Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Система гумусовых веществ почв

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Система гумусовых веществ почв"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ

На правах рукописи

Дергачева Мария Ивановна

УДК 631.417.2

СИСТЕМА ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ ПОЧВ

06.01.03. — почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск — 1987

Работа выполнена в Институте" почвоведения и агрохимии ордена Ленина Сибирского отделения АН СССР

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Л, А. Гришицр, ■ доктор -сельскохозяйственных •. наук . Н. Н. Бамбалов, доктор сельскохозяйственных наук, член-корр. АН Аз.ССР С. А. Алиев

Ведущее учреждение: Центральный Музей почвоведения им. В.В. Докучаева

Защита состоится " /" ¿¿^й^^Я. 1988 г. на заседании специализированного совета Д - 002.15.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО АН СССР ( .630099, Новосибирск, 99, ул. Советская, 18, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО АН СССР-

Автореферат разослан 1988 г>

Ученый секретарь _________ "

специализированного совета, - п

кандидат биологичеоких наук «альгин

У » 1 2 -

! !

Диссертационная работа является теоретическим обобщением латёри&юв, полученных автором при выполнении плановых науч-^о^й«в1едовательсгаи; работ Института почвоведения и агрохимии 30 АН СССР в период 1975-1985 гг. Исследования координировалась программой "Сибирь".Использовались такае материалы, по-пученные автором в период работы в Институте экологии растений и животных УНЦ АН СССР в 1966-1975 гг.

Актуальность проблемы. Одно из главных мест при создании теоретических основ прогнозирования изменчивости почв в процессе использования их в народном хозяйстве занимает проблема гумусообраэования. £умус является ведущим началом в процесс сах формирования и функционирования почв, в создании почвенного плодородия и обеспечении его устойчивости. Без знания законов, которым подчиняется процесс гумусообразовшии, невозможно обосновать практические рекомендации по элективному и рачительному использованию гумусового фонда почв и поддержанию и(или) улучшению их гумусового режима, а таете охране и возобновлению природных биосферных ресурсов.

Основополагающими работали советских и зарубежных исследователей многие вопросы, связанные о изучением отдельных сторон процесса гумусообраэования, уже решены. Однако ряд важных аспектов этой сложной проблемы не нашел должного развития. Прежде всего это касается анализа гумусообраэования как процесса формирования (и функционирования) системы гумусовых веществ почв в методологическом отношении. Данная проблема является многоуровневой. Во-первых, гумуеообразовалие монет рассматриваться как целостное явление, иптегралыте характеристики которого позволяют оценить направленность развития и осо -бенности протекания процесса. К таким интегральным произ -водным процесса гумусообраэования относится гумусовый профиль почв (Дергачева,1984).Во-вторых, этот процесс монет расчленяться на более элементарные процессы, которые могут оцениваться также по их интегральным характеристикам» И,наконец, в~ третьих, гумусообразование можно исследовать на уровне микропроцессов или элементарных физико-химических, химических или биохимических процессов. Таким образом, система гумусовых веществ, функционирующая в почве, может изучаться как с точки зрения законов существования и развития природных систем био-

сферного типа (поскольку является подсистемой одного из наиболее низких порядков системы "биосфера",,так и законов функционирования химических или физико-хиг,шческих систем» Такое сочетание подходов к изучению гуыусообразования на разных уровнях его анализа позволяет выделить из множества признаков, свойств, связей те, общие душ всех почв, которые характеризуют его как процесс формирования^ функционирования)систеш гумусовых веществ.

Многоуровневое понимание проблемы предопределило специфический подход к исследованию гуыусообразования, сочетающий изучение гумуса в статике, динамике и длительном временно^ развитии почв, а также познание закономерностей существования и развития этого почвенного компонента как совокупности взаимосвязанных гумусовых веществ, т.е. как системы.

Всё это обусловило необходимость постановки следующих задач:

1«Обосновать методологические и методические подхода к изучению гумуса как природной педогенвой системы на разных уровнях познания проблемы, а также Быделить и изучить свойства и параметры гумуса, необходимые и достаточные для характеристики его как системы.

2.Исследовать и провести обобщенную оценку вещественно-энергетической основы функционирования системы гумусовых веществ.

3.Выявить закономерности пространотвенно-временнбй изменчивости системы гумусовых веществ..

4.Разработать основу концептуальной модели гумусообразования как процесса фор.шровшшя (и функционирования) системы гумусовых веществ.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования использовались -типичные целинные, наиболее распространенные на территории Западной Сибири и прилегающих горных территориях почвы.

Сравнительно-географический, сравнительно-аналитический метода, а также метода стационарных наблюдений, полевого и лабора торного моделирования явились основой данного исследования. Пр: аналитическом изучении гумуса почв применялись современные химические и инструментальные методы (Пономарева,Плотникова,1975 Орлов,Гришина, 19.81; Детерман,1970; Александрова, 1980).

Теоретический вклад и научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование гумуса почв, включающее изучение его зостава и свойств в статике, динамике и длительном временном развитии почв, с одних методологических и методических позиций. В результате разработаны и описаны основные понятии и положения о системе гумусовых веществ почв и предложена концепция гумусообразования как исторического процесса формирования (и функционирования) системы гумусовых веществ. Она заключается в том, что гумусообразование есть длительный процесс, протекающий в течение ряда сменяющих друг друга, разных по протяженности и биоклшатическим условиям отрезков времени, в ре -зультате которого образуется система гумусовых веществ, представляющая собой совокупность взаимосвязанных компонентов разного возраста: от современного до геологического. Неоднозначность .геоморфолого-биоклиматической истории конкретных терри -торий обусловливает своеобразие формирующейся системы гумусовых веществ и влияет на особенности последующего её функционирования.

Разработало представление об элементарных гумусообразова-тельных процессах, дана их обобщенная характеристика, группировка и описание на их основе гумусового профиля разных типов почв.

Введено понятие гумусового профиля как совокупности генетически и химически сопряженных однородных зон (слоев) почвы, каждая из которых характеризуется определенным, собственным только этой зоне сочетанием и интенсивностью элементарных гу-мусообразовательных процессов. Обосновывается возможность применения 'его характеристик при зталонизации и' генетической диагностике! почв.

Впервые экспериментально изучены количественные и качественные характеристики поступления вещества и энергии в систему гумусовых веществ (на примере почв южно-таёжной подзоны) и дана обобщенная оценка вещественно-энергетической основы её функционирования.

Показано, что гумус почв на разных уровнях его организации (вплоть до макромолекулярного) динамичен. Установлена общая для всех почв направленность внутригодачной его изменчивости. Впервые установлена цикличность превращений системы гу-

мусовых веществ в процессе её внутрнгодичншс изменений и обоснована необходимость строгого подхода к срокам изучения гумуса почв для различных целей в связи с присущей ему динамичностью в процессе функционирования.

Разработана система принципов и методов исследования гу -муса ископаемых почв и интерпретации результатов. Обосновывается возможность использования всесторонних исследований гумуса ископаемых почв душ диагностики, палеореконструкций, а также доя оценки временной изменчивости системы гумусовых веществ.

Впервые рассмотрены основное закономерности пространственно-временной изменчивости системы -гумусовых веществ.

Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие теоретические положения:

1.Гумус почв представляет собой систему разновозрастных веществ педогенной природы, процесс формирования которой составляет суть гумусообразования.

2.Гумусовый профиль почв, являясь интегральным отражением процесса формирования и функционирования системы гумусовых веществ, представляет собой последовательный ряд генетически и химически сопряженных однородных зон(слоев) почеы,: каждая йз которых характеризуется определенным; сочетанием и штен-

' сивностыо элементарных гумусообразовательных процессов.

Практическая ценность. Разрабатываемая концепция гумусообразования является основой нового направления в исследовании гумуса почв - эволюционно-генетического.

Анализ полученных данных, характеризующих гумус как систему, а гумусообразование как процесс формирования (и функци-_ онирования) системы гумусовых веществ,может служить основой теоретических разработок рационального природопользования.

•Установленная динамичность и цикличность превращений гумуса почв в годичном цикле позволяет обосновать оптимальные сроки отбора почвенных образцов с целью диагностики, эталона-зации и классификационных построений и рекомендовать их в практику работ научно-исследовательских "институтов, свя занных с исследованием этого почвенного компонента с различными целями.

Проведенная оценка вещественно-энергетической основы функционирования системы гумусовых веществ в условиях южно-таёж-

ной подзоны может использоваться для решения вопросов функционирования и устойчивости экологических систем.

Полученные характеристики гумусового профиля могут быть использованы при генетической диагностике почв.

Методические рекомендации по изучению ископаемых почв (Дергачева и др.,1984) рассмотрены и одобрены секцией стратиграфии, тектоники и литологии осадочных полезных ископаемых Ученого совета Института геологии и геофизики СО АН СССР и изданы тиражом 500 экземпляров. Эти рекомендации используются в практике расчленения субаэральной толщи Западной Сибири, а также в работах научно-исследозательскюс институтов.

Разработанная автором система принципов и методов изучения, анализа и интерпретации результатов исследования гумуса ископаемых почв позволяет рекомендовать их не только для диагностики древних почв, но и как самостоятельный метод палео-реконструкций.

Теоретические положения и экспериментальные результаты работы используются в качестве учебного материала в вузах страны, а также автором при чтении спецкурса в Новосибирском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании "Гумус и его роль в почвообразовании и плодородии"(Ленинград,1973), на Ш,1У,У съездах почвоведов (Тарту,1966; Алма-Ата,1971; Минск,197?), совещаниях "Земельные ресурсы Сибири"(Новосибирск,1977,1982},Всэ-союзных симпозиумах по проблемам Севера (1979,1981,1983), зональных научно-технкческих конференциях (Тюмень,1981;Барнаул, 1983), Всесоюзном совещании "Лесная подстилка и её роль з лесном биогеоценозе" (Красноярск,1983)»Республиканской научной конференции "Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства" (Ленинград,1983),Всесоюзной научной конференции "Агропочвоведение и плодородие почв"(Ленинград,1986).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, в том числе две монографии.

Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и выводов. Она включает 289 страниц текста, 62 рисунка и48 таблиц. Список литературы насчитывает 416 названий на русском и136 на иностранных языках.

Глава I. ГУМУС КАК ПЕЩОГЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ I.I.Методологические и методические подхода к изучению гумуса почв как педогенного образования 1.1,1.Некоторые вопросы генезиса органической части почв, её номенклатуры и место гумуса в общей классификации почвенных углеродсодеряащих веществ.

Рассматривается один из аспектов генезиса гумуса как совокупности гумусовых веществ, на основании литературных материалов обсуждается происхождение их макромолекул, которые однозначно нельзя отнести ни к биогенным, ни к абиогенным веществам. К первым потому, что до ста пор нет бесспорных и, прямых доказательств синтеза истинных гумусовых веществ внутри живых клеток организмов и выделения их наружу в процессе жизнедеятельности , ко вторым потому, что хотя эти вещества не являются составной частью живых организмов и синтезируются вне Последних, однако образуются из биогенных молекул - продуктов распада растительных остатков и отмерших почвенных организмов. И.В.Тюрин (1937) определял гумусовые вещества "...как продукт своеобразный процессов физико-химического и внеклеточного эн-зиматического синтеза"(с.106). Учитывая сложный'генезис гумусовых веществ, предлагается выделить их в отдельную (генетически отличающуюся от остальных углеродсодеркащих компонентов почвы) группу биогеогенных или педогенных веществ. Последний 1 термин рекомендуется потому, что гумусовые вещества являются специфически почвенным образованием, встречаются в почвах любой локализации: от подводных! до литогенных, отличаются от остальных веществ структурой и свойствами и составляют отдельный класс природных углеродсодеркащих соединений с переменным составом (Орлов,1974).

' Дается обоснование выделения органических веществ почв в отдельную группу углеродсодеркащих веществ, имеющих биогенное происхождение. При этом принят однозначный первоначальный смысл полисемантичного термина "органический", который в период его введения имел скорее генетическую сущность: созданный организма:®, выделенный из организма (Руттен,1373). В этом смысле он выступает как синоним термина "биогенный". Предлагается выделять несколько самостоятельных генетически различных групп углеродсодеряащих веществ почв (рис.1)-.абиогенную, педо>

генную и биогенную. Эдафон и органическое вещество представляют ту часть компонентов почв, которые имеют биогенное происхождение , тогда как гумус - специфически почвенное образование. Таким образом, по-видимому, можно однозначно решить проблему соотношения собственно гумусовых веществ, остатков растений, не утративших анатомического строения и живых органов и организмов, которая, как подчеркивал Д,С.Орлов (1975), относится к числу наиболее сложных.

Абиогенная [неорганическая) часть

ПОЧВА

Эдафон

Биогенная (органическая)

часть

Промежуточные продукты распада и гумификации Индивидуальные

Органическое вещество

Педогенная (биогеогенная) часть

Гумус

Гумифицирущиеся остат-

ки, не утратившие свое анатомическое строение

(неспецифические ) органические вещества

Рис.1. Схема соотношения генетически различных групп • углерод содержалдах веществ почв

1Д. 2.Некоторые вопросы номенклатуры, происхождения и взаимосвязи основных компонентов гумуса.

В основе описшйш номенклатуры гумусовых веществ лежит схема, предложенная Д.С.Орловым (1975). Наиболее подробно обсуждаются вопросы, связанные с правомочностью отнесения гуми-нов к особой группе гумусовых веществ и необходимостью выделения новообразованных гумусовых кислот в отдельный компонент гумуса (неогумус). Прогумусовые вещества относятся к биогенной группе и в состав гумуса не входят.

На основании анализа имеющихся в литературе материалов, свидетельствующих, что гумины представляют собой гумусовые кислоты, наиболее прочно связанные с минеральной частью почв, но переходящие в растворимое состояние при применении не традиционных методов выделения или при смене окислительно-восста-

новительных условий, а также учитывая установленную внутриго-дичнуто динамику содержания негидролизуемого остатка и гуминов (Дергачева,1984), предлагается определять гуыины как одну из фора существования гумусовых кислот, довольно прочно, но обратимо связанных с минеральной частью почв.

Новообразованные гумусовые кислоты предлагается выделять в группу неогумуса, поскольку они, хотя и имеют тот йе принцип строения и характерные для класса гумусовых веществ свойства, что и разновозрастные гумусовые.кислоты почв, однако'отличаются от последних по ряду основных показателей состава, структуры и поведению в почвенных условиях их макромолекул.

Для решения задач, связанных с описанием системы гумусовых веществ,выделяются четыре самостоятельные группы: гумино-вые кислоты, фульвокислоты, гумины и неогумус. '

В настоящем разделе диссертации рассматриваются также понятийные нагрузки ряда терминов.

Понятия "гумификация" а "гумусообразование" до сих пор в литературе часто употребляются как синонимы (Толковый словарь по почвоведению,1975), хотя Л.Н.Александрова (1975,1980) неоднократно поднимала вопрос о недопустимости их'отождествления , В свете изложенных представлений;о гумусе как самостоятельной (педогенной) части почв представляется логичным под гумификацией понимать только процесс формирования (новообразования) из биогенных молекул (продуктов деструкции органических остатков) макромолекул специфически почвенных кислот или компонентов неогумуса, а'под гумусообразованием - процесс формирования системы гумусовых веществ. Продукты гумификации всегда имеют современный возраст, тогда как результатом гуму-сообразования является система гумусовых веществ, компоненты которой могут тлеть различный возраст: от современного до геологического. Гутлусообразование представляет собой сложный процесс, состоящий из ряда элементарных гумусообразователь — ных процессов (ЭГП), одним из которых является.гумификация.

Под элементарными гумусообразовательными процессами понимаются главные составляющие гумусообразовання, процессы, которые формируют систему гумусовых веществ и участвуют в поддержании её состояния. Выделен ряд ЭГП, представляющих три группы.процессов: основные - те, которые непосредственно фор-

мируют компоненты системы гумусовых веществ (гумификация,формирование "типовых молекул", фрагментарное или матричное обновление, построение макромолекул); соподчиненные - те, которые создают условия для протекания основных процессов (миграция и транспорт продуктов гумификации, обратимое и необратимое взаимодействие гумусовых веществ между собой и с минеральной частью почв); сопутствующие процессы, без которых невозможно поддержание стационарного состояния системы гумусовых веществ, её функционирование (частичная или полная деструкция макромолекул гумусовых веществ и их полная минерализация).

Обсуждаются имеющиеся в литературе гипотезы механизма гумификации и подчеркивается, что принципиальная схема формирования гумусовых кислот не зависит от гадротермических условий, а определяется свойствам! реагентов. В результате образуются гумусовые кислоты, отличающиеся определенной индивидуально -стью структуры и свойств от других классов природных соединений (Орлов,1974).При этом в основе процесса образования макромолекул могут лежать разные типы реакций (Гришина,1982), соотношение которых в разных природных зонах будет неодинаковым.

Важно отметить, что при любом механизме результатом гумификации является образование макромолекул гумусовых кислот современного возраста, в то время как компоненты системы гумусовых веществ и их отдельные составляющие имеют разный возраст (Чичагова,1985). •

1.1.3.Определение понятий "гумусовый профиль" и "тип гумусового профиля".

Поскольку болышшство почв Земного шара полигенетичны (Ковда,1973), а функцией современных биоклвтигческюс условий являются свойства только верхней части профиля мощностью до 20-25 см ( КоЬпка е* а1., 1968 )г т0 дая изучения генезиса почв, истории их развития, а такке закономерностей проявления одного из процессов их формирования - гумусообразования- необходимо проводить исследования гумуса всего почвенного профиля, то есть изучать гумусовый профиль почв.

Гумусовый профиль почв - последовательный ряд генетически и химически сопряженных однородных зон (слоев) почвы, каждая из которых характеризуется определенным,, свойственным только этой зоне сочетанием и интенсивностью элементарных гумусооб-

разователышх процессов. Однородные зоны обязательно лежат в пределах отдельных горизонтов почв, но не всегда совпадают с ними. Наиболее вероятно совпадение горизонтов и зон (слоев) в моногенетичных профилях почв. Б полигенетичных - в пределах одного горизонта могут выделяться несколько зон, первичное образование которых происходило в разных'биоклиматических условиях,и в настоящее время сочетание ЭГП в них различно. Характеристика;® гумусового профиля могут служить определенные полнопрофильные исследования показателей гуиуса почв в целом или отдельных его компонентов (содержание и состав гумуса, характеристики макромолекул гушповых кислот и т.д.). В качестве способа представления характеристик гумусового профиля предлагаются гумусовые профилеграммы (гумусограммы), которые не только выразительны, но и легко сравнимы(рис.2).

Уо к почъе 3 í ! О I 2 3

Рис.2. Графическое изображение гумусового профиля чернозема выщелоченного (гумусограмма). Обозначения: а-общий углерод, % к почве;% к общему углероду: б-гуминовые кислоты (ГК); в-фульвокислоты (ФК), г-негидролизуемые форт гумуса, д-Ш фракции I, е-ГК фракции П, зк-ГК фракции Ш, з-£К фракции 1а,

к" сгк:сфк

Тип гумусового профиля - комбинация, последовательность сопряжения однородных зон (слоев) с определенным сочетанием и интенсивностью ЭШ. Каждый тип гумусового профиля отличается особой комбинацией однородных зон (слоев). На основании тлеющихся материалов выделены схематично четыре типа гумусовых профилей, формализованное изображение которых представлено на рас.З. Считаем, что при накоплении дополнителышх материалов, охватывающих более широкий набор почв, характеристики типов гумусовых профилей будут уточняться и детализироваться, а их количество,по-видимому, возрастет.

Рис.3. Формализованное представление типов гумусовых профилей. А - тип I, Б - тип П, В - тип Ш, Г - тия 1У.

1.1.4. Методические подходы к изучению гумуса почв в статике и динамике.

Использование для разных целей характеристик гумуса, ин-гегрально отражающих процесс гумусообразования и частные его доставляющие, предопределяет необходимость получения и сопоставления его показателей в статике, то есть в такой период 'жизни"почв, когда характеристики гумуса наиболее постоянны и ювторяемн из года в год. Особую важность их постоянство или

Таблица I

Изменение соотношения компонентов внутри системы гумусовых веществ в годичном цикле

Глубина, Месяц Гумшговые фульвокислоты Гумшш С™.:С*„ см кислоты ;

Доля компонента, ¡Г

Дерново-подзолистая остаточно-гумусовая почва

Август 36,4 36,7 26,9 0,99

Сентябрь 35,6 38,9 25,5 0,91

Октябрь 29,2 41 >8 29,0 .0,70

Декабрь 50,6 3^7 17,7 '1,59

Август 35,8 35)8 28,4 1,00

Октябрь 34,9 39,2 25,9 0,89

Август 45,3 35,0 19,7 1,28

Сентябрь 53,6 35,4 11,0 1,51

Октябрь 39 уЗ 39,9 . 20,8 1,00

Декабрь 64,8 28,5 6,7 2,21

Июнь 58,0 37,0 5,0 ' 1,55

Август 44,9 35,1 20,0 1,30

Чернозем выщелоченный

Август 41,0 17,8 . 41,2 2,30

Октябрь 35,5 19,8 34,7 1,79

Декабрь 68,3 16,4 15,3 4,18

Январь 48,2 13,7 38,7 ,3,68

Август 45,4 19,9 34,7 2,29

Июнь 36,7 18,3 45,0- 2,00

Август 43,9 18,8 37,3 2,34

Январь 58,2 13,1 28,7 4,44

Август 45,0 18,1 36,9 2,48

Октябрь 49,0 24,9 26,1 1,97

Декабрь 54,3 14,3 31,4 3,80

Август 44,2 17,6 38,2 , 2,51

Июнь 40,1 19,2 40,7 2,09

Август 46,7 18,5 34,8 2,52

Январь 56,5 11,9 31,6 4,77

Октябрь 36,0 28,3 35,7 1,27

устойчивость приобретает з случае использования дая генетической диагностики, эталонизации и различных классификационных построений. В то же время для сувдекия о временной изменчивости системы гумусовых веществ необходима определенная"точка отсчета", по отношению к которой можно рассматривать изменение характеристик гумуса в обозрдмыо л геологически соизмеримые отрезки времени.

Исследование данш.шчностп свойств гут,«уса разных типов почв Западной Сибири в годичном цикле выявило не только значительное непостоянству приводимых показателей, но и некоторую их повторяемость в отдельные месяцы. Анализируя представленные в качестве примера внутригодичной изменчивости состава гумуса данные для дерново-подзолистой остаточно-гумусовой почвы и чернозема выщелоченного (табл.1),моено отмстить,что его пожаг-затели весьма сходны в разные года в августе.В другие месяцы совыадаемость характеристик менше.Изучение состава гумуса черноземов выщелоченных в течение трех лет показало, что вариабельность основных его характеристик при отборе образцов в августе наименьшая, особенно отношения Сгк:Сф£{(табл,2)

Таблица 2

Варьирование состава гумуса чернозема выщелоченного в августе в течение трех лет (п=3, р -0,95)й

Компонент Показа- Глубина, см

тель 5-10 20-30 30-42

С общ.,% Х-д 6,54^0,60 4,98±0,45 - 4,34±0,41

к почве 3,72 3,62 3,80

Гуминовне Х-т 43.44i5.65 5,24 45,29^3,27 49,86^11,01

кислоты^ 1,% 2,91 8,90

Фульвокис- Х-т 18,80^2,53 18,07^1,45 19,77+5,42

лоты 5,43 3,24 II. 04

Гумины3® Х-т 37,75^8,74 36,б4i4,ЗI 30.23il5.90

8,66 4,74 21,26

°гк:Сфк Х-т 2,31-0,07 2,51*0,06 2,53±0,16

V,?» 1,14 1,01 2,58

к Смешанные образцы из 12-15 индивидуальных проб вдоль трал-шеи объемом 1,5 * 3,0 * 0,5 м3; к общему углероду.

Исследования разных типов почв Западной Сибири позволили выяснить, что по сравнению с любыми другими сроками отбора образцов в августе гумус почв имеет наиболее стабильное состояние: преобладают гумусовые вещества,наиболее прочно связанные с минеральной частью почв, лзгкорастворимых фракций содержится минимальное количество. И независимо'.от превращений, которые происходят с гумусом в течение года, состав его возвращается в августе в стабильное состояние, и именно в этот поздне-летдай период гумус почв тлеет повторяемые из года в год ха-рактеристики.В этот же период, по нашим данным;оказалась наименьшей в полевом эксперименте и;пространственная изменчивоси признаков.

Для изучения гумуса почв'в статике можно использовать образцы позднелетнего отбора как с естественной влажностью, так и воздушно-сухие, поскольку внсущвание не оказывает существенного влйшшя на состав и свойства гумуса, что ранее такяе было показано Т.А.Николаевой (1959) при исследовании торфяно-болотных почв.

Таким образом, изучение гумуса почв в статике с целью эта-лонизации, генетической диагностики и классификационных построений надо проводить на общей методической основе: отбирать почвенные образцы в определенный период, когда оснрвные параметры его состава, несмотря на значительную внутригодичную изменчивость, постоянны, во всяком случае вполне повторяемы из года в год. Для почв Западной Сибирн¡таким периодом является доздаелетний. .'

1.2.Характеристики гумусовых профилей и некоторые вопросы соотношения, строения и свойств компонентов гумуса разных типов почв в статике

Настоящий раздел представляет фактологическое изложение различных вопросов,связанных с изучением гумуса почв Западно! Сибири в статике (при отборе образцов в позднелетний период), Почвы Западной Сибири в основном полигенетичны (Гадаиев,1982] доз тог,¡у необходимы исследования состава и свойств гумуса во всем почвенном профиле. Приводятся гумусогрэмш, обсуждается внутрипрофильное изменение характеристик, которые использованы для описания гумусовых профилей разных типов почв.

На основе собственных исследований и литературных данных

проведен анализ особенностей состава и свойств компонентов гу-ауса, а также даются их характеристики для почв Западной Сибири. Делается вывод, что вполне правомочно расчленение гумуса как системы на отдельные элементы на основе выделяемых разновозрастных, отличающихся по своим параметрам и свойствам групп гумусовых веществ.

1.3. Элементарные гумусообразовательные процессы Характеристика ЭЩ дается на основании оригинальных исследований и литературных материалов.

Гумификация - процесс образования неогумуса, один из основных ЭГП, современный. Локализация, механизм и доля вклада его в гумусообразование почв разных природных зон различны.Развитие процесса гумификации усиливается от тундровой зоны к степной (Кононова,1963; Орлов,1974;Гришина,1986; и др.).

При определении доли вклада процесса гумификации в гумусообразование для количественной его оценки можно воспользоваться определением степени гумификации (т.е. доли новообразованных гумусовых кислот) или показателем гумификации (ПГ), предложенным для характеристики торфов Т.А.Гореловой (1982):

ПГ=Сгк.Е, где Сгк~ относительное содержание углерода гуминовых кислот, а Е - оптическая плотность растворов ГО, содержащих I мг углерода в 100 мл раствора при длине волны 465 ил и ширине кюветы I см.

Формирование "типовых" гумусовых веществ - процесс,в результате которого из продуктов гушфикации -новообразованных гуминовых кислот и фульвокислот- формируются гумусовые вещества, характерные д)и каждого типа почв. "Типовой" считаем преобладающую фракцию гуминовых кислот, поскольку фульвокисло-ты разных типов почв имеют незначительные и незакономерные различия (Орлов,1974). В качестве меры трансформации продуктов гумификации в процессе формирования "типовых" гуминовых кислот можно принять условный показатель трансформированное™ (ПТ), который равен отношению показателей, характеризующих сложность макромолекул новообразованных и "типовых" гуминовых кислот. ПТ = (СН«ЕН):(СГ'ЕГ), где Сн и Ен- соответственно содержание углерода в гуминовой кислоте {% к массе ГК) и коэффициент оптической плотности Е°•00^гк для новообразованных ГК, а'Сти% - то же для "типовых" гуминовых кислот.

Условные показатели трш] сформированное™ релиновых кислот в процессе формирования их "типовых молекул" изменяются от 0,94 в условиях лесотундры,что свидетельствует о незначительной её выраженности, до 0,17 - в степной зоне. В условиях средней, виной тайгн и лесостепи эти показатели в среднем соответственно составляют: 0,75, 0,35,.О,30.

Процесс достройки,фрагментарного ш матричного обновления гумусовых веществ,теоретически обоснованный и экспериментально яодтвервденный А.Д.Фокиным (1975).описывается согласно по-лозениям этого автора. Специфика процесса включения продуктов разложения растительного одада в•гумусовые вещества зависит от характера их поступления: пра наземной локализации - включение продуктов разложения опзда нвке, чем йри внутрилрофаяьной.

Обратимое п необратимое химическое взаимодействие гумусовых веществ между собой п с минеральной частью почв - один из соподчиненных ЭГП.Изучен ещё недостаточно. Не позволяет однозначно решть вопрос о соотношении обменных и необменных процессов прг взаимодействии гумусовых веществ с минеральной частью почв и с имеющимися гумусовыми кислотами.

Соподчиненный ЭШ - процесс миграции и(или) транспорта продуктов гумификации'и их обмена. С точкр зрения участия этого процесса в гумусообразовашш представляют интерес не только масштабы миграции углеродсодераащкх веществ в разных природных зонах, но также состав биогенных и гумусовых веществ, мигрирующих в почвах с растворами. Экспериментально установлено, что система новообразованных гумусовых кислот, формирующаяся из продуктов разложения подстилки в условиях южной тайги, является транс-аккумулятивной: гуминоше кислоты осаждаются и полностью задерживаются в почве, часть фульвокислот и сопутствующие свободные биогенные вещества минерализуются, а осталь 1ще продукты разложения подстилки и гумификации мигрируют вниз по дрофилю.Миграцкя углеродсодержащих веществ до профилю происходит в виде фульвокислот л связанных с нами биогенных веществ (Гаджиев.Дергачева,1970).Свободные биогенные молекулы П0л1юстью"задер2сиваются"верхней частью почвы ш связываются с гумусовыми веществами.

Наличие сопутствующих основным ЭШ процессов частичной или полной деструкции п минерализации гумусовых веществ - обяза -

тельное условие существования системы гумусовых веществ. Деструктивные продукты полного пли частичного распада макромолекул гумусовых Ееществ могут вновь участвовать в достройке, обновлении и внутрипрофильном формировании гумусовых макромолекул. Часть из них полностью минерализуется.

При характеристике гумусовых профилей оценивалась доля участия каждого из ЭТИ в их формировании путем сопоставления интенсивности проявления каждого из процессов в сравнавае?лых объектах. В качестве примера даются характеристики гумусового профиля чернозема обыкновенного, дерново-подзолистой остаточ-но-гумусовой почш и подзола шышвиально-яелезистого.

Глава П. 171ЛУС КАК СИСТ0ЖЫЙ ОБЪЕКТ Система гумусовых веществ - это система только специфически почвенных образований, разновозрастных высокомолекулярных веществ - ледополимеров - в разных формах их существования, материального проявления и взаимосвязей.

2.1. Подходы к изучению л описанию гумуса как природной системы

Прз выборе схемы проведения исследований и описания отдельных вопросов функционирования системы гумусовых веществ использовался опыт применения системного подхода к изучению биосферы, биогеоценоза, почвы (Ляпунов,1970; Ляпунов,Титлянова, 1971,1374; Орлова,Русяева, 1974; Одутл,1975; Титлянова, 1977; Во-лобуев,1978; Дкефферс,1981; Ивлев,1984; и др.). '

Для изучения системы гумусовых веществ необходимо последовательно: определить её границы (которые могут отличаться в зависимости от целей исследования); оценить вход и выход системы; описать структуру (расчленение на элементы), взаимосвязи между элементами, т.е. потоки вещества, энергии д информации (прямые и обратные связи), а также выявить взаимосвязи её с другими однопорядковыми и разнопорядковыми системами. Такой подход позволяет выявить количественные закономерности структурно-функциональной организации системы гумусовых веществ почв разных природных зон.Наделнне методы для количественных измерений интенсивности отдельных внутрисистемных процессов пока не разработаны.Однако для описания некоторых частных процессов функционирования системы гумусовых веществ достаточно измерения количества продукта ряда совокупно

протекающих реакций в случае, если именно этот продукт поступает в систему и участвует во внутрисистемных превращениях.

2.2. Некоторые вопросы изучения и описания гумуса как автономной системы педополимеров

В разделе ставится ряд вопросов: возможности исследований гумусовых веществ как автономной системы педополимеров; возможных вариантов членения на элементы на макромолекулярном уровне; определения механизмов, регулирующих направленность функционирования системы; описания отдельных свойств, таких, как саморегуляция, самоорганизация и т.д. Решение этих вопросов позволит описать процессуальную сторону гумусообразования, подойти к установлению механизмов частных микропроцессов, его составляющих, и в конечном итоге установить те специфические законы формирования и функционирования системы гумусовых ве -ществ, которые обусловливаются сочетанием механизмов химической, физико-химической и биологической природы. Мы касаемся этих вопросов с целью показать все возможные уровни, на которых необходимо исследовать систему :гумусовых веществ. Решение их - дело будущего.

2.3.Материалы к изучению системы гумусовых веществ с использованием понятия "черный ящик"

Раздел представляет фактологическое изложение вопросов оценки материально-энергетической основы существования системы гуыуйовых веществ. В основу положены материалы природных модельных опытов, заложенных в 1975 году в Бакчарском районе Томской области, а также некоторые данные, полученные при изучении миграции и трансформации гумусовых и биогенных веществ в степных условиях (Тогульский район Алтайского края).

Ненарушенные монолитные образцы гумусового горизонта чернозема выщелоченного, (Чв) и дерново-глеевой почвы (Дг), породы дерново-сильноподзолистой почвы (Ск), остаточного гумусового горизонта дерново-слабоподзолистой почвы (В геа) помещались под подстилку (Ао) дерново-сильноподзолистой почвы, воды, прошедшие через них, улавливались и исследовались в течение 10 лет 2 раза в год:в августе (за весенне-летний период) и октябре (за осенний период). Мощность слоя в лизиметре - 20 см. Воды, выходящие из-под подстилки, улавливались в контрольном лизиметре.

Из подстилки в разные годы поступал раствор, концентрация углерода в котором в течение 10 лет колебалась в пределах 0,129 -0,194 г/л и не зависела от сезона года. Это составило в пересчете на весь объем лизиметрических вод 0,7-1,5 г за периоды определений. 70-80$ поступающего углерода биогенных и гумусовых веществ задерживается монолитами.

Отношение Сгк:Ср в поступающем растворе мало изменялось из года в год ( и даже по сезонам) п составляло 0,16-0,19, тогда как многолетние колебания в водах, задерживаемых монолитами, £ыли следующими: Чв Ч),20-0,26; Дг -0,23-0,27; Ск-0,21-0,23 и Вгей-0,22-0,26 ( в отдельные годы 0,34-0,37). Близкие величины Сзл;:СфК в лизиметрических' водах подстилки в течение 10 лет свидетельствуют, что в блок поступает все время одинаковая совокупность новообразованных гумусовых веществ, в которой на единицу углерода гуминовой кислоты приходится 5,5-6,0 единиц углерода фульвокислоты. Поступающие в почвы новообразованные гуминовые кислоты и фульвокисяоты близки по компоновке макромолекул, оптическим и другим свойствам. Выходящие из'почв разного генезиса фульвокислоты неоднородны, тлеют существенные различия по строению и свойствам.

Совокупность новообразованных гумусовых кислот и свободных биогенных веществ, поступающих из подстилки, проходя через почвенные монолиты, преобразуется ( более существенно - в осенний период). Из четырех идентифицируемых в водах подстилки фракций с определенными молекулярными массами обнаруживаются в прошедших через монолиты водах: осенью только две (порода) или три (чернозем, дерново-глеевая почва), а в августовские сроки -четыре и даже более фракций (которые при этом имеют совершенно иные молекулярные массы).

Количество и состав биогенных веществ (свободных и связанных обменно с периферической частью гумусовых кислот), поступающих в почвенный блок и выходящих из блока, неоднозначны по сезонам года и в разные года. Так, поступление аминокислот составляет в среднем 30-120 мг за сезон, из которых через почвы-модели проходит от 2 до 24$. Не установлено четких количественных закономерностей поглощения аминокислот монолитами разного генезиса, тогда как качественная направленность этого процесса зависит от свойств почв. Поступление углеводов из подстилки в

2-5 раз превышает их "выход" из почвенных монолитов, определенной связи с генезисом почв не обнаружено. •

Такш образом, количественные закономерности изменения совокупности биогенных и гумусовых веществ в процессе прохождения их с лизиметрическими водами через монолиты почв разного генезиса зависят не от свойств последних, а от зональных особенностей фуккцаонироваккя. Качественная направленность происходящих при этом преобразований различна д обусловливается генезисом почв. Приведенные в разделе материалы свидетельствуют об устойчивом режиме в условиях шной тайги происходящих внутрисистемных преобразований, поскольку "поступающая" и "выходящая" совокупности веществ качественно однозначны ко годам. 2.4.Некоторые вопросы описания структурно-функциональной организации системы гумусовых веществ В качестве примера рассмотрена дерново-подзолистая оста-точно-гумусовая почва.

Примерный вход-выход вещесть ы заключенной в химических связях свободной энергии для системы гумусовых веществ оценивается в среднем соответственно: 1,5 гДг/год - первых и около 4 тыс ккал/ь^/год -второй. Допустив, что нижележащая толща такой же мощности (в описываемой почве это-гор. В^ев ) использует ка поддержание системы гуыусовых веществ примерно 1/3 поступающих веществ и 20-25% - энергии, вход-выход системы этого горизонта моано оценить следующими показателями: 0,40,5 г/м2 в год углерода и 0,6-0,8 тыс.ккал/м^/год свободной энергии химических связей.

Для верхнего горизонта цочв с поверхностной локализацией органических остатков и преимущественно поверхностгшм протеканием процесса гумификации вход-выход вещества для системы можно схематично представить так: ," [Новообразованные ГК^ФК -^Ща^^ФК

Биогенные вещества)——-"---~~ ^М^ 1а

Для нижелеяадах горизонтов этих же почв:

ФК 1а

ГК^-гг-гФК

ФК 1а

Соотношение кошонентов (по углероду) в системе гумусовых веществ горизонта А1 следующее:ГК:ФК:Ш = 1,35:1,35:1,00, в горизонте в£аа - 2,27:1,77:1,00.

Соотношение компонентов неогумуса, участвующих в функционировании системы гумусовых веществ, не зависит от сезона года и генезиса сформированного гумуса, а имеет зональную обусловленность: в условиях южной тайги в поступающей совокупности • гумусовых веществ во всех случаях на единицу углерода гумино-шх кислот связывается около 4 единиц углерода фульвокислот,в условиях степи - это соотношение равно 1:2. Наблюдаемые флуктуации незначительны. Остальные фульвокислоты представляют "сброс", за счет них и формируется ( или поддерживается) система гумусовых веществ нижележащих горизонтов. Вполне возможно, что именно из таких "неиспользованных" фульвокислот формируется фульватный гумус нижних горизонтов большинства почв.

Внутрисистемные качественные преобразования в процессе функционирования гумуса разногенетичных горизонтов неодинаковы,т. е. процесс функционирования неоднозначен, преобразования цо -ступающих веществ зависят от изначальных свойств гумуса.

Глава Ш.НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВЕШЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СИСТЕМЫ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ '

3.1. Изменение системы гумусовых веществ в пространстве Рассматривается энергетические условия формирования системы гумусовых веществ на основе положений В.Р.Волобуева (1973, 1974) и С.А.Алиева (1973,1978).

Все особенности процесса формирования и функционирования системы гумусовых веществ отражаются и "запечатлеваются" в гумусовом профиле. На основе описания гумусовых профилей почв разных природных зон, приведенных в разделе,1.2., описаны общие тенденции изменчивости их основных характеристик в связи с" широтной зональностью. Закономерные пшротно-зональные изменения характеристик гумусовых профилей есть отражение различий в общей направленности и интенсивности протекания частных процессов, участвующих в формировании и функционировании системы гумусовых веществ.

В условиях лесотундры процесс формирования (и функционирования) системы гумусовых веществ отличается наибольшей простотой, примитивностью. Образующиеся в процессе гумификации компоненты неогумуса почти не трансформируются во времени: состав гумуса и структурные особенности макромолекул не претерпевают существенных изменений.

В зоне тайги система гумусовых Ееществ формируется при обязательном и преобладающем участии бурых гуминовых кислот,ко -торые имеют вполне заметные отличия от новообразованных в этих же условиях гуминовых кислот: большую обуглероженность, меньшие значения отношения Н:С, более высокие значения коэффициента оптической плотности, меньшую долю периферических группировок и т.д. Условный показатель трансформированности составляет 0,71-0,77 в почвах средней тайги, изменяясь до 0,35 - в южнотаезшых. Это свидетельствует о возрастании дели участия в формировании системы гумусовых веществ трансформационных процессов не только по сравнению с тундровой зоной, но и в пре -делах таежной зоны с севера на юг.

В зоне степи различия новообразованных и "типовых" гуминовых кислот настолько существенны, что можно говорить о преобладании трансформационных процессов в формировании системы гумусовых веществ дочвДерные ("типовые" для почв степи) гу-миповые кислоты во всех случаях представлены окисленными и вы-сокоокисленными формам?, щщшщт значительную долю "ядерных" структур и небольшую алифатическую часть, высокие оптическую плотность и обуглероженность, что отличает их не только от новообразованных, но и бурых гуминовых кислот этой зоны. Условный показатель трансформированное^ уменьшается до 0,17. Бурые гуминовые кислоты по всем параметрам занимают промежуточное положение.

Можно полагать, что процесс формирования "типовых" гуминовых кислот - компонента системы гумусовых веществ - в тундровой зоне одноэтаден ( и совпадает с процессом гумификации); в таёжной зоне - двухэтапен: поступление в систему'продуктов гумификации и преобразование компонентов неогумуса в бурые гуминовые кислоты; в степной зоне этот процесс трехэтапный: кроме предыдущих двух происходит еще трансформация бурых гуминовых кислот в черные.

В общем, процесс формирования (и функционирования) системы гумусовых веществ закономерно изменяется в связи с широтной зональностью: с севера на юг доля в гумусообразовашш процесса гумификации уменьшается, процессов обновления и трансформации возрастает. Пространственная изменчивость системы гумусовых веществ подчиняется, общим, биосферным закономерностям.

3.2.динамика состава и свойств гумуса почв Западной Сибири Приводятся результаты исследования состава и свойств гумуса разных сроков отбора почвенных образцов и обсуждается динамика характеристик с точки зрения изменчивости состояний системы гумусовых веществ в обозримые отрезки времени. Последовательно рассматриваются данные изменения всех компонентов и фракций гумуса в тундровых поверхностно-глеевых, подзолисто-глеевых, дерново-подзолистых, дерново-подзолистых остаточно-гумусовых, подзолах иллювиально-железистых, темно-серых лес-шх, черноземов выщелоченных,оподзоленных, обыкновенных, юж-пых и лугово-черноземных почвах.

Анализ результатов содержания и распределения до профилю основных компонентов гумуса и отношения С^'.С^ в годичном числе показал, что все параметры, характеризующие гумус разных хочв, изменяются очень существенно. Наиболее четкие, однознач-шз и. значительные преобразования происходят в связи со сме-юй сезонов. Установлено, что: при промерзании увеличивается соличество гумииовых кислот, при оттаивании - фульвокислот; халболее стабильное состояние ( с преобладанием форм,более цючно связанных с минеральными компонентами почв, и минималь-;ым содержанием его подвижных фракций) наблюдается в позднеле-период; возрастанию доли гумииовых кислот всегда предше-¡твует увеличение фульвокислот, а перед увеличением доли не-идролизуемых форм гумусовых веществ в составе гумуса возрастет количество гуминовых кислот.

Общая качественная направленность сезонных изменений гу-сса однотипна во всех горизонтах почв (рис,3-4) и одинакова > почвах разных типов. В годичном цикле выявляется определен-:ая цикличность преобразований гумуса, которая не зависит от •енезиса почв (на рис. 5 представлены данные только для гор.А)

Таким образом, с одной стороны, состав гумуса подвержен начительной изменчивости в обозримые отрезки времени, с дру-•ой - изменчивость эта подчиняется определенной цикличности, связи с этим использование отдельных показателей гумуса ра~ ных сроков исследования может затруднить диагностику почв и ривести к неверным генетическим интерпретациям.

На основании приведенных материалов делается вывод, что зменешзя в долевом участии всех компонентов гумуса в системе

фульвокисяот в почвах лесотундры и южной тайги в разные сроки отбора почвенных образцов. Почвы: А -подзолисто-глеевая; Б -подерхностно-глеевая; В - дерново-сильноподзолистая остаточ-*но-гумусовая; Г - дерново-слабоподзолистая остаточно-гумусо-вая. I -гущшовые кислоты, 2 - фульвокислоты

в течение года выражены отчетливо, а система, проходя определенный цикл превращений, возвращается в исходное (наиболее стабильное)состояние. Можно вполне однозначно считать, что функционированию гумуса почв во времени присуща цикличность. Это свидетельствует в пользу динамического типа устойчивости

шгуст, 2-ноябрь), б-темно-серая (1-август, 2-январь), в-дер-зово-подзолистая (1-август,2-октябрь, 3- январь), г-подзол аллювиально-железистый (1-авгусг,2-ноябрь), д-дугово-чернозе-лная (I- август, 2-апрель), е-чернозем обыкновенный (1-ав -гуси, 2- ноябрь), а-чернозем оподзоленный (1-август, 2-ок -гябрь).

системы гумусовых веществ.

Изменения внешних условий существования системы отражаются на качественном состоянии каждого из её компонентов. Показано , что при смене сезонов наблюдаются изменения молекулярных масс гумусовых кислот, количество их фракций, т.е. полидисперсность, а также соотношение в макромолекулах гушшовнх кзслот основных элементов, гидролизуемой и негидролизуемой частей, оптических свойств ж качественного состава компонентов периферической части.

Содержание углерода "ядерной" части (остатка после ряда последовательных кислотных и щелочных гидролизов) в Тумановых кислотах всех изученных почв изменяется в течение года очень несущественно.

Месяцы Месяцы

Рис.6. Изменение отношения Ср^С^и содержания гуминовшс кислот и фульвокислот в годичном цикле. Почвы: А - дерново-подзолистая; Б - лугово-черноземная (глубина,см: I - 5-10, 220-30); В - дерново-подзолистая остаточно-гумусовая (глубина, см: I - 5-10, 2 - 28-40); Г - чернозем обыкновенный (глубина, см: I - 5-10, 2— 30-40); Обозначения: 1-гутлиновые кислоты, 2-фульвокислоты, 3 -

З.З.Изменчивость системы гумусовых веществ в геологические отрезки времени-

Ископаемые почвы являются интересным объектом дая изучения влияния времени на функционирование и состояние системы •гумусовых веществ, потому что лишены влияния современного про цесса гумификации, а следовательно в них отсутствует обновление гумусовых веществ за счет продуктов этого процесса. В итоге они содержат только такие гумусовые вещества, свойства и строение которых сформировались в условиях активного развития почв.

Дм получения характеристик гумуса ископаемых почв, а так; же анализа и интерпретации полученных данных, предложена си-

стема методов (диагностико-генетических, диагностико-времен-ных и одновременно диагностирующих генетико-временное состояние системы гумусовых веществ) и принципов (системности,сравнений и аналогий, зональности, а также синхронности,направленности и ритмичности).

Изучение разновозрастных ископаемых плейстоценовых почв районов Новосибирского и Барнаульского Приобья показало, что все характеристики состава гумуса и природы их гуминовых кислот, аналогично современным почвам, сопряжены. В почвах с гуматным типом гумуса гумшовые кислоты имеют, как правило, высокие оптические плотности, большую долю негидролизуемого остатка, характерный для современных почв с гуматным составом гумуса элементный состав.При уменьшении гуматности гумуса изменяются и остальные характеристики макромолекул гуминовых кислот: становятся ниже значения коэффициентов оптической плотности,уменьшается обуглероженность, возрастает доля периферической части макромолекул.

При значительном (в 5-10 раз) уменьшении со временем общего содержания углерода соотношение компонентов гумуса и свойства гуминовых кислот ископаемых почв изменяются незначительно, и по-видимому, их особенности зависят не от времени, про-шедадего после захоронения, а от генетической сущности гумуса к почв. Система гумусошх веществ ископаемых почв имеет ,как правило, 3-4 фракции гумусовых кислот с разными молекулярными массами, число которых также не зависит от возраста почв, Каждый из пиков на гельхроматограммах можно.четко соотнести с гуминовшли кислотами пли фульвокислотами, а набор фракций с определенными молекулярными массами весьма специфичен в разных ископаемых почвах.

Полученные материалы, характеризующие систему гумусовых веществ ископаемы:: почв четвертичного периода, позволяют предположить, что её статус может сохраняться весьма длительное время, во всяком случае до тех пор, пока она не превратится в полностью закрытую равновесную систему литосферного типа. •

Всесторонние исследования состава и свойств гумуса и его отдельных компонентов в ископаемых почвах, сохранность их в пределах,свойственных,очевидно, периоду формирования почв, позволяют предаоьлть самостоятельный метод диагностики древ-

них почв и палеореконструкций, основанный на глубоком поэна -шш генетической сущности гумуса почв. Логическая схема хода исследований и интерпретации данных в этом направлении описаны в разделе 3.3.4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ряд теоретических положений,рассматриваемых в работе,имеет практическую значимость. Прежде всего это касается положения, по которому гумус почв есть динамичное образование, вну-тригодичные процессы превращения которого цикличны.Наиболее стабильное состояние, которое повторяется из года в год в один и тот же период, гумус почв Западной Сибири имеет в по-зднелетний период (август),и именно это позволяет рекомендовать названный срок изучения гумуса для генетической диагностики, классификационных построений и эталонизации почв. Исследования, проведенные с этой целью в другие сроки, могут привести к неверной интерпретации результатов или ошибочной диагностике почв. Кроме того, свойства гумуса как систеш,т. е. устойчивость в годовом цикле развития почв и способность длительное время поддерживать свой статус при неопасных для её существования возмущающих воздействиях, должны учитываться при планировании исследований, связанных с измерениями параметров гумуса при антропогенных воздействиях. Наиболее це«-лесообразно проводить подробное изучение гумуса только после того, как существенно изменились менее устойчивые, чем гумус, компоненты почвы или их свойства. При этом необходимо учитывать, что наиболее всего подвержена изменчивости ( и внутри-годичной, и антропогенной) периферическая часть гумусовых веществ. "Ядро" остается почти неизменным. Понимание гумуса как системы педогенных веществ со всеми вытекающими из этого следствиями позволит, как нам представляется, вполне однозначно •решать многие сложные вопросы, связанные с практическими аспектами гуыусообразования.

вывода

I. Разработана концепция, в основе которой лежит представление о гумусе как системе педогенных разновозрастных веществ Показано, что гумусообразование - процесс формирования (и функционирования) системы гумусовых веществ, проходящий ряд стадий и состоящий из ряда элементарных гумусообразователь-

них процессов (ЗГИ). Дано систематическое описание ЭШ, выделены группы основных, соподчиненных и сопутствующих ЭГП и представлены характеристики гумусовых профилей разных типов почв на их основе.

2. Б интегральном виде процесс гумусообразования проявляется в гумусовом профиле почв, который представляет последовательность генетически и химически сопряженных однородных зон (слоев) почвы, каждая из которых характеризуется определенным сочетанием и интенсивностью ЭГП. Пространственная изменчивость системы гумусовых веществ почв, процессов, её формирующих^, как следствие, характеристик гумусовых профилей, подчиняется общим, характерным для всех биосферных систем, закономерностям. Показаны преимущества и необходимость изучения гумусового профиля для генетической диагностики и корреляционных сопоставлений истории формирования почвенного тела, .поскольку большинство почв земного шара полигенетичны.

3. Установлено, что гумус - динамичное образование, претерпевающее в обозримые отрезки времени существенные' преобразования на всех уровнях его организации, вплоть до макро-молекулярного. Качественная направленность внутригодичных преобразований гумуса одинакова во всех изученных почвах, независимо от их генезиса и зоны формирования: наибольшая доля гумшовых кислот в составе гумуса всех горизонтов отмечается в раннелетний и зимний периоды, причем этому предшествует возрастание фульвокислот; в позднелетний период гумус переходит в более устойчивые форды, характеризуется наименьшей растворимостью, и имеет наиболее стабильные показатели; наиболее широкое соотношение гуминовых кислот и фульвокислот отмечается зимой, когда оно в 2-3 раза больше, чем в позднелетний период. Внутригодичные изменения гуминсн вых кислот касаютзя периферии макромолекул и не затрагивают существенно их центральную часть.

Буйная направленность и цикличность'внутрисистемных превращений, приводящая к повторяемости характеристик гумуса из года в год в позднелетний период, позволяет рекомендовать этот срок для его изучения в целях генетической диагностики, эталонизации и классификационных построений, а также при любых исследованиях, в которых необходимо в ка-

честве "точки отсчета" использовать параметры гумуса в статике.

4. Выявлено, что количественные закономерности поступления в блоки почв разного генезиса и выход из них с лизиметрическими водами биогенных и гумусовых веществ, а также вход-выход системы гумусовых веществ одинаковы и зависят от зональных особенностей функционирования почв, а качественная направленность внутрисистемных превращений неоднозначна и определяется генезисом почв. Полученные материалы свидетельствуют об устойчивом режиме функционирования системы гумусовых веществ в условиях южной тайги, поскольку "поступающая" и "выходящая" совокупности веществ во всех изученных моделях качественно однородны по годам. Проведена количественная оценка входа ... вещества и энергии в систему и выхода из неё в таёжных и степных условиях.

5. Для изучения гумуса ископаемых почв предложена система методов и принципов анаэиэа и интерпретации результатов. Она включает комплекс диагностических методов, способствующих познанию генетико-временного состояния системы гумусовых ве -ществ, а также ряда принципов анализа и интерпретации материалов исследования: системности; сравнений и аналогий; зональности; синхронности, направленности и ритмичности. Установлено, что система гумусовых веществ ископаемых почв сохраняет свои параметры на уровне, близком, по всей видимости, к таковому в период формирования почвенного тела, свидетельствующее об её устойчивости в геологические отрезки времени.

6. При планировании исследований, связанных с антропогенным влиянием на почвы, необходимо учитывать все свойства гумуса, обусловленные тем, что он представляет собой с и с г ем у педогешшх веществ. Это позволит сократить число иссле-•дований и избежать ошибок при интерпретации материалов.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации Монографии

Зыкина В.С.,Волков И.А..Дергйчева М.И. Верхнечетвертичные отложения и ископаемые почвы Новосибирского Приобья.-М. .-Наука, 1981.-203 с.

Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статика и динамика. -Новосибирск :Наука , 1984 . -I 54 с ,

Научные статьи

Дергачева М.И. Сравнительная характеристики состава гумуса бурых и серых лесных почв Среднего Урала// Химия, генезис и картография почв.-М.:Наука,1968.-С.90-93.

Дергачева М.Й. О соотношении основных компонентов гумуса в профиле некоторых типов лесных почв Урала и Зауралья//Почво~ ведение.-1969.-№7.-0.117-125.

Фирсова В.П.Дергачева М.И. Состав органического вещества почв шно-таёжных лесов Урала и Зауралья//Лесные почвы таной тайги Урала и Зауралья.-Свердловск,1972.-С.130-145.

Дергачева М.И. Оптические свойства системы гумусовых веществ почв Урала и Зауралья//Лесные почвы южной тайги Урала и Зауралья.-Свердаовсн,1972.-C.I46-I55.

Дергачева М.И.Дедков B.C. Влияние промерзания-оттаивания на органическое вещество почв Приобской лесотундры//Экология.-1977.-№2.-С.23-32.

Гадаиев И.М. Дергачева М.Й. Изменение органического вещества дэрноЕО-подзолистых почв со вторил гумусовым горизонтом под влиянием зимнего промерзания//Проблемы сибирского почвове-де}шя.-Ново сибирск: Науна, 1977.-С. 97-106.

Дергачеиа М.И..Зыкина B.C. Органическое вещество двух по-зднешгейстсцзновых педокомплексов Новосибирского Приобья//Тез. докл.У Всесоюзн.съезда почвоведов.-Минск,1977.~Вьш.4.-С.180.

Гадаиев И.М,Дергачева М.И. Процессы превращения гумуса дерново-подзолистых почв со вторым гумусовым горизонтом в годичном цикле// Тез.докл. У Всесоюзн. съезда дочвоведов.Нйшск,

1977.-Вып.4.-С.67-68.

Дергачева М.И..Кузьмина Э.Ф. Спектральные характеристики гумусовых кислот солонцов Алтайского края//Свойства почв таежной и лесостепной зон Западной Сибири.-Новоскбярск:Наука,

1978,-С.88-96.

Гаджиев И.М. Дергачева М.И. К вопросу о водной миграции органических веществ в условиях южной тайги Западной Сибири// О почвах Сябнри.-11овосибирск:Иаука,1978.-С.209-219.

Дергачева М.И..Зыкина B.C. Состав гумуса плейстоценовых ископаемых почв Новосибирского Приобья//Геологпя и геофизина.-I978.-M2.-C.81-92.

фирсова В.П.Дергачева М.И..Павлова Т.С. и др. Особенности горно-лесных почв Кйного Урала// Особенности горного поч-

31

вообразования под пологом лесой.-Свердловск,1978.-С,62-103«

Дергачева М.И..Кузьмина З.Ф. Участие углеводов в формировании гумусовых кислот некоторых типов почв Алтайского края// Специфика почвообразования в Сибири.-Новосибирск:НаукаД978,-C.I2I-I34.

Дергачева М.И. .Зыкина B.C. Аминокислотный состав гуминовых кислот позднеплейстоценовых ископаешж почв Новосибирского Ира обья// Геология и геофизика,-1979.-.116,-0.115-118.

Дергачева М.И..Зыкина B.C. Некоторые черты строения Тумановых кислот современных и ископаемых почв// Химия гумусовых кислот, их роль в природе и перспективы использования в народном хозяйстве/ тез. докл. зональн.научн.-тüxu. конф.-Тюмень, I98I.-C.20.

Дергачева М.И, Изменение некоторых элементов структуры Тумановых кислот при промерзании-оттаивании тундровых почв/Ala-териалы Симпозиума по биологическим проблемам Севера.-Сыктнв-кар,1981.-С.284.

Гадаиев И.М.Дергачева М.И. О некоторых свойствах системы гумусовых веществ// Особенности формирования и использования почв Сибири и Дальнего Востока.-Новосибирск:11аука,1982.-С.102~ 112.

■Дергачева М.И. Гумусообразование в почвах Западно-Сибирского Севера//Биологические проблемы Севера:Тез.Х Всесоюзн.сим-позиума.-4Иагадан, 1983 .-4.1 .-С.246-247.

Дергачева М.И, Об изменении состава гумуса почв во времени //Изв. СО АН СССР,сер.биолог.наук.-1983.-№15,-Вып.3.-С.8-12.

Матинян H.H.Дергачева М.И. Гумусное состояние основных . типов почв Центрального Алтая// Изв.СО АН СССР,сер.биолог.наук.-1983.-М5.-Шп.З.-С. 12-16.

Дергачева М.И. О процессе гумификации в условиях южной тайги Западной Сибири// Роль подстилки в лесных биогеоценозах. -М,:Наука,1983.-С.55.

Дергачева М.И. Гумусовый профиль черноземов (определение, формализация, примеры)//Научн.конф."Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства":Тез.докл.-Л.,1983.-С.9-10.

Дергачева М.И. Некоторые методические особенности изучения гумуса почв в статике// Всесоюзн.научн.конф."Современные мето-

да исследования ночв".-М. :МГУ,1983.-С.54.

Дергачева М.И. .Кузьмина Э.Ф. Последействие гипсования солонцов на свойства гутлуса//Тез.докл.УП Делегатск.съезда Всесо-взн. общества почЕоведов.-Ташкент,1985.-Ч.2.-С.38.

Дергачева М.И. Генетико-эволюциопнм значимость гумусового профиля почв//Тез. докл.И Делегатск.съезда Всесовзя.общества почвоведов.-Ташкент,1985.-Ч.4.-С.29.

Дергачева М.И. Динамичность как одно из свойств гумуса// Современные проблемы гумуссобразовашш.-Сыктывкар,1986.-С.61-68.

Дергачева М.И. Гумус как система//Агропочвоведение и плодородие почв:Тез.докл.Всесовзя.научн.кснф.-Л.:ЛГУ,1986.-С.4.

Методические рекомендации

Дергачева М.И..Зыкина B.C..Волков И.А. Проблемы и метода изучения ископаемых почв:Метод.рекомендацЕи.-Новоснбирск.-1984, -80с.

Подписано к печати II.II.1987 г. Ш 15049 Формат 60 84 I/I6. Тираж 100 экз. Объем 2 п.л. Заказ 1702 ■

Ротапринт типографии ГПНТБ СО АН СССР. 630064 Пр.К.Маркса,2