Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состав и свойства аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Состав и свойства аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья"

На правах рукописи

Л

БУКИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОСТАВ И СВОЙСТВА АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ СРЕДНИХ РЕК СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 5 ид? 2012

Тюмень - 2012

005013714

Работа выполнена в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, с. н. с.

Моторин Александр Севостьянович

Официальные оппоненты: Молчанова Инна Владимировна

доктор биологических наук, в. н. с. Института экологии растений и животных УрО РАН Котова Татьяна Викторовна кандидат биологических наук, доцент Тюменского государственного нефтегазового университета

Ведущая организация: Институт агроэкологии - филиал Челябинской

государственной агроинженерной академии

Защита состоится 29 марта 2012 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 при ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, тел./факс: (3452) 46-87-77

E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан 28 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук

Рзаева В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Почвы пойменных ландшафтов являются неотъемлемым компонентом очень сложных и продуктивных экосистем. Сложность процесса почвообразования, его высокий динамизм, специфика водного питания, существенное влияние интразональных факторов (аллювиальных и поемных процессов) являются основными причинами слабой изученности пойменных экосистем с почвенно-агрохимических позиций. Это проявляется в недостаточности материалов по режиму биологических, химических и физико-химических процессов в пойменных почвах, в малом количестве данных по их гумусному состоянию, содержанию и распределению макро- и микроэлементов. Поэтому слабо разработаны экологически обоснованные пути рационального использования и охраны аллювиальных почв. Действие антропогенного (в первую очередь сельскохозяйственного) фактора на них неуклонно усиливается в связи с тем, что данные почвы составляют основу лучших природных кормовых угодий и являются очагами интенсивного кормопроизводства и овощеводства.

В Тюменской области пойменные почвы занимают площадь более 1 млн. га. Площадь сельскохозяйственных земель на пойменных почвах составляет 463 тыс. га или 8,8% от общей площади сельскохозяйственных угодий (Каре-тин, 1990).

Недостаточная изученность пойменных почв Северного Зауралья обусловила необходимость проведения наших исследований.

Цель исследований. Изучение состава и свойств аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья. Задачи исследований:

1. Дать морфологическую характеристику основных типов аллювиальных почв;

2. Изучить гранулометрический состав и химические свойства аллювиальных почв;

3. Определить содержание и распределение микроэлементов в аллювиальных почвах.

Научная новизна. Впервые выявлены зональные особенности морфологического строения, гранулометрического состава и пространственной вариабельности его различных фракций в пойменных почвах средних рек Северного Зауралья. Установлено содержание гумуса, величины обменной и гидролитической кислотности, емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями, содержание валовых и подвижных форм питательных веществ в основных типах пойменных почв. Впервые изучено содержание, особенности внутрипрофильного и пространственного распределения микроэлементов в аллювиальных почвах и выявлены определяющие их факторы (содержание гумуса, карбонатов, гранулометрический состав, величина емкости поглощения, рНкс|).

Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты позволяют разработать экологически безопасные технологии рацио-

нального использования и охраны пойменных почв в интенсивном лугопаст-бищном хозяйстве и освоении под пашню, при усилении гидромелиоративного и агрохимического воздействия.

Материалы исследований используются в учебном процессе в Тюменской ГСХА при чтении лекций по дисциплине «Сельскохозяйственная экология».

Защищаемые положения:

- в поймах средних рек Северного Зауралья состав и свойства выявленных типов аллювиальных почв (дерновые, луговые и лугово-болотные) имеют зональные особенности;

- содержание и особенности распределения микроэлементов в аллювиальных почвах определяются их гранулометрическим составом и химическими свойствами.

Апробация работы. Результаты исследований представлены и обсуждены на заседаниях кафедры; на региональной конференций молодых ученых «Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу Сибири и Урала» (Тюмень, 2010); на Международной научно-практической конференции, посвященной 420-летию земледелия Зауралья «Перспективы инновационного развития АПК» (Тюмень, 2010); на Международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе одна публикация в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 170 страницах. Диссертация содержит 25 таблиц, 16 рисунков и 68 приложений. Список использованных источников состоит из 189 наименований, в том числе 23 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Обзор литературы

В главе обобщены результаты исследований по вопросу влияния зональных и интразональных факторов на формирование аллювиальных почв. Изложены морфологические характеристики, гранулометрический состав и химические свойства основных типов аллювиальных почв. Описано содержание, пространственное и профильное распределение микроэлементов в аллювиальных почвах.

2 Объекты и методика исследований

Объектами исследований послужили пойменные почвы рек Пышма, Тура и Тобол в лесостепной зоне Северного Зауралья. В основу выбора объектов исследований был положен принцип охвата спектра почв, формирующихся в различных речных ландшафтах. В ходе рекогносцировочного обследования долин рек Пышма, Тура и Тобол выделены участки, на которых были заложены профили с глазомерной привязкой, что позволило убедиться в типичности выделенных элементарных площадок, а также выявить и проследить аналогию про-

цессов почвообразования и почвенного покрова на территориях, не охваченных основными ключевыми профилями.

Пойма р. Пышма имеет ширину около 5 км и представляет широко распространенный в Северном Зауралье тип сегментно-гривистой поймы. Почвы формируются под естественной растительностью. На пойме р. Пышма были заложены 5 почвенных разрезов: по два в прирусловой и в притеррасной частях и один в центральной части поймы.

Пойма р. Тура шириною 3-3,5 км представляет сегментно-ровный тип. Растительный покров на исследуемом участке - разнотравно-злаково-осоковый. На пойме р. Тура заложено два разреза: в прирусловой и в притеррасной частях.

Пойма р. Тобол имеет ширину 11 км. Рельеф поймы волнистый с более или менее высокими гривами и межгривными понижениями. На данной пойме было заложено 4 почвенных разреза: два в прирусловой и по одному в центральной и в притеррасной частях.

Основные методы исследований: полевой и лабораторный. Разрезы закладывались в наиболее типичных местах. Отбор проб почвы проводился в соответствии с ГОСТом 17.4.402-84 с каждого генетического горизонта по всему почвенному профилю массой не менее 0,5 кг. Кроме этого, ежегодно отбирались пробы почв методом «конверта» для определения микроэлементного состава на глубинах 0-10, 10-20 и 20-30 см и в почвообразуюшей породе на глубине 5 метров.

Химические свойства почв, валовые и подвижные формы питательных веществ изучали по общепринятым методикам. Валовое содержание микроэлементов определяли согласно методике ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02, подвижные формы - в почвенной вытяжке ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН=4,8 на пламенном атомно-абсорбционном спектрометре «ConterAA 300». Гранулометрический состав - на приборе Analisette 22. Исследования включают расчеты коэффициентов техногенной концентрации, химического загрязнения и подвижности микроэлементов.

Статистическая обработка результатов проводилась при помощи программ MS Excel, для графической интерпретации использовались программы MS Paint, ABBYY Fine Reader 8.

3 Зональные особенности гидрологического режима аллювиальных почв

Поймы рек Западной Сибири отличаются сравнительным однообразием, что связано с геологической историей, орографией и литологическим строением территории, почти на всей площади сложенной рыхлыми легкоразмываемы-ми породами большой мощности. У поверхности залегают четвертичные породы преимущественно ледникового, водно-ледникового и озерно-аллювиального генезиса на севере и озерно-аллювиального, болотного и покровного генезиса на юге. В южной части Западно-Сибирской равнины к поверхности могут близко подходить неогеновые пески. Такое строение обусловило преобладание в Западной Сибири широкопойменных рек (Чернов, 2006).

Поймы на реках юга Западной Сибири сегментно-гривистые, но большая мутность водных потоков (250-500 г/м3) при сохраняющейся высокой длитель-

ности затопления приводит к быстрой нивелировке первичного пойменного рельефа и к выравниванию поверхности пойм. Пойменная многорукавность не типична для рек этого региона. Исключение составляют реки бассейна верхнего Тобола. На поймах рек юга Западной Сибири могут встречаться суффозионные западины. Русловые деформации на реках юга Западной Сибири не столь интенсивны, как на севере, что связано с большей долей суглинистых пород в пойменных разрезах, например, р. Тобол и его притоков (Зинченко, 1976).

Реки юга Западной Сибири отличаются типом гидрологического режима, при котором большая часть стока проходит во время весеннего половодья, а в межень сток резко сокращается и многие малые реки вообще пересыхают. Соответственно, в русловом режиме протекающих здесь рек отмечается абсолютное преобладание весенних переформирований как русел в целом, так и форм их донного рельефа. В целом это объясняет невысокую развитость здесь форм половодного пойменного рельефа и отсутствие пойменной многорукавиости (Лезин, 1999).

4 Состав и свойства аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья

В поймах исследованных нами были выявлены три основных типа аллювиальных почв: дерновые (слоистые и карбонатные), луговые и лугово-болотные.

Аллювиальные дерновые почвы формируются в прирусловой части поймы в условиях интенсивного аллювиального процесса. В пойме р. Пышма и р. Тобол они обнаруживаются также в притеррасье в связи с нечеткой выраженностью притеррасных понижений. Характерной чертой аллювиальных дерновых почв является чередование слоёв разной окраски, слабо затронутых процессами почвообразования и признаками оглеения в нижней части профиля. Гумусовый профиль морфологически слабо выражен, светло-серой окраски с палевым оттенком, с неясно выраженной плитчатой структурой.

Аллювиальные луговые почвы формируются в центральной пойме при атмосферно-грунтовом водном питании в меженный период. Профили луговых почв имеют достаточно мощные гумусовые горизонты черного или серовато-черного цвета, хорошо оструктурены. Характерными особенностями морфоге-нетических свойств луговых почв р. Тобол является сильная ожелезненость. Для пойменных почв р. Пышма свойственно оглеение средней и нижней части профиля, наибольшая мощность прогумусированной толщи, ясно выраженной зернисто-комковатой структуры.

Аллювиальные лугово-болотные почвы - это почвы притеррасных понижений. Почвы имеют высокое содержание ила, что отражено в их типовой номенклатуре. Формируются они в условиях устойчиво-избыточного увлажнения и достаточно частого затопления паводковыми водами в заболоченной части поймы и на других пониженных элементах рельефа. Лугово-болотным почвам присущи слабо выраженный перегнойно-торфянистый горизонт и значительная оглееность профиля.

Одним из важнейших факторов, определяющих свойства пойменных почв, является их гранулометрический состав. Последний обуславливается в основном характером аллювия.

Гранулометрический состав аллювиальных дерновых почв поймы р. Пышма (рис. 1) имеет чередование фракций мелкого песка (2,1-20,5%) и средней пыли (10,5-30,5%). В луговых почвах центральной части поймы увеличивается содержание фракции ила (23,2-31,6%). Для лугово-болотных почв характерно чередование содержания ила и снижение содержания песка (0,1-10,7%) в нижней части профиля. Во всех типах почв данной поймы содержание крупного и среднего песка незначительно, преобладающей фракцией является пыль (52,9-91,1%).

ВИ ! ¡¡И»- А1 "1 А1 ' {4 | в!шш-%-

1Й1Й «•■'. ■■■ЬШ ¡Н ■ А1 1 -■I «> I »

А1 ли шш^и^^ШШШШй

и - | - 1 ■ В1 ^ М '1 ШШИ

В1 1 яшшшишвя

■тш 1 ШИШ 1 || 81 :

1 Ш »' 1- Ьй- вс «а рй^ж»...........■ичч^цу^й; ¡¡* рек

1 ■ 1 1

Церновая Луговая Лугово-болотная

01-0,25 0 0,2^-0,05 □ 0,05-0,01 0 0,01-0,005 я 0,005-0,001 О <0,001

Рис. 1 - Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Пышма, %

Аллювиальные почвы поймы р. Тура имеют среднесуглинистый и глинистый гранулометрический состав (рис. 2). В дерновой слоистой почве доля пы-леватых фракций изменяется от 31,9 до 52,2%. Песок представлен в основном

Д1 А1В1

| шмша - гт ргт дд-тг"

Г **' А1 «И»1 ИВЬ:

А1 < ;

»мши " , : ' V' Ш 'з Г..**-? „ч*,

«Я а К1' В1 г., - 1

"ТГ"1Г

В2 н— ......

Дерновая

Лугово-болотная

В 14),25 0 0,25-0,05 О 0,05-0,01

¡0,01-0,005 в 0.006-0,001 И <0,001

Рис. 2 - Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Тура, %

средней (3,2-28,9%) и мелкой фракцией (6,0-28,2%).

В пределах всего профиля лугово-болотной почвы преобладает фракция ила (51,4-63,1%). В пылеватой фракции доминирует содержание мелкой и средней пыли. Крупная пыль в пределах профиля изменяется незначительно -от 6,1 до 4,4%.

Почвам поймы р. Тобол присущ гранулометрический состав от среднесу-глинистого до глинистого типа. В дерновой почве содержание физической глины уменьшается с 43,5% в верхнем 0-50 см слое до 14,0% на глубине ¡18-180 см. В структуре почвы от 27,9% до 44,0% занимает мелкий песок (рис. 3).

В составе фракций лугово-болотной почвы около 25% занимает мелкий песок и от 23,6 до 38,0% - ил. Содержание остальных фракций гранулометрического состава имеет практически равное соотношение.

Дерновая Луговая _Лугово-болотная

□ 1-0,25 0 0,25-0,05 00,05-0,01 0 0,01-0,005 Яв,00М,СЮ1 И <0.001

Рис. 3 - Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Тобол, %

Особенностью почв центральной поймы р. Тобол является непостоянство преобладающих фракций в разных частях профиля. Количество физической глины в слое 0-60 см составляет 42,8-49,3%. Преобладающей фракцией до глубины 100 см является мелкий песок.

Содержание гумуса в аллювиальных дерновых почвах варьирует от критического до среднего (0,4-5,2%). Эти почвы имеют слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды (табл. 1). Исключение составляют дерновые карбонатные почвы, имеющие слабощелочную реакцию (рНы 8,0-8,4). В связи с неоднородным гранулометрическим составом и различной гумусированиостью дерновые почвы имеют широкую вариабельность емкости катионного обмена (13,5-60,0 мг-экв./ЮО г) (табл. 2). Обеспеченность нитратным азотом аллювиальных дерновых почв классифицируется как очень низкая (0,1-4,2 мг/кг). По содержанию подвижного фосфора почвы варьируют от очень низкого до высокого (0,1-17,7 мг/100); средняя обеспеченность - низкая. Содержание обменно-

го калия очень высокое (13,0-235,0 мг/100 г). Наиболее обеспечены подвижным калием почвы р. Тобол.

Таблица 1 - Химические свойства аллювиальных почв

Объект, часть поймы Гумус, рНкс! Нг '^обш ЕКО Степень насы-

% щенности осно-

мг- экв /100 г почвы ваниями, %

Аллювиальная дерновая

Пышма, притеррасная 0.4-4.0 6,0-6,2 1,5-7,5 34.0-46,0 35.5-50,8 84.2-95,7

2,2 6,0 4,2 39,1 43,3 90,7

Пышма, прирусловая 0.5-4.7 5,8-6,2 1.6-7.5 18.0-48,8 21,0-56,3 85.7-94.2

1,8 6,0 3,7 32,7 36,4 89,9

Пышма, притеррасная 0.6-5.1 6,0-6,4 1,5-5.3 12.0-56.0 13.5-59,8 88.7-93.6

2,2 6,0 3,3 35,5 38,8 91,2

Тура, прирусловая 1,5-5.2 5,6-6,2 1,5-6,7 7.5-29,3 9.3-32.9 76,7-93,5

2,1 6,0 3,1 18.9 22,0 85,5

Тобол, прирусловая 1.3-1.6 5.0-6.4 1.5-4.2 12.0-32,0 13.5-35,8 82.3-92.6

1,4 5,9 2,9 21,4 24,3 87,1

Тобол, притеррасная 1.3-4.0 7.0-8.4 0.4-1,2 37.8-49.8 38.4-51.0 97.5-99.1

2,9 8,0 0,9 45,5 46,3 98,2

Аллювиальная луговая

Пышма, центральная 0.4-5.5 6.0-6.1 1.5-3,0 27.2-53,2 28.7-56,2 94.3-95.2

2,3 6,0 2,3 41,6 44,0 94,7

Тобол, центральная 0,5-3.0 5,4-8.8 0.3-2.4 27,5-47,8 29,0-49.1 92.1-99.3

1,6 7,3 1,5 38,9 40.4 95,9

Аллювиальная лугово-болотная

Пышма, прирусловая 1.0-3.5 6.0-9.0 0,8-6,0 44,8-96,8 49.5-97.6 88.2-99,1

2,4 6,1 3,1 48,2 51,9 92,8

Тура, притеррасная 1.3-3.3 5.4-5.8 2,4-6,6 18.9-30,0 21,3-36,6 82.0-92.3

2,5 5,7 3,6 26,6 30,2 88,3

Тобол, прирусловая 1.2-3.7 5,6-6.0 3.0-6.0 16.7-27,5 19.7-33,5 82.0-87.5

1,9 5,8 4,3 23,7 27.9 84,8

В луговых почвах основное содержание гумуса (1,4-5,5%) сосредоточено в горизонтах Ао-В|. Реакция среды в этих почвах изменяется от слабокислой до щелочной (рНы 5,4-8,8). Емкость поглощения (29,0-56,2 мг-экв./100 г) значительна в верхних горизонтах и снижается с глубиной. Из катионов до 80% приходится на Са2+ и М§2\ Содержание нитратного азота в аллювиальных луговых почвах очень низкое (0,10-1,52 мг/кг). Количество подвижного фосфора изменяется от очень низкого до среднего (0,1-9,9 мг/100 г). Обменным калием луговые почвы обеспечены очень высоко (16,2-259,0 мг/100 г).

Лугово-бологные почвы имеют содержание гумуса в горизонтах А|-В| в пределах 1,3-3,5%. Низкое содержание гумуса в этих почвах связано с замедленной гумификацией растительных остатков. Для них свойственна слабокислая реакция почвенной среды (рН^ 5,4-6,0). В горизонте ВС* почвы в пойме р. Пышма отмечена щелочная реакция среды (рН|<С| 9,0). Для них характерна значительная емкость поглощения (21,3-97,6 мг-экв./100 г). Катионы почти на 90% представлены С'а:* и

Таблица 2 - Содержание питательных веществ в аллювиальных почвах

Объект, часть поймы Валовое содержание, % Содержание

N Р К. N-N03, мг/кг Р205 к;о мг/100 г

Аллювиальная дерновая

Пышма, притеррасная 0.13-0.24 0,16 0,04-0,09 0,07 2,32-3.10 2,70 0.1-14.3 4,8 0,1-4.2 1,3 34.0-46.0 39,7

Пышма, прирусловая 0,01-0,19 0,09 0,04-0.11 0,07 2,15-2,98 2,54 0,1-2,7 1,0 2,5-3,4 2,8 31.5-43,8 37,2

Пышма, притеррасная 0.01-0.26 0,15 0,06-0,20 0,11 1,23-3,03 2,63 0,1-4,2 0,9 1,9-17,7 6,0 18,3-43,3 36,9

Тура, прирусловая 0.06-0.24 0,10 0.04-0.17 0,09 2,24-2.83 2,48 0,01-0.4 0,02 0,5-8,3 3,0 24,0-152,0 44,2

Тобол, прирусловая 0.06-0.11 0,09 0.04-0.20 0,09 1,23-3,03 2,13 0.03-0.85 0,6 0,5-4,1 2,7 13,0-47.8 32,6

Тобол, притеррасная 0.07-0.18 0,13 0,06-0,12 0,09 1,30-2.76 2,35 0,70-1.05 0,9 3,1-4,9 4,1 49,4-235.0 121,6

Аллювиальная луговая

Пышма, центральная 0,01-0.25 0,14 0.06-0,11 0,09 2,20-3.02 3,35 0.1-0,4 0,2 0,1-9,9 4,1 32,0-44,0 39,3

Тобол, центральная 0,05-0,17 0,10 0,03-0.08 0,06 1,10-2.84 2,28 0,65-1.52 0,9 0,8-3,8 2,8 16,2-259.0 119,2

Аллювиальная лугово-болотная

Пышма, прирусловая 0,11-0,18 0,15 0.07-0.10 _0,08 3,10-3.18 3,14 0.1-1.2 0,2 0,1-1,2 2,9 45.0-91.5 54,9

Тура, притеррасная 0,07-0,16 0,12 0.07-0.12 0,09 2,21-2,88 2,57 0,01-0.02 0,01 0,5-2,0 1,1 21,4-41,5 31,7

Тобол, прирусловая 0,06-0.33 0,16 0.04-0,32 0,16 1,75-3,10 2,68 0,65-2,45 1,2 0,7-5.0 2,4 35,5-67.8 46,4

Содержание нитратного азота в аллювиальных лугово-болотных почвах очень низкое (0,1-2,45 мг/кг). Подвижный фосфор изменяется в пределах от 0,1 до 5,0 мг/100 г, что говорит о довольно низкой обеспеченности им, при этом его концентрация увеличиваегся с глубиной. Обеспеченность обменным калием очень высокая (21,4-91,5 мг/100 г), некоторое повышение его отмечается в почвах содержащих карбонаты.

5 Содержание микроэлементов в аллювиальных почвах средних рек Северного Зауралья Валовые формы микроэлементов. Аллювиальные почвы лесостепи Зауралья входят в состав биогеохимической лесостепной и степной зон, характеризуемых, как правило, достаточным, а иногда и избыточным содержанием отдельных элементов (Си, Со, Тп, Мп и др.) в почвах (Ковальский, 1966; Макеев, 1973).

Наибольшее содержание элементов 1-ой группы токсичности (Ъп, РЬ, Сс1) отмечено нами в почвах поймы р. Тобол. Среди аллювиальных почв макси-

мальное содержание этих элементов обнаружено в лугово-болотных почвах, из них и Сс1 имеют значения выше ПДК. Самые высокие концентрации кадмия установлены в центральной и в прирусловой частях, которые выше значения ПДК. Основная аккумуляция кадмия происходит в гумусовых горизонтах и превышает величину ПДК в 3,5 и 6,5 раз соответственно (рис. 4).

Рис. 4 - Среднее содержание валовых форм микроэлементов в аллювиальных почвах, мг/кг

Среднее содержание кадмия в метровом слое аллювиальной дерновой почвы составляет 1,2 мг/кг, луговой - 1,7 мг/кг и лугово-болотной почвы 3 мг/кг. Коэффициент вариации кадмия для аллювиальной лугово-болотной почвы равен 33%, луговой - 35% и дерновой - 26%.

Содержание свинца не превышает ПДК. Вместе с тем, превышение мирового кларка для аллювиальной дерновой и лугово-болотной почвы очевидно. В аллювиальной лугово-болотной почве содержание свинца выше мирового кларка на 50%, а в дерновой - на 30%. Максимальным значением свинца характеризуются гумусовые горизонты почв пойм р. Тобол и р. Пышма (от 24 до 27 мг/кг). Минимальные его концентрации отмечены в почвах поймы р. Тура, особенно в прирусловой части (9 мг/кг). Коэффициенты вариации свинца незначительно отличаются, для дерновой - 27% и луговой почвы - 23%. Лугово-болотная почва имеет довольно низкое варьирование - 12%.

На всех объектах исследований установлено превышение ПДК по содержанию валового цинка. Среднее содержание цинка в пойменных почвах Зауралья выше мирового кларка. На 7-ми из 11-ти участков поймы наблюдалась повышенная обеспеченность почв цинком. Из общего количества проанализированных образцов 6% имеют недостаточное содержание цинка - менее 30 мг/кг, а 12% образцов имеют избыточное его количество - более 70 мг/кг. Наибольшие концентрации цинка определены в аллювиальных лугово-болотных почвах р. Тобол и р. Тура. Коэффициент вариации цинка для аллювиальной лугово-болотной почвы составляет 2,5%, а для аллювиальной луговой

почвы - 9%. Максимальный коэффициент вариации (24%) отмечен в аллювиальной дерновой почве.

Максимальное содержание изучаемых элементов второй группы токсичности установлено в почвах поймы р. Тура (Си) и р. Пышма (Сг, N1'). Концентрация меди по типам почв варьирует в широких пределах от 0,42 до 958,4 мг/кг. При этом наибольшее ее содержание отмечается в аллювиальных лугово-болотных почвах. Содержание меди в генетических горизонтах почв сильно изменяется, но не превышает значений ПДК. Коэффициент вариации меди в метровом слое для аллювиальной луговой и аллювиальной дерновой почвы составляет 40%, для аллювиальной лугово-болотной почвы - 67%.

Валовое содержание хрома в 10 из 11 разрезов аллювиальных почв по отдельным генетическим горизонтам фиксируется как повышенное от 1,1 до 2,3 ПДК. Среди аллювиальных почв максимальными концентрациями характеризуются лугово-болотные (239,2 мг/кг) и луговые почвы (104,8 мг/кг). Самое высокое количество хрома находится в пойменных почвах р. Пышма и превышает мировой кларк в 1,8 раза. Коэффициент вариации для аллювиальных почв равен: аллювиальная дерновая - 22%, луговая - 23% и лугово-болотная - 9%.

Содержание никеля в аллювиальной дерновой почве Северного Зауралья изменяется от 5,7 до 55,8 мг/кг или в 10 раз. При близких значениях рН|<С| колебания обусловлены, главным образом, различиями гранулометрического состава и, прежде всего, содержанием глинистой фракции. Количество никеля в аллювиальной луговой почве в зависимости от гранулометрического состава изменяется от 16 до 51,3 мг/кг или в 3,2 раза при среднем содержании 27,3 мг/кг. В аллювиальной лугово-болотной почве содержание его варьирует от 9,3 до 65 мг/кг или в 7 раз при его среднем значении 36,8 мг/кг. Колебания в содержании никеля в этих почвах обусловлены как изменением кислотно-основного показателя, так и различиями в количестве глинистых фракций. Коэффициент вариации никеля для аллювиальной дерновой почвы равен 54%, для аллювиальной луговой почвы - 30% и для аллювиальной лугово-болотной почвы - 26%.

Среди объектов исследований самое высокое содержание элементов третьей группы токсичности (Со, Мп) установлено в аллювиальных почвах поймы р. Пышма.

Содержание кобальта в метровом слое аллювиальных почв очень низкое от 0,44 до 13,4 мг/кг. Максимальным содержанием кобальта отличаются луго-во-болотные почвы, но превышение его относительно других типов аллювиальных почв незначительное. Среди объектов исследований наибольшей концентрацией кобальта обладают пойменные почвы р. Пышма (5,2 мг/кг), минимальным его значением почвы р. Тобол (1,2 мг/кг). Варьирование содержания элемента в целом довольно высокое. Коэффициенты вариации для аллювиальных почв равны: дерновая - 65%, луговая - 86%, лугово-болотная - 38%.

Среднее содержание марганца по типам аллювиальных почв ниже мирового кларка. Исключение составляют почвы поймы р. Пышма, где его количество несколько выше. Содержание марганца по горизонтам, распределение его в профиле весьма неравномерно и на большинстве участков снижается с глубиной. Минимум содержания, близкий к недостаточному (<400 мг/кг), обнаружен

в материнской породе и в иллювиальном горизонте (В). Максимальная концентрация марганца в гумусовом горизонте отмечена в прирусловой части р. Пышма (1485 мг/кг), при среднем содержании его на данном объекте 951 мг/кг. Наименьшим количеством марганца (464 мг/кг) в горизонте А обладает аллювиальная луговая почва р. Тобол. Максимальная вариабельность концентрации марганца выявлена в луговых и лугово-болотных почвах, имеющих величины вариации 36 и 34% соответственно. Меньший коэффициент вариации у аллювиальной дерновой почвы - 27%.

Между реакцией среды (рНкс|) почвы и содержанием в них элементов выявлено два типа связи: положительная - для Сг, N1, РЬ, Сс1, Со; отрицательная -для Zn, Мп, Си. Элементы первой группы в больших концентрациях встречаются в почвах имеющих слабощелочную и щелочную реакцию среды, а второй -слабокислую и кислую. Первая группа элементов в повышенных концентрациях обнаруживается в карбонатных почвах, а высокое содержание элементов второй группы характерно для почв с низким содержанием кальция.

По данным корреляционного анализа установлено, что наибольшее влияние на содержание и характер распределения микроэлементов в пойменных почвах Северного Зауралья оказывает содержание гумуса, карбонатов, реакция среды, гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований. Выявлена прямая корреляционная зависимость содержания Сс1, РЬ, Zn, Си, Мп в пойменных почвах от содержания гумуса (г=+0,6-0,9); Хп, Сг, Со, Мп - с суммой поглощенных оснований (г=+0,4-0,6); РЬ, Ъх\, Си, Со, Мп - с гидролитической кислотностью (г=+0,4-0,6); Сс5, РЬ, Ъл, Со - с валовыми формами азота и калия (г=-+0,6-0,8).

Подвижные формы микроэлементов. В пойменных почвах установлено заметное накопление подвижных форм микроэлементов в органогенных и иллювиальных горизонтах. Эти горизонты служат геохимическим барьером на пути миграции микроэлементов в пределах профиля (рис. 5-7).

Наиболее обеспеченными по содержанию Си, Сг, Со являются почвы поймы р. Тура, в основном за счет высокого наличия элементов в лугово-болотных почвах. В среднем доля подвижных форм микроэлементов от их общего содержания в почвах колеблется в пределах 0,2-58%. Максимальная подвижность характерна для соединений Со, а минимальная - для Сг.

Наибольшее среднее количество подвижной формы С<1 отмечено в аллювиальной дерновой почве - 0,14 мг/кг, минимальное в луговой почве - 0,10 мг/кг. Распределение элемента в аллювиальной дерновой и в лугово-болотной почвах происходит по регрессивно-аккумулятивному и недифференцированному типу. В луговой почве распределение подвижного Сс1 характеризует элювиально-иллювиальный тип. Средняя степень подвижности Сс1 составляет 11,8% для дерновых почв, 8,4% - для луговых и 8,5% - для лугово-болотных почв. Среди объектов исследований наибольшая концентрация подвижного кадмия установлена в аллювиальных почвах р. Пышма и составила 0,17 мг/кг. Среднее содержание подвижных форм РЬ в аллювиальной дерновой почве составляет 1,04 мг/кг, в луговой - 1,03 мг/кг и в лугово-болотной - 1,40 мг/кг. В аллюви-

Рис. 6 - Среднее содержание и распределение подвижных форм микроэлементов в аллювиальных луговых почвах, мг/кг

Рис. 7 - Среднее содержание и распределение подвижных форм микроэлементов в аллювиальных лугово-болотных почвах, мг/кг

Рис. 5 - Среднее содержание и распределение подвижных форм микроэлементов в аллювиальных дерновых почвах, мг/кг

альных дерновых почвах для подвижных форм РЬ установлен прогрессивно-аккумулятивный тип внутрипрофильного распределения, для луговых почв -аккумулятивно-элювиально-иллювиальный и для лугово-болотных почв регрессивно-аккумулятивный тип. Диапазон значений степени подвижности имеет следующие показатели: в аллювиальной дерновой почве - 5,3-12,0%, в луговой - 5,6-20,6% и в лугово-болотной - 7,1- 11,8%. Наибольшая степень подвижности (68%) характерна для иллювиально-карбонатного горизонта луговой почвы. Среднее значение коэффициента вариации элемента очень высокое и составляет 50,6.

Максимальное среднее содержание подвижных форм Ъс\ характерно для лугово-болотной почвы - 4,2 мг/кг. Практически равное количество имеют луговая и дерновая почвы - 2,2 мг и 2,4 мг/кг соответственно. В распределении подвижных форм Ъп в пойменных почвах проявляется следующая закономерность: дерновые и лугово-болотные почвы отличаются регрессивно-аккумулятивным типом. В луговой почве повышенное содержание элемента наблюдается не только в гумусовых горизонтах, но и в подстилающей породе. Содержание подвижных форм Zn от его валового количества в пойменных почвах Северного Зауралья весьма незначительно и в среднем составляет: для дерновых почв 3,4%, луговых - 3,7% и лугово-болотных - 2,9%. Средний показатель коэффициента варьирования элемента в пойменной почве имеет довольно высокую степень - 56,5. В почвообразующей породе максимальную концентрацию 2л\ имеет аллювиальная дерновая почва (6,95 мг/кг). Наибольшее содержание характерно для дерновой карбонатной почвы (24,2 мг/кг), что несколько выше значения ПДК.

Наибольшее среднее количество подвижной формы Си отмечено в лугово-болотной почве - 1,19 мг/кг, минимальное в луговой почве - 0,70 мг/кг. Среднее содержание данного элемента установлено в дерновой почве - 0,78 мг/кг. Выявлен аккумулятивно-элювиально-иллювиальный тип внутрипрофильного распределения подвижных форм Си для дерновых и луговых почв. Равномерно-аккумулятивный тип распределения характерен для лугово-болотных почв. Степень подвижности Си для луговой и дерновой почвы равна 10,0-10,3%, в два раза меньше она в лугово-болотной почве - 5,2%. Варьирование Си в пойменных почвах составляет 38,1. Содержание Си в почвообразующей породе аллювиальной лугово-болотной почвы составляет 0,44 мг, в луговой - 1,63 мг, среднее значение имеет дерновая почва - 0,88 мг/кг.

Среднее содержание подвижных форм Сг в аллювиальной дерновой почве составляет 0,37 мг, в луговой почве - 0,35 мг и в лугово-болотной - 0,79 мг/кг. Распределение элемента в аллювиальной дерновой и в луговой почве происходит по равномерно-аккумулятивному типу, в лугово-болотных - по регрессивно-аккумулятивному типу. Степень подвижности Сг в аллювиальной дерновой и в луговой почвах практически одинаковая - 0,45 и 0,43% соответственно, а в лугово-болотной почве - 0,64% от его валового содержания. Коэффициент варьирования Сг в пойменных почвах составляет 36,3. Количество Сг в почвообразуюшей породе пойменных почв в среднем составляет 0,17 мг/кг, более высокое его количество отмечается в лугово-болотной почве.

Среднее содержание подвижных форм N1 в аллювиальной дерновой почве - 2,4 мг, в луговой почве - 1,72 мг, в лугово-болотной почве - 4,22 мг/кг. Максимальное количество подвижных форм элемента отмечено в почвах поймы р. Тура, где его величина незначительно превышает ПДК. Распределение подвижного № в аллювиальной дерновой почве имеет регрессивно-аккумулятивный тип, в луговой - прогрессивно-аккумулятивный и в лугово-болотной - аккумулятивно-элювиально-иллювиальный тип. Средняя степень подвижности № в дерновой почве составляет 14,5%, в луговой - 8,8% и в лугово-болотной - 11,9% от его валового содержания в почве. Коэффициент вариации № в пойменных почвах составляет 31,2. Концентрация N1 в почвообразу-ющей породе аллювиальной лугово-болотной почвы выше значения ПДК.

Содержание подвижных форм Со в исследованных почвах составляет: в аллювиальной дерновой почве - 0,17 мг, в луговой - 0,3 мг, в лугово-болотной - 0,36 мг/кг. Внутрипрофильное распределение элемента в дерновой и в луговой почвах происходит по аккумулятивно-элювиально-иллювиальному типу, в лугово-болотной почве - по регрессивно-аккумулятивному типу. Средняя степень подвижности элемента в дерновой почве составляет 16,6%, в луговой -30,1%, в лугово-болотной - 6,9%. Коэффициент вариации Со в пойменных почвах составляет 49,8. Максимальное количество подвижного Со в почвообразу-ющих породах содержится в аллювиальных лугово-болотных почвах (2,46 мг/кг), минимальное в дерновых (0,87 мг/кг).

Содержание подвижного Мп в аллювиальной дерновой почве составляет 29,3 мг, в луговой - 50,3 мг, в лугово-болотной - 28,8 мг/кг. Тип внутрипро-фильного распределения подвижных форм Мп во всех аллювиальных почвах регрессивно-аккумулятивный. Подвижность Мп в дерновых почвах - 4,5%, в луговых - 10,6%, в лугово-болотных - 4,1%. Варьирование элемента в пойменных почвах составляет 33,6. В почвообразующей породе наибольшее количество подвижного марганца наблюдается в луговой и в лугово-болотной почве (112,2-125,9 мг/кг), минимальное количество в дерновой -75,1 мг/кг.

Наиболее сильные связи в пойменных почвах микроэлементы образуют с гумусом, гидролитической кислотностью и емкостью катионного обмена. Самые слабые корреляционные связи между элементами образуются в карбонатных и глеевых почвах. Корреляционный анализ между валовыми и подвижными формами элементов дал не четкие, а иногда и противоречивые результаты.

Выводы

1. Характерной чертой аллювиальных дерновых почв является чередование слоев разной окраски, слабо затронутых процессами почвообразования и признаками оглеения в нижней части профиля. Гумусовый профиль морфологически слабо выражен, светло-серой окраски с палевым оттенком, с неясно выраженной плитчатой структурой.

Профили луговых почв имеют достаточно мощные гумусовые горизонты черного или серовато-черного цвета, хорошо оструктуренные. Характерными особенностями морфогенетических свойств луговых почв р. Тобол является

сильная ожелезненость. Для пойменных почв р. Пышма свойственно оглеение средней и нижней части профиля.

Лугово-болотным почвам присущи слабо выраженный перегнойно-торфянистый горизонт и значительная оглеенность профиля.

2. Гранулометрический состав аллювиальных дерновых почв поймы р. Пышма имеет чередование фракций мелкого песка (0,9-20,5%) и средней пыли (10,5-30,5%). В луговых почвах центральной части поймы увеличивается содержание фракции ила (23,2-31,6%). Для лугово-болотных почв характерно чередование содержания ила и снижение содержания песка (0,1-10,7%) в нижней части профиля. Во всех типах почв данной поймы содержание крупного и среднего песка незначительно, преобладающей фракцией является пыль (52,9-91,1%).

3. Аллювиальные почвы поймы р. Тура имеют среднесуглинистый и глинистый гранулометрический состав. В дерновой почве доля пылеватых фракций изменяется от 31,9 до 52,2%. Песок представлен в основном средней и мелкой фракцией (3,2-28,9%) и (6,0-28,2%).

В пределах всего профиля лугово-болотной почвы доминирует фракция ила (51,4-63,1%). В пылеватой фракции преобладает содержание мелкой и средней пыли. Содержание крупной пыли в пределах профиля изменяется от 4,4% до 6,1%.

4. Почвам поймы р. Тобол присущ гранулометрический состав от средне-суглинистого до глинистого типа. В дерновой почве содержание физической глины уменьшается с 43,5% в верхнем 0-50 см слое до 14,0% на глубине 118180 см. В структуре почвы от 27,9% до 44,0% занимает мелкий песок.

В составе фракций лугово-болотной почвы около 25% занимает мелкий песок и от 23,6 до 38,0% - ил. Содержание остальных фракций гранулометрического состава имеет практически равное соотношение.

Особенностью почв центральной поймы р. Тобол является непостоянство преобладающих фракций в разных частях профиля. Количество физической глины в слое 0-60 см составляет 42,8-49,3%. Преобладающей фракцией до глубины 100 см является мелкий песок.

5. Содержание гумуса в аллювиальных дерновых почвах варьирует от критического до среднего (0,4-5,2%). Эти почвы имеют слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды. Исключение составляют дерновые карбонатные почвы, имеющие слабощелочную реакцию (рН 8,0-8,4). В связи с неоднородным гранулометрическим составом и различной гумусированностью дерновые почвы имеют высокую вариабельность емкости катионного обмена (13,5-60,0 мг-экв./ЮО г). Обеспеченность нитратным азотом аллювиальных дерновых почв классифицируется как очень низкая (0,1-4,2 мг/кг). По содержанию подвижного фосфора почвы варьируют от очень низкого до высокого (0,117,7 мг/100); средняя обеспеченность - низкая. Содержание обменного калия очень высокое (13,0-235,0 мг/100 г). Наиболее обеспечены подвижным калием почвы р. Тобол,

6. В луговых почвах основное содержание гумуса (1,4-5,5%) сосредоточено в горизонтах А0-В,. Реакция среды в этих почвах изменяется от слабокислой до щелочной (рН 5,4-8,8). Емкость поглощения (29,0-56,2 мг-экв./100 г) значительна в верхних горизонтах и снижается с глубиной. Из катионов до 80%

приходится на Са2+ и Mg2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных луговых почвах очень низкое (0,10-1,52 мг/кг). Количество подвижного фосфора изменяется от очень низкого до среднего (0,1-9,9 мг/100 г). Обменным калием луговые почвы обеспечены очень высоко (16,2-259,0 мг/100 г).

7. Лугово-болотные почвы имеют содержание гумуса в горизонтах ApBi в пределах 1,3-3,5%. Низкое содержание гумуса в этих почвах связано с замедленной гумификацией растительных остатков. Для них свойственна слабокислая реакция почвенной среды (рН 5,4-6,0). В горизонте ВСК почвы в пойме р. Пышма отмечена щелочная реакция среды (рН 9,0). Для них характерна значительная емкость поглощения (21,3-97,6 мг-экв./100 г). Катионы почти на 90% представлены Са2+ и Mg2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных луго-во-болотных почвах очень низкое (0,1-2,45 мг/кг). Подвижный фосфор изменяется в пределах от 0,1 до 5,0 мг/100 г, что говорит о довольно низкой обеспеченности им, при этом его концентрация увеличивается с глубиной. Обеспеченность обменным калием очень высокая (21,4-91,5 мг/100 г), некоторое повышение его отмечается в почвах содержащих карбонаты.

8. Содержание валовых форм микроэлементов в пойменных почвах Северного Зауралья варьирует в довольно значительных пределах. Среднее содержание составляет: медь - 18,3, цинк - 81,1, кадмий - 1,96, свинец - 12, никель -28,4, хром - 105,1, марганец - 749, кобальт - 4,1 мг/кг. Диапазон коэффициента вариации содержания микроэлементов в почвах высокий и составляет-3-86%.

9. Лугово-болотные почвы характеризуются высоким содержанием подвижной меди и средним - цинка, свинца и марганца. Им свойственна низкая обеспеченность кобальтом и хромом. В луговых почвах содержание подвижных микроэлементов в целом несколько ниже, чем в лугово-болотных. В них средний уровень накопления меди и марганца. Содержание свинца находится ниже среднего уровня, обеспеченность такими элементами как кобальт, хром и цинк - очень низкая. Обеспеченность дерновых почв подвижными микроэлементами не уступает луговым, а в некоторых случаях даже превосходит или равна им. Это касается меди, цинка, свинца и хрома.

10. Коэффициент подвижности микроэлементов в пойменных почвах рек Северного Зауралья имеет следующий ряд:

Общий ряд - Со > Cu > Ni > Pb > Cd > Zn=Mn > Cr.

Тобол- Со > Си > Ni > Pb > Mn > Cd > Zn > Cr.

Пышма- Cu > Ni > Cd > Pb > Со > Zn > Mn > Cr.

Тура - Со > Си > Ni > Pb > Zn > Mn > Cd > Cr.

Наименьшей подвижностью микроэлементов обладают лугово-болотные почвы, максимальной - дерновые.

11. Вариабельность микроэлементов в порядке увеличения ее коэффициента в пойменных почвах имеет следующий ряд:

Общий ряд - Co=Zn > Pb > Mn > Cu=Cr > Ni.

Тобол - Zn > Pb > Со > Ni > Cr > Mn > Cu.

Пышма —Mn > Zn > Cu > Pb > Со > Cr > Ni.

Тура - Co > Cr > Mn > Zn > Cu > Pb > Ni.

Среди пойменных почв наибольшей вариабельностью обладают дерновая и лугово-болотная почвы, несколько меньше - луговая.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Букин A.B. Тяжелые металлы в пойменных почвах средних рек Северного Зауралья / A.B. Букин // Аграрный вестник Урала. Екатеринбург: УрГСХА, 2011. -№8.-С53-55.

2. Букин A.B. Тяжелые металлы в аллювиальных почвах реки Пышма / A.B. Букин // Вестник ТГСХА. Тюмень: ТюмГСХА, 2010. -№3. _ с 31-35.

3. Букин A.B. Тяжелые металлы в аллювиальных почвах р. Тура и их профильное распределение / A.B. Букин // Научно-техническое творчество молодежи - агропромышленному комплексу Урала и Сибири: Сборник материалов конференции молодых ученых - Тюмень: ТГСХА, 2010. - С 120-124.

4. Моторин A.C. Плодородие пойменных почв реки Тура / A.C. Моторин, A.B. Букин // Перспективы инновационного развития АПК: Международная научно-практическая конференция, посвященная 420-летию земледелию Зауралья - Тюмень: ТГСХА, 2010. - С 315-326.

5. Букин A.B. Содержание микроэлементов в пойменных почвах реки Тобол / A.B. Букин // Перспективы инновационного развития АПК: Международная научно-практическая конференция, посвященная 420-летию земледелию Зауралья - Тюмень: ТГСХА, 2010. - С 183-188.

6. Букин A.B. Микроэлементы в пойменных почвах реки Тобол / А.В.Букин // Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов: Тезисы докладов Международной конференции - Тюмень: ТГУ, 2010. - С 324-325.

7. Букин A.B. Агрохимическая характеристика аллювиальных почв поймы реки Пышма / A.B. Букин II Инновации молодых ученных агропромышленному комплексу Сибири и Урала: Сборник материалов региональной конференции молодых ученых - Тюмень: ТГСХА, 2010. - С 18-21.

Подписано в печать 27.02.2012. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 087. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Букин, Андрей Владимирович, Тюмень

ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

61 12-3/1212

На п

рукописи

Букин Андрей Владимирович

СОСТАВ И СВОЙСТВА АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ СРЕДНИХ РЕК СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, с. н. с.

A.C. Моторин

Тюмень - 2012

СОДЕРЖАНИЕ Введение........................................................................3

1 Обзор литературы..................................................................7

1.1 Процессы почвообразования аллювиальных почв..........................7

1.2 Состав и свойства аллювиальных почв......................................13

1.3 Содержание микроэлементов в аллювиальных почвах..................19

2 Объекты и методика исследований.........................................27

2.1 Объекты исследований...........................................................27

2.2 Методика исследований..........................................................31

3 Зональные особенности гидрологического режима аллювиальных почв................................................................................ 33

3.1 Гидрологическая характеристика реки Пышма..............................36

3.2 Гидрологическая характеристика реки Тура.................................38

3.3 Гидрологическая характеристика реки Тобол...............................42

4 Состав и свойства аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья..............................................................................46

4.1 Строение и морфогенетическая характеристика почв.....................46

4.2 Гранулометрический состав почв.............................................60

4.3 Химическая характеристика почв.............................................67

5 Содержание микроэлементов в аллювиальных почвах средних рек Северного Зауралья.............................................................82

5.1 Валовые формы микроэлементов.............................................82

5.2 Подвижные формы микроэлементов..........................................99

Выводы............................................................................146

Список использованной литературы.....................................150

Приложения......................................................................167

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Почвы пойменных ландшафтов являются неотъемлемым компонентом очень сложных и продуктивных экосистем. Сложность процесса почвообразования, его высокий динамизм, специфика водного питания, существенное влияние интразональных факторов (аллювиальных и поемных процессов) являются основными причинами слабой изученности пойменных экосистем с почвенно-агрохимических позиций. Это проявляется в недостаточности материалов по режиму биологических, химических и физико-химических процессов в пойменных почвах, в малом количестве данных по их гумусному состоянию, содержанию и распределению макро- и микроэлементов. Поэтому слабо разработаны экологически обоснованные пути рационального использования и охраны аллювиальных почв. Действие антропогенных (в первую очередь сельскохозяйственных) факторов на них неуклонно усиливается в связи с тем, что данные почвы составляют основу лучших природных кормовых угодий и являются очагами интенсивного кормопроизводства и овощеводства.

В Тюменской области пойменные почвы занимают площадь более 1 млн. га. Площадь сельскохозяйственных земель на пойменных почвах составляет 463 тыс. га или 8,8% от общей площади сельскохозяйственных угодий (Каретин, 1990).

Пойменные почвы играют поистине неоценимую роль в формировании средообразующих, ресурсовоспроизводящих и эстетических функций ландшафтов речных долин. Они характеризуются наиболее динамичным развитием, обусловленным как естественными, так и антропогенными факторами.

Поймы рек являются наиболее молодыми участками земной суши. Они представляют особый тип ландшафта, подверженный сильному воздействию геологических и биологических факторов, и находящийся в состоянии ярко выраженного развития и преобразования. Поэтому почвенный покров речных пойм отличается исключительной пестротой в пространстве и динамичностью во времени. Речные долины и их поймы - это природные дрены, осуще-

ствляющие перенос огромного количества твердых и жидких стоков (в том числе биогенных макро- и микроэлементов) с суши в моря и океаны. Это обстоятельство создает в них особые условия почвообразования, резко отличные от таковых на водоразделах. В то же время поймы рек и их почвы теснейшим образом связаны через аллювий, поверхностные и грунтовые воды с природными условиями придолинных районов и всей площадью бассейна (Ковда, 1946; Добровольский, 1984).

Профессор К.П. Горшенин (1955), изучая почвы пойм Западной Сибири, сделал вывод: «Поймы, в частности Сибирских рек, очень сложны по водному режиму. Многие тайны все еще не раскрыты. О сибирских реках очень мало исследовательских материалов. По отдельным частям некоторых рек имеются опубликованные данные, но распространение их на всю пойму без анализа местных условий может привести к нежелательным результатам». Эти положения подтверждают целесообразность проведения исследований на пойменных почвах Северного Зауралья.

Цель исследований. Изучение состава и свойств аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья. Задачи исследований:

1. Дать морфологическую характеристику основных типов аллювиальных почв;

2. Изучить гранулометрический состав и химические свойства аллювиальных почв;

3. Определить содержание и распределение микроэлементов в аллювиальных почвах.

Научная новизна. Впервые выявлены зональные особенности морфологического строения, гранулометрического состава и пространственной вариабельности его различных фракций в пойменных почвах средних рек Северного Зауралья. Установлено содержание гумуса, величины обменной и гидролитической кислотности, емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями, содержание валовых и подвижных форм питатель-

ных веществ в основных типах пойменных почв. Впервые изучено содержание, особенности внутрипрофильного и пространственного распределения микроэлементов в аллювиальных почвах и выявлены определяющие их факторы (содержание гумуса, карбонатов, гранулометрический состав, величина емкости поглощения, рНкС1).

Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты позволяют разработать экологически безопасные технологии рационального использования и охраны пойменных почв в интенсивном луго-пастбищном хозяйстве и освоении под пашню, при усилении гидромелиоративного и агрохимического воздействия.

Материалы исследований используются в учебном процессе в Тюменской ГСХА при чтении лекций по дисциплине «Сельскохозяйственная экология».

Защищаемые положения:

- в поймах средних рек Северного Зауралья состав и свойства выявленных типов аллювиальных почв (дерновые, луговые и лугово-болотные) имеют зональные особенности;

- содержание и распределение микроэлементов в аллювиальных почвах определяются их гранулометрическим составом и химическими свойствами.

Апробация работы. Результаты исследований представлены и обсуждены на заседаниях кафедры; на региональной конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу Сибири и Урала» (Тюмень, 2010); на Международной научно-практической конференции, посвященной 420-летию земледелия Зауралья «Перспективы инновационного развития АПК» (Тюмень, 2010); на Международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе одна публикация в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст

изложен на 170 страницах. Диссертация содержит 25 таблиц, 17 рисунков и 68 приложений. Список использованных источников состоит из 189 наименований, в том числе 23 иностранных авторов.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, Заслуженному агроному РФ, доктору сельскохозяйственных наук, с. н. с. A.C. Моторину, а также за оказанную помощь при подготовке рукописи к защите доктору биологических наук И.В. Греховой, ст. преподавателю кафедры почвоведения и агрохимии ТГСХА А.Г. Корякиной.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Процессы почвообразования аллювиальных почв

Несмотря на особую роль речных долин в истории земледелия, изучены они в агрономическом и особенно в генетическом отношениях значительно слабее, чем почвы водораздельных пространств. Впервые четкое понятие о пойменных почвах в отличие от аллювиального наноса сформулировал Н.М. Сибирцев (1900). Им же был выделен в подклассе аллювиальных почв тип пойменных почв.

Специфика процесса почвообразования в долинах рек была отмечена в одной из ранних работ Б.Б. Полынова (1909). Разработка общего учения о почвообразовательном процессе в поймах рек принадлежит В.Р. Вильямсу (1919).

В результате работ вышеприведенных исследователей учение о почвообразовании в поймах рек получило возможность опираться на большое количество данных конкретных исследований.

На основе почвенно-географических исследований (Полынов, 1921; Прасолов, Соколов, 1927; Блажний, Тюремнов, 1929; Ковда, 1946; Шраг, 1953; Иванова, 1956) преодолены прежние представления о пойменных почвах как почвах «анормальных» и «азональных». Утвердился взгляд на наличие эволюционно-генетических связей между различными пойменными почвами, которые обусловлены общим процессом развития ландшафтов речных долин (Крашенинников, 1922; Иозефович, 1931; Зонн, 1933; Плюснин, 1938; Летунов, 1942; Ковда, 1946; Блажний, 1949; Ковда, Егоров, 1953; Владычен-ский, 1954; Егоров, 1959; Соколов, 1963).

В зарубежном почвоведении внимание к пойменным почвам проявляется в тех странах, где речные долины имеют существенное сельскохозяйственное значение: в Польше (Tomaszewski, 1957; Musierowicz, 1958; Okrusko, 1960), Германии (Stremme, 1952; Kubiena, 1953; Laatsch, 1954; Mu'chenhausen, 1956), Венгрии (Jasso, 1960; Mate, 1960), Чехии (Yurca, 1959), Франции (Dupuis, 1956), США (Riecken, 1959).

И.И. Плюснин (1971) главнейшим фактором почвообразования в поймах считал растительность, но в формировании почвенного профиля отдавал первенство аллювиальным процессам и стадийности развития поймы. Развитие и возраст почв в пойме он рассматривает в неразрывной связи с формированием поймы в сторону террас и ее возрастом. В пределах лесной, лесостепной и степной зон он предложил выделить следующие типы почв: 1 - ал-лювиально-аккумулятивный (примитивный); 2 - аллювиально-дерновый (ма-лосформированный) слоистый; 3 - дерново-лесной; 4 - дерново-луговой; 5 -болотный; 6 - солончаки; 7 - солонцы; 8 - солоди; 9 - пойменно-зональный.

В.А. Ковда (1946), рассмотрев вопросы генезиса и классификации пойменных почв, показал, что их развитие во времени характеризуется усилением роли зональных биологических факторов и ослаблением роли воды грунтового увлажнения. Им установлено, что поймы и дельты, благодаря аллювиальному процессу, как бы наследуют продукты выветривания и почвообразования, созданные на водоразделах и склонах. Притеррасная часть поймы является мощным ландшафтно-геохимическим барьером, т. к. именно в ней происходит осаждение и аккумуляция больших количеств химических соединений.

Существенный вклад в изучение основных закономерностей пойменного почвообразования, генезиса, географии и классификации почв пойменных экосистем внесли работы В.И. Шрага (1953). В генезисе и почвообразовании он основное внимание уделяет аллювиальному и поемному процессам. В соответствии с этим в классификации В.И. Шрага выделяют три стадии почвообразования. Первая включает почвенные разновидности с начальными признаками почвообразования с выраженным аллювиальным процессом и различной степенью поемности. Для второй стадии характерно значительное ослабление аллювиального процесса. В третьем случае аллювиальные и поемные процессы ослаблены настолько, что в почвах преобладает зональные признаки почвообразования. Он отмечает, что все пойменные почвы по сво-

ему генезису являются аллювиальными, но не все аллювиальные - пойменными.

Основная особенность гидрологии пойменных ландшафтов - неразрывная связь грунтовых вод с водами самой реки, а в пойме нет таких почв, которые бы не испытывали в той или иной мере их влияние (Зайдельман, Оглезнев, 1963). Степень же влияния грунтовых вод зависит от длительности паводка.

По современным представлениям, изложенным Б.Г. Розановым (1998), почвы пойм формируются под влиянием тех же факторов почвообразовате-лей, что и почвы водоразделов. Однако их действие осложняется специфическими процессами - поемным (затопление паводковыми водами) и аллювиальным (накопление аллювия, оседающего из паводковых вод), а также переменным гидроморфизмом вследствие влияния грунтовых вод. Последние обусловливают развитие гидроморфно-аккумулятивного процесса в центральной пойме и заболачивание в притеррасье.

Обстоятельный анализ почвообразования на поймах дан Г.В. Добровольским (1968). По его мнению, генезис почв в регулярно затопляемых поймах развивается под влиянием дернового, лугового и болотного процессов. Первая стадия почвообразования на поймах начинается с поселения растительности на свежем аллювии прирусловых грив и дает начало дерново-луговому ряду. На месте затопленных водоемов оно связано с образованием болотно-лугового ряда эволюции пойменных почв. С выходом поймы из режима поемности наступает вторая стадия развития пойменных почв и трансформация их в сторону автоморфных зональных почв. К аналогичному процессу почвообразования сводятся выводы работ Сибирских ученых (Кузнецов, 1951; Непряхин, 1963; Тюменцев, 1968; Славнина, 1971; Вылцан, Лиха-нова, 1972; Гаджиев, 1976).

П.Н. Балабко (1991), проведя многолетние исследования микроморфологии пойменных почв долин рек различных природных ландшафтов, установил, что дерновый, луговой и болотный типы почвообразования в условиях пойм проявляются в наборе и интенсивности элементарных почвенных про-

цессов. Для дернового процесса характерно в первую очередь гумусообразо-вание и биогенное оструктуривание. Луговому типу почвообразования свойственно интенсивное гумусообразование и гумусонакопление, биогенное и гидроморфное оструктуривание, оглеение, лессиваж, ожелезнение, окарбона-чивание. Болотный тип почвообразования преимущественно проявляется в сочетании процесса интенсивного оглеения с торфонакоплением.

Существенной особенностью поемных ландшафтов, по мнению Г.В. Добровольского (2005), является высокая плотность жизни и обусловленная этим интенсивность почвообразовательного процесса, высокое плодородие пойменных почв. К иному взгляду на оценку биологического фактора в образовании пойменных почв пришла Е.А. Афанасьева (1940) в результате изучения почв поймы р. Мологи. По ее мнению «роль биологических агентов сводится здесь только к усилению распада минералов материнской породы и выносу его продуктов из толщи почвы».

А.И. Перельман (1961) считает, что река и ее пойма представляют особый геохимический ландшафт, сопряженный с ландшафтами не только соседних склонов и водоразделов, но и с ландшафтами всего бассейна лежащего выше по течению реки.

На современном этапе познания основных закономерностей формирования почв пойменных экосистем все большее распространение получают работы эколого-генетического плана (Воронова, 1986; Еловская и др., 1989; Романова, Шмигельская, 1989; Шепелев, Шаталин, 1990; Гафуров, Фирсова, 1992; Шелест, 2001). Авторы в своих исследованиях пытаются охватить все стороны процесса пойменного почвообразования и вычленить в предложенных ими классификациях ведущие, на их взгляд факторы. Однако большинство из них разработано на примере конкретных регионов и не могут претендовать на универсальность.

Исключительная сложность и динамичность условий почвообразования в поймах рек является одной из причин недостаточной изученности их в генетическом и агрономическом отношениях. Прерывистый и «земноводный»

характер пойменного почвообразования, нарастание пойменной толщи вверх и обусловленная этим слоистость пойменных почв затрудняют и осложняют применение обычного «профильного» метода изучения почв по генетическим горизонтам.

Характер почвенного покрова речных пойм зависит как от их географического положения, так от типа самой поймы, определяемого, в свою очередь, геологической историей самой долины, ее геоморфологией, растительным покровом и характером хозяйственного использования. Даже в пределах одной и той же поймы, но в разных ее генетических областях (прирусловье, центральная область, притеррасье) различия в условиях почвообразования, в свойствах пойменных почв и процессах их формирующих настолько существенны, что решительно невозможно рассматривать эти почвы в качестве одного типа почв (Добровольский, 2005).

Поймы рек Тюменской области представляют особый тип ландшафта, подверженный очень сильному воздействию геологических и биологических факторов и находящийся в состоянии ярко выраженного ра�