территории оз. Утичье-3,

Почва Х-Ю-6 /г СГСЕ Поглощенные основания, мг-экв/ 100 г почвы Ре несиликатное Ре аморфное

Са+2 % %

Чернозёмы обыкновенные 9,35±1,84 18,32±2,21 4,87±0,54 1,17±0,08 0,44±0,06

Лугово-чернозём-ная карбонатная 9,66±3,50 22,32±2,11 3,76±1,80 1,20±0,03 0,47±0,04

Чернозёмно-луговая 8,65±2,31 17,93±4,93 14,80±3,02 1,05±0,13 0,30±0,02

Луговая 4,41±0,52 21,05±5,74 23,07±3,34 0,64±0,06 0,37±0,07

Лугово-болотная 2,33±0,73 24,16±6,76 18,88±1,98 0,97±0,05 0,68±0,04

Отложения 03. Утичье-3 (п=8) 0,26±0,12 36,2±15,4 37,9±6,9 6,6±1,5 5,9±1,6

Сравнение почв водосбора и подводных отложений также показало, что содержание Собщ в последних существенно превышает таковое всех почв приозерной котловины (рис. 3).

Рис. 3. Среднее содержание общего органического углерода в 30-см толще почв водосборной территории (1-6) и донных отложений (7) озера Утичье-3. Обозначения: 1- чернозем обыкновенный (разрез 17-96А); 2 - лугово-черноземная (разрез 25-96А); 3 - черноземно-луговая (разрез 27-96А); 4 - луговая (разрез 24-96А); 5 - лугово-бологная (разрез 26-96А; 6 - аллювиальная дерновая на погребенной лу-гово-болотной почве; 7 - донные отложения оз. Утичье-3.

Содержание ионов кальция и магния в ППК субаэральных, субакваль-ных и аквальных условиях формирования почв территории расположения оз. Утичье-3 в этом ряду изменяется закономерно: в первых преобладает Са+2, постепенно замещающийся М§+2, который в среднем по водоему составляет более высокую долю, чем кальций.

Таким образом, отложения озера Утичье-3 по количественной выраженности признаков педогенеза представляют собой логическое продолжение ряда почв, сформированных в субаэральных и субаквальных условиях водосборной территории.

4.3. Педогенные признаки в донных отложениях озёр разной степени засоления Улуг-Хемской котловины (Тува).

В настоящем разделе обсуждаются признаки педогенеза в отложениях трех озер, расположенных вблизи друг к другу на территории Улуг-Хемской котловины Тувы, два из которых (Как-Холь и Дус-Холь) являются соленасы-щенными, а третье - Хадын - относится к среднезасоленному.

В отложениях озера Хадын увеличенная на общем фоне МВ в верхних горизонтах и резкое снижение ее с глубиной подтверждает их дифференциацию на горизонты (рис. 4).

Рис. 4. Педогенные признаки в донных отложениях озера Хадын. А - МВ, Х'Ю"6 СГСЕ/г; Б - Собщ., масс.% ; В- рН; Г -СаСОз, %; Д - содержание поглощенных Са+2 (светлые столбики) и (темные столбики) в мг-экв./ЮО г массы; Е - Ре несиликатное, % (светлые столбики) и Ре аморфное, % (темные столбики); Глубина: 1 - 10-50 см; 2 -60-90 см; 3-130-150 см; 4 - 20-70 см; 5 -70-100 см; 6 —130— 150 см.

12 ЩВ 1 к§5 0« ? П А 1 Ш П „ .ял. 2 3 4 5 6 7 Б 11Ш

9,/ !> I 8.9 | 8,8 3 8.1 1 8.6 1 8.5 | 8.1 В 1 л! Ы 2 1 4 5 6 7 р 52 1...... а 50 1 ! ПП ЛпП 1 2 3 4 5 6 7

го 1 д ' 1111 2 3 4 5 6 7 ■С«2* ВМд2+ 14 — ш Ш 1?1 1 2 3 4 5 6 7

Донные отложения отличаются средним содержанием СобЩ.. (3,8±0,4%); высокой щелочностью (рН 8,7 - 9,2), особенно в верхних слоях с повышенным количеством карбонатов; преобладанием на порядок в составе ППК поглощенного М§2+ над Са+2,. а также сопоставимым с отложениями оз. Ути-чье-3 уровнем содержания форм железа, за исключением окристаллизованно-го, количество которого существенно выше (2-5% против 0,7%, в оз. Утичье-3). В целом, отложения среднезасоленных озер степных условий функционирования близки по свойствам, хотя количественная выраженность признаков педогенеза в ряде точек отбора образцов отличается.

Верхний горизонт отложений озера Дус-Холь (Улуг-Хемская котловина, Тува), мощность которого варьирует в пределах до 40 см, изучался для выявления закономерности изменения основных свойств минеральной части по площади акватории (табл. 2).

Табл. 2. Изменение физико-химических характеристик донных

отложений по площади озера Дус-Холь

Номер, глу- С O0IIL. рН водн. СаСОз, % гю-6 Железо по

бина, см % СГСЕ/г Тамму, %

1,0-20 2,39 8,94 44,5 0,68 2,63

2, 20-40 3,11 8,93 52,7 0,76 1,68

3,0-10 2,69 8,94 45,5 0,57 2,30

4, 10-20 2,84 8,90 49,6 0,47 2,45

5, 20-30 3,45 8,93 48,1 0,24 2,15

6, 0-10 1,44 9,15 45,2 0,59 1,60

7, 10-20 1,85 9,12 46,9 0,54 1,85

8, 20-26 2,74 8,97 48,0 0,47 1,85

9, 26-36 2,70 9,04 52,9 0,39 1,50

10, 36-38 2,89 8,90 48,8 0,32 1,60

11,38-40 2,76 8,90 45,1 0,52 1,72

12, 0-10 1,99 9,05 47,7 0,51 1,60

13, 10-20 3,05 9,02 43,8 0,39 2,15

14, 20-30 2,58 8,99 49,0 0,29 1,85

15, 30-39 3,51 8,98 47,2 0,28 2,15

16, 39-40 2,13 8,98 52,3 0,36 2,08

среднее 2,56±0,59 8,98±0,07 47,9±2,77 0,46±0,14 1,95±0,33

По площади озера изменение МВ донных отложений варьирует, но в разных точках акватории в слое 0-10 см МВ повышена по сравнению с нижележащими толщами (табл. 2, рис. 5). Изменение С0бЩ. в верхней 40-см толще в целом увеличивается с глубиной (табл. 2). Несовпадение максимальных величин магнитной восприимчивости и гумусонакопления характерно для переувлажненных почв. По сравнению с донными отложениями озера Хадын в соленасыщенном озере Дус-Холь содержание Совщ. ниже. Реакция среды в горизонтальном пространстве озера колеблется в сильнощелочных пределах, как и в других озерах, содержание карбонатов очень высоко, количество

аморфного железа ниже, чем в среднезасоленых озерах Хадын и Утичье-3 (табл. 2).

Рис. 5. Изменение магнитной восприимчивости донных отложений по акватории озера Дус-Холь. Вертикальная шкала - величина МВ, Х'Ю"6 СГСЕ на 1 г массы осадка; горизонтальная шкала - номера образцов (см. табл. 2) отобранных в верхнем 40-см слое отложений.

Подробный послойный отбор образцов позволил выявить увеличенную по сравнению с нижележащей толщей магнитную восприимчивость в слоях повышенного гумусонакопления и дифференциацию отложений на горизонты (рис. 6).

Рис.6. Изменение основных характеристик подводных отложений озера Дус-Холь с глубиной. Обозначения: а - МВ, %■ Ю"6 СГСЕ/г; б - С„(5Щ., %; в - СаСО 3, %; г - рН водной суспензии; д - обменный Са+2, мг-экв. /100 г массы; е - обменный , мг-экв./100 г массы; ж - Ре, %.

Изменение Собщ- с глубиной подтверждает четкую дифференциацию отложений на горизонты. Максимальное содержание карбонатов в большинстве случаев обнаруживается под толщами максимального накопления углерода. В составе обменных оснований абсолютно преобладает Mg+2(pnc. 6). Отложения на глубине 70-80 см фиксируют смену условий повышением аморфного железа и более низким количеством СаСОз.

Наиболее соленасыщенные донные отложения озера Как-Холь отличаются неодинаковым по акватории уровнем МВ, более низким, чем предыдущие объекты, содержанием С0бщ, (до 2%), карбонатов (29,3±2,0%), преобладанием в ППК Mg2+ над Са2+, а также незначительным различием в содержании несиликатного и аморфного железа (рис. 7).

Таким образом, анализ основных характеристик отложений разной степени засоления озёр показал наличие горизонтов с разными признаками педогенеза и их сочетанием, т.е. дифференциацию отложений на горизонты

13

аналогично субаэральным осадкам, влияние засоления на содержание С0бщ-специфичность соотношения поглощенных ионов в ППК.

[.І 1І!

11 ■ 11 ІІНІІ

Ж II!

II ■ ■ ЯК I! ■

II !■ г ят\ і) г,

||| |||

тн-Ш

кіІіМ

Рис 7. Изменение некоторых характеристик по глубине донных отложений озера Как-Холь. А - МВ, 10"6 СГСЕ/г; Б - С«*,., масс %; В - рН; Г - СаС03, %; Д -обменные Са"2 (светлые столбики) и М§+2 (темные столбики) в МГ-ЭКВ./100 г массы; Е - Ре по Мера-Джексону, % (светлые столбики) и Ре по Тамму,% (темные столбики); Обозначения: 1 - глубина 10-50 см; 2 -глубина 60-90 см; 3 - глубина 130-150 см; 4 - глубина 20-70 см; 5 - глубина 70-100 см; 6-глубина 130-150 см.

Глава 5. Состав гумуса и гуминовых кислот в отложениях озёр Хакасии и Тувы

Существенное значение в формировании типичных почвенных и специфичных признаков донных отложений озёр имеет гумус - система гумусовых веществ. Ключом к пониманию природы гумуса и его функциональной роли в процессах является исследование основных групп гумусовых веществ, их соотношения и особенно его основного компонента - гуминовых кислот. Процесс гумусообразования - один из элементарных процессов почвообразования (ЭПП) [Герасимов, Глазовская, 1960], причем он является одним из главнейших в комплексе ЭПП. Именно наличие процессов формирования и накопления ГВ переводит рыхлые осадки в категорию почв. Пока нет гумусовых веществ, в осадках протекают процессы выветривания, появление гумуса можно считать точкой отсчета в почвообразовании.

5.1. Состав гумуса и гуминовых кислот отложений Утичье-3 и современных почв территории водосбора (Хакасия)

Содержание Собщ,- в донных отложениях озера Утичье-3 варьирует по акватории в пределах 5-7%. Преобладающим компонентом в составе гумуса являются гумины (негидролизуемый остаток) (от 42 до 49%), в растворимой части гуминовых кислот больше, чем фульвокислот (рис. 23), среди фракций ГК бурые формы составляют менее 1% от Собщ.., гуматы Са (фр. 2), а также ГК, связанные с высокодисперсными глинистыми минералами и неподвижными формами полуторных оксидов (фр. 3) количественно близки, при незначительном преобладании последних (13,4-19,8% и 15,3-22%, соответственно), доля свободных фульвокислот не превышает 2% от С0бщ.- Состав гумуса почв водосборной территории озера Утичье-3 (подробно изученный Е.В. Каллас [1998, 2004], на основании опубликованных данных которой дается его характеристика) также отличается преобладанием ГК над ФК в верх-

них (и реликтовых) гумусовых слоях, а в целом превалируют негидролизуе-мые формы гумуса (рис. 9)

□ Сгк

□ Сфк

О Гумины

Рис. 8. Соотношение основных компонентов гумуса в донных отложениях озера Утичье-3.

I

II

□ гк ■ фк а гчл»

Рис. 9. Соотношение основных компонентов системы гумусовых веществ в верхней 40-см толще почв водосбора (1 -5) и подводных отложений (6) 03. Утичье-3 по средним данным

В элементном составе гуминовых кислот донных отложений озера Утичье-3 доля углерода (С) составляет в среднем 33,34±0,88 ат.%. Водород (Н) преобладает - 49,3±2,3%, содержание азота (14) во всех пробах не превышает 2,7%, составляя в среднем 2,54±0,09. Макромолекулы гуминовых кислот, формируясь в условиях восстановительной среды, имеют невысокую долю кислорода, которая по отношению к углероду не превышает 0,5 (0:С-0,45±0,06). Отношение Н/С больше единицы (1,48±0,09), что характерно для почв, формирующихся в условиях переувлажнения. Насыщенность гуминовых кислот азотом характеризуется как средняя (С/ТМ изменяется от 12,2 до 15,2, при варьировании, не превышающем 6%). Для гуминовых кислот донных отложений оз. Утичье-3 свойственно преобладание восстановленных соединений, что характерно для ГК, формирующихся в среде с недостатком кислорода.

Сравнение элементного состава гуминовых кислот подводных отложений и почв водосборной территории озера Утичье-3 методом Ван-Кревелена показало, что первые существенно отличаются от последних (рис. 10).

1Н8С І.6 ■ аллювизлыая дернэвая шсыиснан слоистая ♦ оз. Утичье госле декальтровзнин

1.4 \ Vі -Ч' Фдутово-чернвэсмная

12 < кароонатшя ® чернэзем обыкновенный

1 і ■'' \ ..... малсгумуснын

1.8 ' ■

у-' V V*_А_ ас

)6 '

0?. 0,4 0,6 0,8 1 1.2 1,4

Рис. 10. Анализ элементного состава гуминовых кислот почв водосбора и подводных отложений озера Утичье-3 по Ван-Кревелену [1951]

Данные свидетельствуют, что гуминовые кислоты подводных отложений настолько существенно отличаются от таковых почв водосбора, даже от ГК почв субаквальных условий формирования, что трудно предположить их ал-лохтонное происхождение. Они отличаются большей гидратацией макромолекулы, более высоким содержанием метальных групп СНз, большей восста-новленностью по сравнению с ГК аллювиальных почв, а по сравнению с суб-аэральными почвами водосбора (которые имеют в абсолютно преобладающих случаях окисленную макромолекулу ГК) другой (восстановленной) макромолекулой.

Проведенное сравнение определенного нами элементного состава ГК подводных отложений и почв водосбора (по материалам, любезно предоставленным нам Е.В. Каллас и М.И. Дергачевой), а также элементного состава водорослей, хитина водных обитателей и зоопланктона в целом (по литературным данным) в координатах Н/С и С/Ы (рис. 11), подтвердило, что ГК подводных отложений резко отличаются от ГК почв водосбора, и показало, что они ближе по соотношению элементов к водорослям, хитину и зоопланктону, что свидетельствует в пользу автохтонного их происхождения.

Рис.11. Распределение показателей элементного состава гуминовых кислот подводных отложений (10), почв водосборной поверхности (1-5), а также водорослей (6), хитина (7) и зоопланктона (9) в системе координат Н/С-СЛЧ

5.2. Состав гумуса и гуминовых кислот отложений засоленных озёр Тувы

Донные отложения озера Хадын содержат меньше, чем предыдущие, общего органического углерода (3,3^1,6%). Состав гумуса в верхних слоях отличается самым низким содержанием ГК и наиболее высоким - ФК. К низу отложений он меняется на фульватно-гуматный, отношение Сгк:СфК превышает 1,0 (1,15-1,34). В совокупности оба растворимых компонента гумуса составляют в отложениях этого озера менее 50%. Бурые ГК содержатся практически в следовых количествах: не более 0,3-0,4% от С0бщ.. Черные ГК, связанные с Са, преобладают (9-18%), по профилю их количество увеличивается с глубиной. Уровни содержания ГК как фр. 1, так и фр. 2 соизмеримы с таковым в оз. Утичье-3 (также среднезасоленным). Общее содержание в отложениях ФК невысокое (20-30%), доля в них свободных форм (фр. 1а) составляет не более 3% (рис. 12).

В элементном составе ГК отложений озера Хадын водород превышает углерод более, чем в 1,5 раза (Н:С колеблется в пределах 1,67-1,70).

Рис. 12. Соотношение основных компонентов гумуса в донных отложениях озера Хадын. Разрез 6, глубины: 1- 10-30 см; 2 -60-80 см; 3 - 110-130 см; разрез 14, глубины: 5 - 20^0 см; 6 - 60-80 см; 7 - 110-120 см. Обозначения колонок см. рис. 9.

Доля азота составляет в среднем 1,56±0,23, кислорода (О) 9,6-11,3%. Отношение О/С в ГК менее 0,35, а соотношение С/Ы варьирует от 13,7 до 28..

Для донных отложений озера Как-Холь характерно самое низкое из всех изученных объектов содержание С0бщ. (1,38±0,13) фульватный тип гумуса (Сгк:Сфк < 0,5), низкое содержание ГК (8,3 до 17,8%), крайне низкий процент бурых ГК (около 1%) и черных их форм (от 2,0% до 12%), очень высокое количество ФК (48,61±4,79%), половина из которых представлена свободными подвижными их формами, что на два порядка выше, чем в озерах Утичье-3 и Хадын. Изменение соотношения основных компонентов гумуса по акватории и с глубиной представлено на рис. 13. Существенное отличие состава гумуса оз. Как-Холь от рассмотренных выше озер, объясняется, по-видимому, его соленасыщенностью (минерализация грунтового раствора в период зондирования составляла в среднем 297,6 ±32,8 г/дм3).

Донные отложения озера Дус-Холь, относящегося как и предыдущее озеро Как-Холь к соленасыщенному, близки с ним по составу гумуса (рис. 14). Они имеют невысокое С0бщ., возрастающее с глубиной от 2-3% до 4,5%, фульватный тип гумуса (Сгк: Сфк < 0,5), в котором ГК не превышают 20% .

10-50 20-70 60-90 70-100 130-150 Глуби на. см

Рис. 13. Соотношение основных компонентов гумуса отложений озера Как-Холь.

Среди этих 20% лишь 1% приходится на бурые ГК, доля гуматов Са невысока, мало изменяется с глубиной, но варьирует по акватории. Среди очень высокого процента ФК в среднем около половины составляют свободные подвижные их формы (рис. 15). В элементном составе ГК отложений оз. Дус-Холь атомный процент углерода не превышает 31,0%, водорода содержится более 50%, насыщенность ГК азотом варьирует от средней до высокой (С/Ы лежит в пределах 11-18), гуминовые кислоты восстановлены

0-10 10-20.20-25 26-36 40-60 60-70 70-75 75-80 60-90 90- 100- 11 0100 110 120

Глубина см

Рис. 14. Изменение соотношения основных компонентов гумуса отложений озера Дус-Холь с глубиной

Рис.15. Гумусовый профиль донных отложений озера Дус-Холь (разрез 3). Условные обозначения: а - общий органический углерод, % к почве; % к общему углероду: б -сумма гуминовых кислот (ГК); в - сумма фульвокислот (ФК); г - гумины; д - ГК фракции 1; е - ГК фр. 2; ж - ГК фракции 3; з - ФК фракции 1 а; и Сгк:Сфк

Различие в элементном составе ГК отложений разных озер Хакасии и Тувы четко прослеживается на рис. 16, отражающем соотношение в них основных элементов в координатах Н/С—О/С. Гуминовые кислоты донных отложений всех озер восстановлены, но они различаются степенью восстановленное™: их положение в системе координат Н/С-СЛЧ не совпадает.

Рис. 16. Распределение показателей элементного состава гуминовых кислот отложений озер в координатах Н/С-О/С. Обозначения: 1 - озеро Утичье-3; 2 - озеро Хадын ; 3 - озеро Дус-Холь

В заключение анализа материалов, характеризующих органическую составляющую отложений озер, обратим внимание, что запасы органического углерода в толщах отложений озёр составляют значительные величины.

Подробный отбор образцов сплошной колонкой каждые 5-10 см на всю толщу отложений озера Дус-Холь позволило представить относительно точные величины запаса органического углерода в этом озере. Они варьируют по акватории озера, составляя округленно от 1500 до 1900 т/га. Учитывая площадь озера - 0,82 км2-.запасы органического углерода во всей акватории озера округленно составляют 140 т.Пересчет на метровый слой запасов органического углерода в отложениях изученных озер показал, что наибольшими отличается озеро Утичье-3, наименьшими - отложения озера Как-Холь.

Таким образом, подводные отложения соленых озер Хакасии и Тувы по совокупности признаков педогенеза могут быть отнесены к категории естественно-исторических природных тел - почвам, поскольку они. как и субаэ-ральные почвы, дифференцируются по морфологическим и физико-химическим признакам на горизонты, которые различаются по окраске, консистенции, плотности, гранулометрическому составу; новообразованиям, магнитной восприимчивости, общему органическому углероду, составу гумуса, элементному состав гуминовых кислот. Состав гумуса и соотношение в нем основных компонентов зависят от условий формирования отложений (в том числе степени их засоленности), а его изменение внутри отложений — фиксирует горизонты с повышенным содержанием гумуса и смену условий формирования. Кроме того, гуминовые кислоты отложений имеют в преобладающей степени автохтонное происхождение, поскольку они по составу близки к обитателям водоемов, но очень отличаются от таковых водосборной территории.

1.0 -1-1-1-1

0.2 0.4 0.6 0,8 1 0 °'С

Выводы.

1. Донные отложения озёр, как и субаэральные почвы, дифференцируются по морфологическим и физико-химическим признакам на горизонты, которые различаются по окраске, плотности, гранулометрическому составу; новообразованиям, магнитной восприимчивости, общему органическому углероду, составу гумуса, элементному состав гуминовых кислот.

2. Содержание общего органического углерода в отложениях озера Ути-чье-3 существенно (в 1,5-2,0 раза) превышает таковое всех почвенных объектов водосборной площади, которые представляют собой ряд по убыванию Собщ. от черноземов обыкновенных до почв разной степени луговости и затем по его возрастанию к аллювиальным почвам и подводным отложениям; отложения соленасыщенных озер отличаются более низким содержанием и запасами общего органического углерода, чем среднезасоленные, но в целом они превышают таковые почв водосбора.

3. Все отложения изученных озер характеризуются восстановительной обстановкой, хотя в некоторых случаях отмечено наличие скоплений окисного железа в виде бурых (охристых) пятен, а также резкое сужение соотношений закисного и окисного железа, что свидетельствует о прохождении отложениями озер стадий окислительных режимов.

4. Донные отложения соленасыщенных озер Дус-Холь и Как-Холь имеют фульватный тип гумуса, в среднезасоленных отложениях озер Хадын и Утичье-3 в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты; это позволяет считать, что существует зависимость состава гумуса от степени засоления озёрных отложений.

5. В элементном составе гуминовых кислот отложений всех изученных озер водород преобладает над углеродом. Они характеризуются высокой степенью восстановленности и средним уровнем насыщенности гуминовых кислот азотом. Анализ гуминовых кислот по Ван-Кревелену показал, что ГК озерных отложений существенно больше гидратированы и метилированы, чем почв водораздельной территории.

6. Автохтонное происхождение гумусовых веществ подтверждается тем, что гуминовые кислоты по составу и соотношению элементов близки к водорослям, хитину и зоопланктону, но очень далеки от таковых всех почв водосборной поверхности.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Статья в научном журнале, который включен в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Клопотова Н.Г., Пушкарёва Т.А. Групповой состав органических веществ донных отложений минерализованных озёр Минусинской котловины // Вестник Томского государственного университета. Науки о Земле. -2012. -№ 355. -С. 174-178. -0,3/0,2 п.л.

Публикации в других научных изданиях:

2. Пушкарёва Т.А. Состав гумуса донных отложений солёных озёр Хакасии и Тувы // Материалы всероссийской научной международной конференции «Отражение био-, reo-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове». - Томск, 2010. - Т. 2. С. 169-172. - 0,25/0,25 п.л.

3. Пушкарёва Т.А., Тронова Т.М., Клопотова Н.Г., Бородина М.Г. Сапропеля озёр Сибири для курортно-рекреационных целей // Материалы международной конференции «Болота и биосфера». - Томск, 2010. - С. 223-227.-0,30/0,15 п.л.

4. Пушкарёва Т.А., Клопотова Н.Г. Свойства гумуса донных отложений озера Утичье-3 (Хакасия) // Материалы научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б.Ф. Петрова «Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв». - Томск, 2011. - С. 173-176. -0,25/0,15 п.л.

5. Пушкарёва Т.А., Клопотова Н.Г. Свойства органического вещества озёрных отложений Тувы // Материалы международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем». - Иркутск, 2011. - С. 96-100. - 0,3/0,2 п.л.

6. Пушкарёва Т.А. Педогенные признаки донных отложений озера Утичье-3 (Хакасия) // Материалы всероссийской молодежной конференции «Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири». -Томск, 2012. - С. 268-274. - 0,4/0,4 п.л.

7. Пушкарёва Т.А. Физико-химические свойства и состав гумуса донных отложений озера Как-Холь (Тыва) // Материалы международной молодежной конференции «Биопространство». - Томск, 2012. - С. 104-109. -0,35/0,35 п.л.

Отпечатано в Пресс-центре р.п. Кольцове, Новосибирская обл. Подписано к печати 6.11.2013. Формат 60x84 1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №55.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Пушкарёва, Татьяна Александровна, Томск

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

04201454489

На правах рукописи

фиииШ^^

Пушкарёва Татьяна Александровна

ПРИЗНАКИ ПЕДОГЕНЕЗА В ОТЛОЖЕНИЯХ ЗАСОЛЕННЫХ ОЗЕР ХАКАСИИ И ТУВЫ

03.02.13 - Почвоведение

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -

доктор биологических наук, профессор

М.И. Дергачева

Томск - 2013

Оглавление

Стр.

Введение 3

Глава 1. Проблема изучения озёрных отложений с позиций 9

почвоведения

Глава 2. Физико-географические условия территории 33

Глава 3. Объекты и методы исследований 44

Глава 4. Морфологические и физико-химические признаки 60 педогенеза в отложениях озёр Хакасии и Тувы

4.1. Морфологические признаки педогенеза 60

4.2. Педогенные признаки в донных отложениях озера Утичье-3 и 66 почв водосборной территории

4.3. Педогенные признаки в донных отложениях озёр разной степени 83 засоления Улуг-Хемской котловины (Тува)

Глава 5. Состав гумуса и гуминовых кислот в отложениях озёр 100 Хакасии и Тувы

5.1. Состав гумуса и гуминовых кислот отложений озера Утичье-3 и 105 современных почв территории водосбора (Хакасия)

5.2. Состав гумуса и гуминовых кислот отложений озёр Тувы 125 Выводы 145 Литература 147

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Вопрос о сходстве донных отложений водоёмов с субаэральными почвами обсуждается давно, но проблема их отнесения к одной из категорий естественно - исторических природных образований - почвам - до сих пор остается дискуссионной. Одни авторы подчеркивают, что подводные отложения по ряду основных признаков сходны с субаэральными почвами, и предлагают рассматривать их в качестве одной из форм почвообразования. Другие считают, что, несмотря на выполнение подводными отложениями ряда аналогичных с наземными почвами биосферных и экологических функций, их нецелесообразно относить к почвам, поскольку они не отвечают строгому определению последних, в их образовании участвуют преимущественно аллохтонные продукты педогенеза, тогда как к почвам должны относиться те природные тела, которые возникают как результат автохтонного воздействия живых организмов на минеральную, органическую или органоминеральную составляющую.

Несмотря на значительное различие взглядов на допустимость отнесения подводных отложений к почвам, все авторы сходятся в том, что подходы к их изучению с позиций почвоведения вполне возможны. Однако данных, характеризующих признаки педогенеза в подводных отложениях разных биоклиматических условий, еще недостаточно в литературе. Представляется, что накопление различных материалов, относящихся к отложениям разных водоемов, позволит прийти исследователям в конечном итоге к однозначному решению этой проблемы. Пока же любые материалы и их понимание, решения частных задач в рамках этой дискуссионной проблемы имеют ценность.

Почвообразование представляет собой сочетание процессов синтеза и распада органических и минеральных веществ, а также перемещения образующихся продуктов с глубиной. Все эти категории процессов могут иметь место и в наземных почвах, и в подводных отложениях. В результате

протекания сходных по направленности процессов, составляющих суть почвообразования, и в первых, и во вторых формируются признаки, которые можно отнести к категории педогенных, т.е. появившихся под влиянием пяти факторов почвообразования и являющихся результатом проявления одного или совокупности элементарных почвообразовательных процессов (ЭНН). Признаки педогенеза, диагностируемые по совокупности морфогенетических и аналитических характеристик, могут быть разного уровня организации: от профиля как совокупности горизонтов до отдельных соединений как результата определенного ЭПП.

В подводных условиях, по сути, имеет место одновременное накопление литогенной основы и преобразование её под влиянием педогенеза, а потому почвы аквального распространения теоретически должны иметь наибольшее сходство с аллювиальными почвами и рассматриваться с позиций синлитогенного почвообразования. Однако, по мнению многих исследователей, влияние переработанного процессами почвообразования материала территории водосбора в аквальных условиях очень велико, и педогенные признаки могут наследоваться от почвенной массы, отлагающейся на дне водоемов. До сих пор вопрос о том, какие признаки могут служить диагностическими для процесса почвообразования в подводных условиях, до конца не решен.

В почвах, формирующихся на дне озер, основными поставщиками органических остатков можно считать фитопланктон (зелёные и синезелёные водоросли, бактерии и грибы), зоопланктон и органические вещества терригенного происхождения. Их разложение и преобразование в специфических восстановительных условиях, взаимодействие с минеральными компонентами приводит к формированию системы гумусовых веществ со своеобразными свойствами. Можно предполагать, что система гумусовых веществ, выполняющая функции физиологически активных соединений, детоксикаторов, аккумуляторов и депонентов вещества и энергии, необходимых для устойчивого функционирования

круговорота углерода, обладает спецификой, обусловленной подводными условиями их формирования, в том числе региональными особенностями водного объекта.

Все вышесказанное обусловило постановку цели и задач исследования.

Цель исследования. Выявить основные признаки педогенеза в отложениях озёр степных условий формирования разной степени засоления (на примере озёр Тувы и Хакасии) и предложить систему признаков, которые могут служить для диагностики почвообразования и выявления его специфики в условиях засоления озер.

Задачи исследования. 1. Изучить основные морфологические, физико-химические свойства, состав гумуса и гуминовых кислот отложений соленых озёр степной зоны Хакасии и Тувы.

2. Установить сходство и различия признаков педогенеза озёрных отложений и почв территории водосбора на примере озера Утичье-3 (Хакасия).

3. Выявить сходство и различия признаков педогенеза в озерных отложениях разного засоления (на примере озёр Улуг-Хемской котловины Тувы).

4. Определить признаки педогенеза, формирующиеся в аквальных условиях озёр, и предложить систему признаков, диагностирующих процесс подводного почвообразования.

Научная новизна. На основе анализа морфологических и физико-химических признаков отложений соленых озер Хакасии и Тувы выявлено, что подводные отложения можно рассматривать как систему горизонтов, выделяющихся по окраске, плотности, гранулометрическому составу, новообразованиям, включениям, мощности, магнитной восприимчивости, соотношению обменных оснований и форм железа, содержанию и составу гумуса и гуминовых кислот, что характерно и для субаэральных осадков, переработанных педогенезом.

Установлено, что в почвах водосборной территории происходит постепенное уменьшение магнитной восприимчивости (МВ) в ряду от автоморфных почв к гидроморфным, а донные осадки имеют величину МВ на порядок ниже последних; повышенный уровень накопления органического углерода по сравнению с субаэральными и субаквальными почвами условий территории водосбора позволяет рассматривать этот компонент в качестве стока и депо углерода, необходимого для поддержания его круговорота.

Выявлено, что морфологические и химические формы железа отложений засоленных озёр Хакасии и Тувы свидетельствуют о прохождении ими в некоторые периоды их развития субаэральной стадии.

Показано, что состав гумуса подводных отложений зависит от степени засоления: в условиях соленасыщенности он имеет фульватный тип, при среднем засолении гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами.

Впервые установлено, что в аквальных условиях соленых озер Хакасии и Тувы состав гуминовых кислот является результатом автохтонного процесса: соотношение в них основных элементов существенно отличается от гуминовых кислот почв водосбора и близко к таковому водорослей и хитина водных обитателей.

Среди диагностических признаков подводного почвообразования в засоленных озерах аридной зоны предложено использовать:

морфологические признаки отложений, формируемых в восстановительных условиях и отражающих их в своей специфике;

содержание органического вещества, отличающегося повышенным уровнем его накопления по сравнению с почвами субаэральных и субаквальных условий территории водосбора, служащего стоком и депо углерода, необходимым для поддержания его круговорота;

состояние железа как компонента большого числа соединений озерной среды, отражающих стадии и состояние водоема, а также условия формирования основных свойств отложений;

состав почвенного поглощающего комплекса, в том числе соотношение в нем обменных кальция и магния, являющегося специфичными в отложениях озёр аридной зоны;

соотношение гуминовых кислот с фульвокислотами, отражающее условия гумусообразования и направленность их изменения во времени за период образования отложений;

состав гуминовых кислот, в которых соотношение основных элементов резко отличает их от ГК, поступающих в озёра с территории водосбора, но близко к таковым водорослей, хитина и зоопланктона в целом.

Отложения засолённых озер Хакасии и Тувы по совокупности диагностических признаков можно отнести к категории естественно-исторических природных тел - почвам.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные материалы по морфогенетической и физико-химической характеристикам, составу гумуса и гуминовых кислот отложений озёр степной зоны Хакасии и Тувы, а также выводы исследования вносят вклад в решение одного из дискуссионных в теоретическом почвоведении вопросов - возможности отнесения аквальных отложений к категории почв. Полученные материалы и выводы могут использоваться при чтении курсов лекций, связанных с проблемами состояния и эволюции природной среды, круговорота углерода, а также при оценке подводных почв как источника лечебного сырья.

Защищаемые положения. 1. Отложения озёр по комплексу педогенных признаков могут быть отнесены к особым естественно-историческим природным телам - почвам;

2. В аквальных условиях соленых озер аридной зоны Хакасии и Тувы состав гуминовых кислот является результатом автохтонного процесса: соотношение в них основных элементов существенно отличается от гуминовых кислот почв водосбора и близко к таковому водорослей и хитина водных обитателей.

Апробация работы. Основные положения и материалы исследований опубликованы в 7 печатных работах (1 - в журнале из списка ВАК), а также доложены на Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био-, reo-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове, Томск, 2010; Международной конференции «Болота и биосфера», Томск, 2010; научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б.Ф. Петрова «Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв», Томск, 2011; Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем», Иркутск, 2011; молодёжной конференции «Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири», Томск, 2012; Международной молодёжной конференции «Биопространство» Томск, 2012.

Личный вклад. Автором поставлены и решены задачи исследования, получен экспериментальный и аналитический материал, проведена его интерпретация, сформулированы и обоснованы защищаемые положения и выводы работы.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 165 страницах, состоит из введения, 5 глав и выводов, содержит 24 таблицы, 33 рисунка, библиографический список из 208 наименований, в т. ч. 23 иностранных.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Марии Ивановне Дергачевой за внимание, неоценимую помощь, терпение и требовательность при выполнении работы, сотрудникам кафедры почвоведения и экологии почв Томского государственного университета за доброжелательность, внимание, консультации и содействие во время выполнения работы. Особую благодарность за помощь и рекомендации автор выражает кандидату геолого-минералогических наук Надежде Георгиевне Клопотовой, а также всем сотрудникам испытательной лаборатории природных лечебных ресурсов ТНИИКиФ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ИЗУЧЕНИЯ ОЗЁРНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ С ПОЗИЦИЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

1.1. Изученность проблемы. Вопросы принадлежности донных отложений озёр к почвам, их изучение и интерпретация материалов с позиций почвоведения остаются до настоящего времени дискуссионными. Не рассматриваются причины появления и обусловленности свойств разных горизонтов донных отложений, которые имеют много общих черт с почвами дневных поверхностей [Берг, 1945; Полынов, 1956; Сукачев, 1972; Перельман, 1977; Пианка, 1981; Вески, 1982, 1985; Серышев, 1986; Бахнов, 1986, 2002; Ивлев, Нестерова, 2004; Нестерова, 2005; Pannamperuma, 1972; Degens, 1975; Gadel et al., 1975; Deelman, 1975; и др.].

Для понимания изученности вопросов, связанных с возможностью рассмотрения донных отложений с позиций почвоведения, выделения подводной формы почвообразования и оценки подводных почв с позиций их хозяйственного значения, в настоящем обзоре рассмотрены взгляды почвоведов на донные отложения как почвы и их возможное классификационное положение.

Интерес исследователей к донным отложениям озер как к природным объектам, обладающим рядом признаков, идентичных почвам дневных поверхностей, проявился давно. В частности, сходство между такими биокосными системами как почвы и донные отложения водных экосистем отмечал уже В.И. Вернадский [1936, 1937, 1960, 1965]. Последние автор относил к характерным элементам ландшафта, особым природным телам, где роль атмосферы играет гидросфера. Как и почвы, илы, по его мнению, -динамические биокосные системы, богатые свободной энергией, способные накапливать органическое вещество и живые организмы, вовлекать в биологический круговорот практически все атомы углерода, азота и других элементов. В.В. Докучаев [1949, 1951], определяя почву как самостоятельное естественно-историческое тело, сформировавшееся под влиянием пяти факторов почвообразования, отмечал, что речной и озерный аллювий может

рассматриваться как почвенное образование. Имея в виду подводное почвообразование, он указывал на необходимость проявления в водных экосистемах условий для почвообразовательных процессов.

Сходство донных отложений водоёмов с почвами дневных поверхностей отмечали и другие исследователи [Берг, 1945; Полынов, 1956; Сукачев, 1972; Перельман, 1977; Пианка, 1981; Бахнов, 1986; Раппашрегиша, 1969; и др.].

М.А. Глазовская [1972], Б.Г. Розанов [1977] выделили субаквальные ландшафты с наличием субаквальных почв, и использовали понятие «субаквальные почвы» в почвенных классификациях [Ковда, Лобова, Розанов, 1967; Глазовская, 1972]. В группе гидроморфных почв ими выделены подводные субаквальные почвы, формирующиеся в условиях мелководных бассейнов при постоянном или периодическом затоплении с накоплением механического, хемогенного и биогенного материала. Авторы считали, что баланс веществ в подводном почвообразовательном процессе определяется механической и биогенной аккумуляцией из водных растворов и осадков в условиях совпадения направлений большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. Это, по их мнению, приводит к попеременному формированию отложений минерального состава и проявлению процессов почвообразования. В.А. Ковда с соавторами [1967] предлагал считать этот процесс предпочвенной стадией. Образующиеся в результате вещества им было предложено разделять (в зависимости от физико-географических условий территорий) на несколько подтипов: морской, аллювиально-речной, озёрно-болотный, делювиальный, коллювиальный. Выходя из-под воды, эти образования приобретают определенные педогенные свойства, благодаря чему В.А. Ковда ставит их в один эволюционный ряд с развитыми почвами как начальную стадию эволюции.

Исследовать подводные отложения именно с позиций почвоведения предлагали многие ученые.

В.Р. Вильяме [1951], признавая плодородие основным свойством почвы, считал, что, кроме поверхности земной суши есть и другое природное образование, которому принадлежат качественные признаки почвы, т. е. оно обладает плодородием, служит базой для развития живых организмов - это гидросфера или океан в самом широком понимании. Плодородие, по В.Р. Вильямсу, является существенным признаком, как наземных почв, так и гидросферы, на которую распространяются закономерности единого почвообразовательного процесса.

Л.С. Берг [1945], о�