Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Субаквальный диагенез почв

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Субаквальный диагенез почв"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР Сибирское отделение Институт почвоведения и агрохимии

На правах рукописи УДК 631.« + 631.445.9 + 631.48

СЕРЫШЕВ Владимир Александрович

СУБАКВАЛЬНЫЙ ДИАГЕНЕЗ ПОЧВ (03.00.27 - почвоведение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск - 1992

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте биологии при Иркутском государственном университете

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Ведущее учреждение: Институт географии СО АН СССР

Защита состоится 20 февраля 1992 года на заседании спе! лизированного совета Д-002.15.01 при Институте почвоведения агрохимии СО АН СССР (630099, Новосибирск, 99, Советская, К конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институ почвоведения и агрохимии СО АН СССР.

Автореферат разослан "/:? " Яи1992 года.

И.А.Соколов,

доктор биологических наук

Н.М.Костенков,

доктор биологических наук

В.М.Курачев

!

Ученый секретарь специализированного совета, доктор биологических наук

М.И.Дерга

• ВВЕДЕНИЕ

""Нгатуальность. При создании водохранилищ в зону водоемов в ¡стоящее время по стране вовлечено более десяти миллионов гекта->в в основном плодородных земель. Под влиянием затопления из )чв вымываются биогенные,.органические, минеральные вещества и сазывают существенное влияние на качество воды. При этом сами )чвы трансформируются и приобретают ряд новых свойств.

Изучению трансформации затопленных почв посвящено довольно *ого работ. Однако в них не акцентировано внимание на измене-ли свойств и признаков почв под влиянием различных сроков затоп-зния, далеко не полно освещены процессы разложения и синтеза ор-энического вещества, отсутствуют данные по диффузионным потокам знов в системе вода - донные отложения - затопленные почвы, не аработана общая концепция диагенеза почв в субаквальных условиях, здоЬтаточно полно решен вопрос классификации затопленных почв.В злом изучение устойчивости почвенного покрова и его реакция на зменение внешней среды имеет важное значение для познания эволю-ии почв, сохранности почвенных признаков и свойств, для прогно-ирования последствий воздействия различных хозяйственных меро-риятий.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы - изучить иагенез почв в субаквальных условиях. Согласно этой цели реша-ись следующие задачи:

1. Изучить диагенетические изменения морфологии, физических войств, вещественного и химического состава затопленных почв.

2. Выяснить диффузионное перераспределение вещества в процес-е диагенеза почв.

3. Разработать классификацию и номенклатуру подводных почв.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования служи-

и почвы ложа Усть-Илимского, Братского и Иркутского водохранилищ погребенно-затопленные почвы залива Провал оз. Байкал. Время атопления от 2-3 до 120-123 лег.

Изучение почв мелководий выполнено способом парных разрезов, гот метод единственно доступный при изучении диагенегических лре-бразований почв на мелководьях созданных водохранилищ (Гаджиев, 973; Кореневская и др.,1973; Альтман,1982; 1988). Парные разрез -:олонка закладывались на почвах одной подтиповой принадлежности с шизкими морфологическими признаками и химическим составом.

Пробы затопленных почв мелководий Братского водохранилища брали с борта катера специально сконструированный буром, в осно устройства которого лежит принцип бура Смертина. Образцы почв аналогов отбирали из разрезов, заложенных на берегу. В глубоко! дных участках водохранилищ пробы почв и отложений брали трубкой ГОИНа (1Г-1). На Усть-Идимском водохранилище для сравнения иссл довали почвы берегов или почвы, взятые непосредственно из ложа (до наполнения водоема). В зимнее время на мелководьях Братског водохранилища и залива Провал пробы брали со льда.

При изучении обмена вещества в системе вода - донные отлол ния - затопленные почвы пробы придонной воды (ПВ), донных отлов ний (I) и затопленных почв (II, III, 1У, У) отбирали ежемесячно (кроме ноября) в течение 1933-1984 гг. на четырех мелководных станциях Братского водохранилища. Затопленные почвы представлен черноземами (залив Унга, станция I), серыми лесными остаточно-* бонатными (левый берег Балаганского расширения, ст. 2), дерновс карбонатными почвами (правый берег Балаганского расширения, ст. и падь Кедровая, ст. 4). Практически все верхние гумусосодержан горизонты частично разрушены (в серых лесных почвах - полностьн и перекрыты донными наносами мощностью 10-15 см.

.Для микроморфологического описания почв использовали терм! ны, приведенные в руководстве Е.И.Парфеновой и Е.А.Яриловой (IS и международном словаре микроморфологических терминов (Jongeriu Rutherford,1979).

Химический анализ почвенных образцов и отложений проводилс по общепринятым методикам (Аринушкина,1970; Практикум по почвоз дению,1980). Поровый раствор (почвенно-грунтовый раствор, пороз или иловые воды) выделяли прессованием проб под давлением 150-< кг/см2 (Крюков,1971).В заложенных в прибор порциях грунта выделе ние растворов проводилось до тех пор, пока раствор не перестав; выделяться. Это сделано потому, что в конце отпрессования имее: место изменение качественного состава раствора (Минкин,1973). I лученный раствор из разных порций грунта объединялся в одну npi бу. Химический анализ поровых вод выполнялся в соответствии с i тодиками, описанными в руководствах по анализу вод суши (Руков! ство ...,1977; Унифицированные ...,1973). Поровые растворы и п] донная вода перед анализом отфильтровывалась через мембранные фильтры с диаметром пор 0,4 мк. Полученные аналитические данны«

5работаны методами вариационной с та тес гики (Дыигриов,1972).

Определение группового и фракционного состава гумуса проводи по схеме И.В.Вэрина в модификации В,В.Пономаревой и Г.А.Пло-шсовой (Пономарева,Плотникова,1975). Гуняновые кислоты выделяла ) Д.С.Орлову и Л.А.Гришиной (1981). Элементный состав гуииновых лслот определен по методикам В.А.Климовой (1967), Да. и В. Нидрль [949), Н.Э.Гельман (1965). ИК-спектры получены па спекгрофого-зтре Ш-20 Препараты гуминовых кислот растирали в вазелиновом зеле, наносили на поверхность лодлояки из хвг. Съемку производи-я в области 400—4000 см-1.

Для характеристики почв на регистрирующем спектрофотометре £-14 в диапазоне 400-750 на была определена спектральная отрага-зльная способность (Карманов, 1974; Михайлова,1981), сняты, слект-а поглощения ГК-2 (вытяяка № 2), вычислены коэффициенты экстия-ии

Емг/ыл1

определено содержание хлорофилла в спиртобвнзольпшс ютрактах по Е.В.Фридлацд с соав. (1976), определена степень ао-зкулярной полидисперсносги ГК и ГВ (сефэдзкс 0-50,зл::знт 0,05 трис-нс1 + I %ът>с - 1Та гН 8,0) (ЫияенозсккЗ.КЗ'О.

Илистая фракция из некарбонатных образцов пзчв и отлоезпий аделялась по Р.Х.Лйдингсну (1960), а из карбонатных - по Н.И.Гор-унову (1963). Рентген-дпфрактоиетрическкй аналкз выполезя после даления органического вещества путей 3-5 кратной обработка об-эзца 10 % Н2О2 на водяной бане и сняг:я несклнкатного -елззэ по зра и Джексону. Состав глинистых минералов определяли по известим диагностическим признакам (Градумэз,1976; Соколова,1535).

Работа выполнялась в лабораториях КИИ биологии прп Иркутском осуниверситете. Отдельные виды анализов выполнены в Институте зфте- и углехимкческого синтеза при ИГУ, Институте органической ямии СО АН СССР, Почвенном институте им. В.В.Докучаева, на ка-здре химии почв факультета почвоведения МГУ.

Научная новизна. Впервые в сопряженном изучении причин я педствий проявления и развития дизгенеза почв в субаквалышх ус-овиях вскрыты диагенетичеекке изменения морфологии, физических войств, вещественного и химического состава. Показано диагеветп-зское преобразование органического вещества почв.Рассчитаны дпф-узионные потоки ионоз в системе вода - донные отлога вея - заиленные почвы мелководных участков водоема. Установлены основные акономерносги диагенеза почв в субзквзльных условиях и выявлены

процессы его определяющие. Предложена классификация подводных почв.

Защищаемые положения. I. Субаквальный диагенез представляв! собой необратимые деградационные изменения свойств и признаков почв в результате постоянного или длительного пребывания их б водной среде.

2. Преобразование органического вещества и диффузионное перемещение продуктов в системе вода - донные отлонения - затопле! ные почвы являются ведущими процессами субаквалвного диагенеза почв.

3. В основу классификации субаквальных почв положены принципы генетического почвоведения.

Вклад в разработку проблемы. Проведенными исследованиями созданы предпосылки и внесен вклад в развитие нового научного направления в почвоведении - субаквального диагенеза почв. Авто ру принадлежит разработка программы исследований и руководство при ее выполнении, сбор материала, значительная часть экспериментальных работ, обобщение исходной информация и теоретические разработки.

Практическое значение работ. Результаты исследований кспол зовакы при оценке затопляемых почв для прогноза качества вод Усть-Илимского водохранилища, при выяснении роли донных отложен и затопленных почв во вторичном эварофировании Братского водохранилища. Материалы работ переданы в ГКНТ в 1977 и 1979 гг.,Гиг ропроект, Иркутский областной комитет по охране природы. Полученные данные по характеристике затопленных почв могут быть использованы при разработке единой классификации естественных и антропогенных почв.

Апробация работы и публикации. Материалы работы были представлены на научно-технической конференции "Повышение зффектив1 сти использования мелиорируемых земель в Сибири" (Красноярск, 1976), на 5 и 6 Всесоюзном лимнологическом совещании (Листвени-чное на Байкале,1981, 1984), на Всесоюзной научной конференции "Проблемы экологии Прибайкалья" (Иркутск,1982), на регионально! совещании "Земельные ресурсы Сибири" (Новосибирск,1982), на 2 Всесоюзной конференции по микроморфологии почв (Тарту,1983), ш Всесоюзной конференции "Почвы речных долин и дельт, их рациона; ное использование и охрана" (Москва,1984), на 5 съезде Всесоюз!

гидробиологического общества (Тольятти,1986), на 2 всесоюзной учном совещании "Моделирование и прогнозирование изменений при-■дных условий при перераспределении водных ресурсов" (Новоси-:рск,1987), на 19 Всесоюзной гидрохимическом совещании "Состоя-[е и перспективы развития методологических основ химического и юлогического мониторинга поверхностных вод суши" (Ростов н/До-г,1987), на 8 Всесоюзной съезде почвоведов (Новосибирск,1989), 2 Всесоюзном совещании "Геохимия техногенеза" (Минск,1991).

По теме диссертации опубликовано 28 работ.

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, 9 глав выводов, изложена на 334 страницах машинописного текста, вклю->ет 76 таблиц и 15 рисунков. Список литературы содержит 348 наи-!новаций работ отечественных и 32 зарубежных авторов.

При подготовке рукописи даны ценные советы и консультации шдидатом химических наук И.Б.Мизандронцевым. При получении фак-гаеского материала помощь автору оказана Н.В.Серышевой, Е.В.На-фовой, Л.И.Семеновой, А.А.Ояерельевым. Всем упомянутым лица« зтор приносит искреннюю благодарность.Особую признательность ав-)р выражает профессору, доктору биологических наук О.М.Коковой кандидату биологических наук Е.А.Яриловой за поддержку и помощь ходе выполнения работы.

I. ПРОБЛЕМЫ ДИАГЕНЕЗА И СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ СУБАКВАЛЬНЫХ ПОЧВ - -

Изменение почв в связи с изменением факторов почвообразова-яя С.А.Захаров (1927) отнес к метаморфозу. И.П.Герасимов (1968), влагая свои взгляды на метаморфоз почв и эволюцию типов почвооб-эзования, предлагал " во всех тех случаях, когда происходит быс-рое или медленное, но существенное изменение факторов лочвообра-эвания" использовать термин параметаморфоз почв. Далее он же, зссыатривая древние ископаемые (погребенные) почвы, отмечал, что автоморфных условиях при погребении почва разрупается и транслируется, ее первоначальные свойства постепенно утрачиваются и идоизменяются и в то же время приобретают некоторые новые качес-ва. Эти изменения И.П.Герасимов (1971) рекомендует называть диа-знетическими, или педометаморфическими.

Ряд исследователей (Морозова, 1972; Таргульян,Александровский, 976; Иванов и др.,1978, 1980; Демкин,1979; Александровский,1983; убин,1984 и др.), занимающихся изучением ископаемых почв, под ди-

агенезом понимают изменения,происходящее в почвах под влиянием захоронения в автоморфных условиях.

В отличие от почвоведов, родоначальники термина "диагенез" геологи (литологи) вкладывают в него несколько иной смысл. По. Н.М.Страхову (1978) диагенез мыслится как этап физико-химиче с кого уравновешивания осадка, представляющего собой первоначально неравновесную физико-химическую систему, резко обводненную и бога тух органическим веществом как живым (бактерии), так и мертвы] Исходя из этого определения, термин "диагенез" может быть употреблен только в том случае, когда превращения вещества происходят в субаквальной среде. Следовательно, правомерность применения этого термина к затопленным почвам вполне обоснованна. Во-первых, в покрытых водой почвах идет процесс подводного выветривания; во-вторых, в системе вода - почва происходят реакции между минералами почв и растворами; в-третьих, при взаимодействии почвы, с водой получается неравновесная физико-химическая систем; яоторая стремится стать равновесной. В результате этого воды,пр| пнтыващне почву, разрушают исходные минеральные вещества,спосо! сгвуюг диффузионному перераспределению продуктов подводного выветривания и образованию новых органических и минеральных соединений, свойственных этой новой геохимической среде. Подобные пр| цессы, происходящие в почвах, можно объединить под одним общим наименованием "собственно диагенез почв" или "диагенез почв",т.I необратимые дегрвдационные изменения свойств и признаков поч: в субаквальных условиях.

Исследованию сеойств затопленных почв посвящено значительн' количесгво работ (Владыченский,1968; Виноградов,1968, 1969; Кор> невская и др.,1973, 1976, 1985, 1988; Тихомиров, 1975, 1980; Фед> ров,Гадкиев,1976; Зайдельман и др.,1978; Паламарчук и др.,1979; Новиков,1981; Воронин и др.,1984; ГромоваДуковская,1985 и др.)

Проведенный анализ литературных данных свидетельствует о разнозначимом проявлении процессов трансформации почв под влиян ем затопления. Это связано с различными условиями существования водохранилищ, временем и характером эксплуатации, особенностями почвенного покрова и химическим составом воды.

2. ДИАГЕНЕЗ ПОЧВ Л01А УСТЬ-ИЛИМСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Изучение почв до и после затопления водами Усть-Илимского водохранилища показало, что по морфологическим признакам затоп-

иные почвы в глубоководных и закрытых мелкозодных участках в новном сохраняют исходный облик, но подвергаются оглеению и которому уплотнению. В открытых мелководных участках и в зонах и отметках уровня воды 268-272 и 290-296 м заполнения водоема, агодаря гидродинамическим факторам,морфологическое строение чв изменилось: гуыусированные горизонты подверглись абразии и 'актически полностью разрушилясь.-

Под влиянием 3-5-легнего пребывания почв под водой цветовая мма их приобретает сероватые и зеленоватые тона, происходит не-торое снижение межагрегатной пористости, возрастание плотности увеличение количества агрегатов -экскрементов за счет жизнеде-'ельности бентосных организмов. Тонкодисперсная масса обесцвечи-ется, идет процесс преобразования текстур оптически ориентиро-нных глин, упрощение типое микростроения. Растительные остатки д действием грибов и бактерий интенсивнее разрушаются, гумифи-[руются с образованием темноокрашенных, бурых и черных сгустков :омочков) органической плазмы. Начинаю г лоявлятся "сажистые" и тлистые" образования. Возрастает роль бентофауны в разрушении ютительных остатков. Наблюдается разрушение железисто-глинис-гх, железисто-марганцевых стяжений. Ь отдельных горизонтах уси-гааются процессы выветривания зерен минералов - расчленение би-:ита, хлорита на мелкие чешуйки и их значительное обесцвечивание; 1Говая обманка, кроме обесцвечивания, разрушается по краям зерен по трещинам спайности.

На начальной стадии диагенеза почв доминируют восстановитель-ю процессы. Актуальная кислотность бескарбонатных почв повышзет-[, а щелочных - снижается.

Направление трансформации органического вещества в субакваль-к условиях определяется механическим составом, временем нахожде-:я почв под водой, гидродинамической активностью водных масс и :части исходной тиловоЛ принадлежностью почв.

В супесчаных подзолистых почвах в первые три года затопления »держание органического углерода (С0рГ) возрастает, э в последующе годы его количество в почвогрунгах стабилизируется и не превы-¡ет величин, отмеченных до затопления. В суглинистых почвах полного не происходит. В них количество Сорг в верхних органо-ак-гыулятивных горизонтах в первые два года затопления резко снижайся. При более длительном пребывании под водой в отдельных коло-

нках содержание С0рГ продолжает снижаться, а в других - повыша. ся. Одновременно преобразуется и состав гумуса. Степень трансфо. мации органического вещества, определяемая долей органического азота в его составе, как правило, наибольшая после 2-3 лет преб: вания почв под водой. При длительном затоплении (4-5 лет) проце> трансформации ослабевает, хотя продолжает оставаться еще доволь высоким.

При затоплении, в результате бактериального разрушения орг нического вещества, гидролиза почвенных минералов, жидкая фаза почв обогащается рядом органических и минеральных соединений. С держание и характер распределения их по профилю субаквальных по зависит от времени пребывания под водой и биогеохимических уело вий ложа водоема.

Влияние затопления по-разному сказывается на поведении поглощенных катионов почв.Масштаб этих изменений, по аналогии с осадками (Грамберг,1968), определяется совокупностью факторов: характером обстановки, гранулометрическим составом, содержанием органического вещества и интенсивностью биохимических процессов степенью карбонатности почв и др. Одновременно затопление приво дит к увеличению в почвах подвижных форм железа за счет новообр зования карбонатов, сульфатов и фосфатов ¡железа. Кроме того, уж на ранних стадиях диагенеза почв изменяется и их минеральный с став, повышается содержание алюминия, железа, фосфора, серы, сн жаегся - силикатов.

3. ДНА ГЕНЕ ТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЫОРФСЮОГИИ, ФИЗИЧЕСКИХ СВОЛСЗ ВЕЩЕСТВЕННОГО И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗАТОПЛЕННЫХ ПОЧВ ЛС БРАТСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ!

При длительном затоплении (17-19 лет) в поверхностных горя зонтах почв мелководий под влиянием абразии и переотложения исл дное микростроение изменилось полностью. Усилилось разрушение тонкодисперсных железисто-гумусово-глинистых пленок на зернах ь нералов, из-за потерь гумуса частично разрушились агрегаты.Окра ка почвенной массы приобрела сероватый или сизоватый оттенки. С уплотнилась, снизилась видимая порозность, изменились формы и { змеры пустот. Произошло обогащение затопленных почв разнообразк ми формами новообразованных карбонатных минералов. В то же вре! арагонит оказался неустойчивым в условиях длительного затоплен! Значительно трансформировалось органическое вещество. Усилилас]

струкция органических остатков с преооразованиеи их в бурую и рную органическую плазму (иеланон;.Присущий незатопленным по-ам темноикрашенныи гумус в виде гумонов подвергся частичной ди-ергации, стало оолыле высокодисперсного оурого гумуса, в дерно--карбонатнои почве оонаружнлась начальная стадия перегруппиров-: глинистого компонента.

В постоянно затопленных почвах мелководий доминируют восста-вительные условия. В верхнем слое возрастает рН в.связи с появ-нием кароонатов. Содержание органического вещества в оольшинст-почв снижается, однако в слабопроточных участках мелководий, ;е разлагаются аллохтонные и автохтонные растительные остатки, ■о количество монет возрастать. Отношение С:и расширяется, что :азывает на качественные изменения гумуса. Из подвижных форм же-¡за, как правило, преобладают закисные. Наибольшее количество их \чечается в бывших перегнойных горизонтах. Из донных отложений :лезо частично удаляется вследствие гидродинамической активности |дных масс, а частично переходит в нерастворимое состояние. В-¡рхних горизонтах затопленных почв происходит дезинтеграция бо-¡е крупных минеральных зерен с образованием тонких фракций.

В глубоководных зонах водохранилища также происходит обес-¡ечивание горизонтов почв за счет отбеливания минеральных зерен : красящих пленок, уплотнение и утрачивание агрегированности,но-юбразование карбонатных минералов, упрощение оптической ориен-фовки глины в затопленных почвах и образование глинистых микрофрегатов в донных отложениях. Растительные остатки, кроме коры, шктически полностью разрушаются и переходят в темноокрашенный т бурый гумус, частично в виде плотных черных сгустков.Роль гри->в и зообентоса в разрушении растительных остатков, по сравнено с затопленными почвами Усть-Илимского водохранилища, снижает-I. Как правило, железисто-глинистые и железисто-марганцевые стя-¡ния в затопленных почвах отсутствуют, отмечаются только неболь-1е остаточные концентрации оксидов железа.

Затопленные почвы обезиливаются, а донные отложения обогащайся тонкодисперсным материалом. Содержание органического вещест-э в бывших органо-аккумулятивных горизонтах, как правило, выше, ;м в отложениях. Степень его трансформации от слабой до сильной, составе органического вещества донных отложений удельная доля зога порой выше, чем в бывших перегнойных горизонтах. Постоянное

наличие внутри профиля почвогрунтов восстановительных условий сказывается и на поведения элементов в иловой воде. Растворы более насыщены ионами кальция и магния. В них отмечается довольно высокое содержание сульфат-иона, фосфатного фосфора, общего железа, аммиачного и нитратного азота. Диффузионная миграция ионо] протекает в нейтральной или слабощелочной среде. Диагенетически-ми изменениями затронута и твердая фаза-почв как мелководий, га i и глубоководных зон водоема. Причем направленность изменений по некоторым параметрам для разных почв может быть однозначной.Так в валовом составе дерново-подзолистых и дерново-карбонатных почв под влиянием затопления снижается содержание кальция, натрия, фосфора и возрастает - железа и алюминия.

f. СУБАКВАЛЬНЫЗ ПОЧВЫ ЛО£А 'ИРКУТСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

За период еще более длительного затопления (24-27 лег) окрг ка почв ложа приобрела сероватый, сизоватый и зеленоватый оттеш почвенная масса уплотнилась, растительные остатки трансформиров; лись, границы между горизонтами стали менее отчетливыми. Поэтом; принадлежность затопленных почв к тому или иному типу условна и не свидетельствует о полной их аналогии с современными почвенньн типами.

За время существования Иркутского водохранилища сформировались донные наносы в основном от легко- до тяжелосуглинистого ci става. Зерна минералов затронуты процессами выветривания.Из продуктов выветривания формируются глинистые микроагрегаты. Органические остатки подвергаются разложению и трансформации с образованием коллоидного продукта - гумуса.

В затопленных почвах деструкция растительных остатков прод| кается.Роль бентосных организмов в разрушении органического вещ| ства снижается, агрегаты - экскременты стареют (слипаю!;ся),разр; шаются. Почвенная масса уплотняется.Зерна минералов почти полно' тью потеряли красящую пленку, особенно наглядно это.проявляется слоях с низким содержанием гумуса. Процессы выветривания минера, протекают не так интенсивно, как в донных наносах. В тонкодиспе ной массе происходит разрушение и дезориентация глинистых микро; регатов. Судя по реакции 10 % HCl на свежий образец, в затоплен ных почвах идет процесс образования пирита. Об интенсивности ег новообразования можно судить по количеству выделившегося при эт сероводорода. В почвах преобладают анаэробные условия и нейтрал

зя реакция среды.

Обменные катионы в исследуемых почвогрунтах по среднему со-зряаниго располагаются в следующий ряд: Сар-%>к >Na. В отдоль-зх погребенно-затопленных горизонтах устойчивость этого ряда на-ушается, кальций и магний меняются местами. Их количество достает 90-95 % от суммы поглощенных катионов. Аналогичное состояние атионов отмечено в отложениях днепровских водохранилищ (Палаыар-ук,1972; Новиков,1985).

В затопленных почвах преобладают аморфные формы яелеза (по амму).Сохранность их в почвогрунтах тесно связана с присутстви-м в почвах фосфатов, силикатов и органического вещества,которые орнозят процесс кристаллизации аморфного железа (Чухров и др., 973; Shcwertnaim,1970).

Состав иловых вод отложений несущественно отличается от со-тава растворов погребенно-затопленных почв, что позволяет гово-ить о возможном выравнивании концентраций ингредиентов иезду лоями почвогрунтов.

5. СУБАКВАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ ЗАЛИВА ПРОВАЛ 03. БАЙКАЛ

В затопленных почвах залива Провал, в условиях длительного ахокдения в водонасыщенном и погребенном состоянии (?Г20 лет) инерэльные горизонты по внешним морфологическим признакам прак-ически не отличаются от донных отложений. Перегнойные горизонты трудом можно отчленить по цвету'и сложению от наносов.

В погребенно-затопленных почвах растительные остатки бурые, ерные.Они утрачивают клеточное строение, переходят в коллоидный емноокрашенный гумус, местами в черную плотную масоу.Высокодис-;ерсный бурый гумус прокрашивает глину. Тонкодисперсная масса 'умусово-глинистая, часто без оптической ориентировки, местами [ешуйчато-волокнистая и вокругскелетная. Глина обесцвечена. Зер-ia минералов выветрелые или затронуты выветриванием. Слюдистые гаастинки распались на мелкие листочки. Происходит новообразова-ше гидротроилита, пирита и, возможно, вивианита.

Торфянистые горизонты ясно и четко маркируются в профиле затопленных почв. Для них характерна бурая и черновато-бурая окрас-га. Растительные остатки частично сохраняются, в большей части >ни разложенные,в значительной мере гумифицированные. Гумус бу-шй дисперсный и теыноокрашенный сгустковидный.Трансформированная растительная ткань частично пропитана микрозернистым кальцитом.

Механический состав погребенно-затопленных почв более тяж лый - от легкосуглинистого до легкоглинистого. Вследствие этоп верхняя часть наносов четко отчленяется от почв. Кроме того, В1 личина потери от обработки образцов 10 % НС1 более высокая в п! чвах, чем в наносах.

В отложениях и почвах преобладают восстановительные услов: Причем в донных отложениях ОВП более низкий, чем в.погребенно-затопленных почвах и особенно торфянистых горизонтах. Кислотно-щелочные условия изменяются от слабокислых до нейтральных. В б( шинстве вскрытых колонок существенных различий между наносами почвами по величине рН не отмечается.

Содержание органического вещества в погребенно-зэтопленны: почвах, как правило, более высокое, чем в донных отложениях. Т кая закономерность по азоту не прослеживается.

В обменном комплексе исследованных донных наносов и погре^ бенно-затопленных почв всегда преобладает кальций (55-72 % от суммы поглощенных катионов). На долю магния приходится 18-39 % калия - 1-3 и натрия - 1-2 Существенных различий в содерж нии поглощенных катионов между осадками и почвами не отмечаете В составе жидкой фазы донных отложений и погребенно-затопл ных почв также преобладают щелочноземельные ионы. В большинств вскрытых колонок их количество в растворах по слоям выравненно Для щелочных ионов подобного не прослеживается. Количество их иловых водах может быть выше, чем в растворах погребенно-затоп ленных почв. Обогащение иловол воды натрием и калием происходи за счет фитопланктона и зарослей гидрофитов. В отношении биоге ных элементов можно сказать следуещее: растворы погребенно-зат ленных почв более насыщены силикатами, чем иловые воды донных ложений. Отчасти такую закономерность можно отнести и к фосфат Для железа в целом подобного не отмечается, хотя в отдельных к донках концентрации его могут быть более высокие как и в илово воде отложений, так и погребенно-затопленных почвах.

В бывших перегнойных и торфянистых горизонтах более интен но протекает образование аморфных соединений железа. Одновреме в этих горизонтах отмечаются более высокие концентрации валово железа, марганца, фосфора. Еероятно, благодаря высокому содеря нию органического вещества и восстановительным условиям уже на ранней стадии диагенетических пробразований почв происходило о

ование гидротроилита, вивианита, пирита и других минералов, ■ановлено, что от общего количества железа в почвогрунтах ■44 % приходится на слабоокристаллизованные формы. Причем в >егнойных и торфянистых горизонтах эта доля более высокая '-44 %), что слукиг одним из доказательств образования железис- " : минералов в погребенно-затопленных почвах.

Глинистый материал донных наносов и погребенно-затопленных ш состоит в основном из иллита, каолинита, вермикулита, хлори-и смешанослойных образований. Реже представлен индивидуальной ¡ой монтмориллонита.

В погребенно-затопленных почвах и наносах глинистые минералы гстойчивые. Они либо разрушаются полностью с образованием амор-IX продуктов распада, либо трансформируются в ряд новых минера!, через смешанослойные образования.

б. ДИАГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВ

Основные показатели гумусного состояния исследуемых наземных 1в являются отражением биотерыодинамических условий,в которых )исходит формирование почвенного покрова. Низкое содержание туга в авгоморфных, высокое или очень высокое в полугидроморфных ;оответственно,низкое и высокое обеспечение его азотом, фульват--гуматный состав, преобладание кальциевых форм ГК и ФК обуслов-ю высокой или очень высокой степенью гумификации органического цества.

В ходе диагенеза практически во всех гумусовых горизонтах ис-здуемых почв увеличивается содержание фракции ГК,связанной со 5бодными и подвижными полуторными оксидами, ослабляются связи с лнистой фракцией и устойчивыми полуторными оксидами, возрастает ?ержание негидролизуемого остатка за счет увеличения его относи-иьной доли при уменьшении общего количества органического вещес-э,увеличивается отношение Сгк:0фк.

В затопленных почвах непрерывно и одновременно протекает син-з органических соединений и разложение слабогумусированных оста-эв и неспецифических органических веществ. Происходит отбор ус-}чивых продуктов. Протекающий, хотя и слабо, на дне водоема прозе гумификации приводит к построению новых комплексных молекул, зимущественно в виде солей. Органоминеральные комплексы неста-пьны, устойчивость их зависит от условий среды, в первую очередь солевого состава почвенно-грунтовых растворов.

Дм выяснения главных химических изменений, происходящих в органическом веществе почв при затоплении, использовали метод графостатистического анализа Д. ван Кревелена (1951) с использо ванием диаграмм атомных отношений в координатах Н:С - 0:С. Установлено, что в гумусовых веществах гор. А1 дерново-буроземной от беленной почвы под влиянием длительного затопления происходит де гидрогенизация и деметилирование, потеря СН3 и окисление, а в элювиальном горизонте - процесс гидрогенизации и окисления. Согласно литературным данным, потеря конечных СН^- или С!^-групп ха ракгерияует процесс гумификации на'определенных его стадиях (Гри шина,Моргун,1985). Кроме того, сужение отношения Н:С (табл.1) I органо-аккумулятивном-горизонте при затоплении указывает на частичное возрастание конденсированной ядерной части гумусовых фраи ций, а также на интенсивное разложение их периферических цепочек ССуев,1989).

При затоплении в почвах уменьшается обуглероженность и увеличивается окисленносгь гуминовых кислот. В их составе снижается роль углерода, изменяется содержание азота. Накопление в молекуле гумусовых кислот азотсодержащих соединений и, возможно, перегруппировка их фрагментов, по мнению Д.С.Орлова (1985), приводи! к перестройке основного скелета молекулы, уменьшению доли алифатических цепей в результате их частичного разрушения и увеличению содержания ароматических соединений.

7. ДИФФУЗИОННШ ПОТОК ИОНОВ В СИСТЕМЕ ВОДА - ДОННЫЕ 0Е10ХЕНИЯ - ЗАТОПЛЕННЫЕ ПОЧВЫ МЕЛКОВОДИЙ БРАТСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Для ряда водохранилищ страны проведена количественная оценка скорости обмена биогенных веществ между дном и водной толщей (Трифонова,Былинкина,1977, 1984; Маргынова,1981, 1984; Денисова и др.,1987 и др.). Распределение биогенных элементов в донных осадках рассмотрено в монографии И.Б.Мизандронцева (1990).Сведения о потоке растворенных веществ внутри профиля затопленных почв отсутствуют.

Скорость выделения растворенных соединений из донных отлож( ний в водную толщу и потоки их внутри профиля затопленных почв происходят в соответствии с механизмом молекулярной диффузии.Поэтому потоки рассчитывались по уравнению Фика с учетом средних градиентов концентраций. Коэффициенты диффузии ионов взяты с по

Изменение состава и свойств гуминовых кислот почв в результате затопления

Состояние почвы

Гори- с

н

О

N

30н1, % на сухое беззольное С°лой) вещество

Атомные отношения Степень Теплота окисле- 'сгорания ния, кал/г

Н;С 0:С

Дерново-буроземная отбеленная почва

До затопления А1 55,40 4,81 37,61 2,19 1,03 0,51 28,8 -0,013 3959

На 5-й год затопления То же 55,80 4,62 38,20 1,38 0,98 0,51 47,4 +0,045 3795

На 7-й год затопления _ « _ 49,95 3,66 42,29 4,10 0,87 0,63 14,3 +0,399 3602

До затопления А2 57,68 4,28 36,13 1,91 0,88 0,47 34,3 +0,060 1843

На 5-й год затопления То же 55,89 4,95 35,74 3,42 1,05 0,48 19,4 -0,095 4327

На 7-й год затопления _ и _ 45,62 4,58 47,54 2,26 1,19 0,62 30,0 +0,294 2656

Дерново-подзолистая почва

До затопле ния А1 55,77 4,16 35,70 2,37 0,86 0,46 28,3 +0,071 4263

На 17-й год затопления То же 57,10 3,75 36,73 2,42 0,78 0,48 28,0 +0,187 3096

правкой на температуру и пористось грунта ( ы, Gregory, 1974} Rutgers et al.,19S4).

Проведенные исследования показали, что распределение ионо кальция в.растворах почвогрунтов в течение года для каждой-от-дельно взятой станции имеет свои особенности. Общим для больши ства почвогрунтов является наблюдаемое максимальное количество кальция в растворах в марте, реже в декабре. Сезонные изменени концентраций кальция в растворах согласованы по слоям между со бой для большинства станций, что указывает на его диффузионно-миграционную активность.

Скорость поступления Са2+ в воду из донных отложений изые няется от 0,02 до 28,84 мг/(м2-сут). Более высокий темп выноса отмечается, как правило, в летне-осенний период. На участках, испытывающих антропогенное воздействие,потоки Са2+ направлены из воды в грунт и могут достигать 2,22 м г/ (м2- су г). Внутри проф ля затопленных почв потоки кальция имеют разную направленность Из слоя в слой может диффундировать до 16 мг/(ы2 сут).

Сезонные изменения концентраций магния в растворах не согласованы по слоям между собой. Только в период открытой воды м жду слоями III и 1У имеется значимая корреляционная зависимое! (табл. 2). Поступление Mg2+ в воду из донных отложений происх дит менее интенсивно, чем Са2+ и изменяется от 0,04 до 5,11 мг /(м2. сут). В целом наименьшая скорость выделения отмечается пр ктически на всех станциях зимой, а более обильная - в период ( крытой воды. На некоторых станциях потоки Mg2"1" в отдельные пер оды направлены из воды в грунт и могут достигать 6,84 мг/ /(м^-сут). Внутри системы донные отложения - затопленные почвь из слоя в слой может диффундировать до 6,12 ыг/(м2. сут).

В распределении ионов калия в растворах в течение года не выявляется определенной закономерности. Как правило, их динам! ка в разных слоях затопленных почв не всегда согласована, тем менее коэффициенты корреляции между слоями достаточно высокие. Направление потоков ионов калия в течение года на мелководных участках водохранилища может изменяться. Скорость выделения иг донных отложений в ПВ варьирует от 0 до 7,21 мг/(м2. сут). Макс мальный темп выноса калия отмечается в январе из илистых отложений (ст. 3), а минимальный- из отложений легкого механичес кого состава (ст. 2). Величина потока К+ из воды в грунт меняе

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между концентрациями ионов поровых вод в слоях почвогрунтов

эи Период открытой воды Период ледостава

4ВО- /нтов I II III I II III

Кальций -

п 0,63 0,76 •

II 0,73 0,88 0,66 0,90

[У 0,48 0,29 0,40 0,37 '• 0,65 0,73

Магний

II 0,25 0,50

II 0,35 0,28 0,55 : .0,44 .

ГУ 0,41 0,41 0,77 0,09 0,33 . 0,49.

Калий

II 0,84 0,69

II 0,76 0,88 0,86 . 0,77

1У 0,62 0,61 0,71 0,84 0,83 0,86

Натрий

II 0,88 • 0,85 ;

II 0,82 0,96 . 0;86 0,94

1У 0,82 0,'91 0,96 0,74 0,84 0,91

Кремний

II 0,52 0,34

II 0,63 0,72 0,63 0,36

1У 0,73 0,76 0,73 0,40 0,55 0,75

Нитраты

II 0,69 0,18

II 0,34 0,57 0,63 0,10

1У 0,43 0,79 0,49 0,06 0,75 0,13

Фосфаты

II 0,96 -

II 0,93 0,96 - -

1У 0,42 0,44 0,54 . - - -

ся б пределах 0 - 1,81 ыг/(и . сут). В мае и августе диффузионно потоки практически на всех станциях наибольшие. В первом случае это связано с поступлением калия в водоем с талыми водами, во втором - с поверхностно-склоновыми водами при обильных атмосфер ных осадках. Разность между выносом из грунтов в водную толщу и лосгуплениеы в отложения за счет диффузионных процессов в соед-нен'за год с учетом для всех станций составляет -0,86 мг/(и-суа Внутри системы, как правило, ион калия диффундирует из отложен!1 в гумусовый горизонт затопленных почв. Наибольшее его количесп

О

досгигаэг 5 мг/(м • сут), поступая из илистых отложений в почву подледный период (ст. 3). В затопленных почвах К+ диффундирует интенсивнее в летний .период.

Характерной особенностью динамики ионов натрия в раствора? затопленных почв и донных отложений является взаимосвязанное ре пределение по слоям в течение года. Об этом свидетельствует и з сокая корреляционная связь концентрации Na+ между отдельными слоями. Содержание натрия в растворах зависит также от величин* рН придонной воды. В летне-осенний период между этими величина» существует прямая связь ( г= 0,51-0,65), а в период ледостава -обратьая ( г=-о,73-0,92 ) для отдельных слоев почвогрунтов.

Диффузионные потоки Na+ на границе раздела вода - донные отложения имеют разную направленность.- Из отложений в воду мож( поступить от 0,06 до 3,52, а из воды в грунт - от 0 до 2,66 мг; /(м^-сут). Только в марте и сентябре потоки ионов натрия по bci станциям направлены из грунта в воду, а в январе, апреле, июне августе, октябре - из воды в отложения. Разность между выносом NTa+ из отложений и поступлением из воды в грунт за счет диффуз: онных процессов в среднем за год,с учетом всех станций,составл: ет -0,10 мг/(м2-сут).

Внутри системы донные отложения - затопленные почвы диффу; онные потоки Na+ имеют разную направленность: dt 0 до -1,22 и О до +1,65 мг/(м^-сут). Большую часть года потоки ионов направ ны из отложений в затопленные почвы, что дает основание предпо гать о накоплении здесь натрия.

Диффузионные потоки растворенных силикатов в системе вода донные отложения по сезонам года различны. 'Максимальные потоки из отложений в придонную воду отмечены- в июле (ст. k) - 6,67 м ■/(м^сут), в июне из отложений легкого механического состава

(ст. 2) диффузионный поток кремния практически полностью отсутствует.При открыток воде потоки силикатов из грунта в воду выражены сильнее, чем в подледный период, а притока растворенных силикатов из воды в грунт за период исследовании не наблюдалось.

Внутри системы донные отложения - затопленные почвы потоки кремния не превышают 3,06 мг/(м^»сут). Направление диффузионных потоков в системе различное и определяется градиентом концентрации на границах слоев.

Скорость поступления нитратов в воду из донных отложений изменялась от 0 до 0,14 мг/(м . су г). В отдельных участках мелководий в июне-августе 1983 г., когда-в зону водоема вовлеклись территории,которые длительное время не затапливались, потоки N0^ из почвогрунтов достигали 0,5-1,0 мг/(м2> сут).

Потоки нитратов из воды в грунт наиболее интенсивны в летне-осенний период - до 0,17 мг/(м2-сут). На участках, где проявляется влияние хозяйственных промстоков (ст. 2), донные отложения

практически круглый год обогащаются азотом нитратов - в среднем ?

за год +0,01 мг/(м •сут). Внутри профиля затопленных почв диффузионные потоки N0^ имеют разную направленность. Из слоя в слой может диффундировать до -0,15 цг/(н • сут).

Расчетные величины диффузии фосфатов из отложений в воду составляют от 0 до 0,004 мг/(м' * сут), а из воды в донные отложения несколько выше - 0,002-0,016 мг/(ы -сут). Потоки фосфатов из отложений в воду, наблюдались только в сентябре. В зимний период в системе вода - донные отложения диффузионные потоки практически полностью отсутствуют. Внутри системы отложения - затопленные почвы потоки фосфатов незначительные и редко превышают -0,002 ит/ (м2. сут).

Следует отметить, что величины диффузионных потоков ряда ионов в системе вода - донные отложения зависят не только от концентрации их в донных отложениях, непосредственно контактирующих с водой, но и от их содержания в поровых водах затопленных почв. Особенно ярко это проявляется для К+ и 1Та+ (табл. 3). Для Са^+ и Мй2+ подобного не прослеживается: значимым поставщиком их в придонную воду являются донные отложения. В период ледостава влияние затопленных почв на содержание элементов в придонной воде ослабевает, хотя роль отложений в содержании магния и азота нитратов в ПВ может даже усиливаться.

Таблица 3 -

Коэффициенты корреляции между количеством диффундирующих ионов на границе раздела вода - донные отложения (ПВ-1) и содер-т жанием их в поровой воде слоев 1-1У почвогрунтов мелководий ■ Братского водохранилища

Диффунди- Период открытой воды Период ледостава

рующий ион между ПВ и I I II III 1У I II III 1У

Са2+ -0,57 -0,43 -0,48 -0,01 -0,52 -0,38 -0,33 -0,05

-0,57 -0,14 -0,46 -0,49 -0,70 +0,01 -0,24 +0,24

к+ -0,91 -0,84 -0,75 -0,46 -0,91 -0,68 -0,73 -0,86

-0,66 -0,69 -0,63 -0,55 -0,71 -0,63 -0,66 -0,36

Б1 (Н4Б104) -0,76 -0,41 -0,59 -0,60 -0,77 -0,09 -0,35 -0,21

-0,33 -0,65 -0,57 -0,38 -0,72 -0,16 -0,51 -0,07

Р-РОЗ- -0,55 -0,44 -0,45 -0,35 - - -

В целом обмен вещества в системе-вода - донные отложения -затопленные почвы является одним из ведущих процессов диагенеза -почв, поскольку способствует обновлению состава растворов, а вследствие этого, еще большим диагенетическим изменениям затопленных почв.

3. ДИАГЕНЕЗ ПОЧВ И ПРОЦЕССЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

На основании рассмотренного выше материала, а также литературных данных, можно заключить, что диагенез почв представляет со бой систему процессов. Это насыщение почвы водой, анаэробное и от части аэробное разложение органического вещества, подводное вывеа ривание почвенных минералов, синтез органических и минеральных со единений, диффузионное перераспределение вещества внутри профиля затопленных почв, потеря почвами их диагностических признаков.

Диагенетические преобразования почв ложа водоема начинаются сразу же по насыщении их водой. Протекающие при этом процессы иду практически одновременно, взаимосвязаны и определяют друг друга.

На ранних стадиях субаквального диагенеза почв, как и илов (Страхов,1962), органическое вещество является основной движущей силой многих процессов. Оно служит энергетический материалом бактериальной и грибнэЗ микрофлоры, бенгосных организмов. Преобразуясь, органическое вещество обогащает поровые растворы различными

минеральными или органическими кислотами, способствующими разруше-аию одних минеральных соединений и синтезу других, перераспределению внутри профиля почвогрунтов или выносу многих компонентов в придонные воды. При этом содержание органического вещества уменьшается, потеря его в это время может составить до 80 % от общего количества гумуса. Одновременно изменяется и его качественный состав: увеличивается содержание фракции ГК,связанной со свободными и подвижными полуторными оксидами, ослабляются связи с глинистой фракцией и устойчивыми полуторными оксидами, возрастает содержание негидролизуемого остатка, увеличивается отношение Срк:СфК.

При затоплении происходит отщепление гидролизуеыой части от молекулы гуминовых кислот, потеря CHg- и СНу-групп, следовательно, и увеличение доли ароматизированных гуминовых кислот. Кроме того, в почвах уменьшается обуглероженность и увеличивается окис-ленность гуминовых кислот. В составе их молекулы снижается роль углерода и повышается роль азота.

Деструкция органического вещества сопровождается падением окислительно-восстановительного потенциала, повышением или снижением pH. Однако прямой зависимости между содержанием органического углерода и значениями бь в затопленных почвах нами не выявлено. В первые годы диагенеза низкий ОВП (-150...-250 мВ) отмечен как в очень богатых органическим веществом почвах (торфяники, лугово-че-рноземные), так и с невысоким его содержанием (подзолистые почвы). Вероятно, в это время наибольшая восстановительная способность органического вещества связана не столько с его количеством, сколько с составом и, следовательно, со скоростью распада органического вещества. Поэтому, области наибольших величин органического вещества далеко не всегда являются областями наиболее резко выраженных восстановительных процессов. С увеличением сроков затопления и уменьшением органического вещества ОВП в почвах значительно повышается до +300...-75 мВ.

При диагенетическои преобразовании в кислых почвах чаще всего происходиг подщелачивание среды, тогда как затопление нейтральных или щелочных почв приводит или к подкислен™ среды или вообще не изменяет реакцию почвенного раствора. С увеличением времени затопления щелочность почв стабилизируется на уровне нейтральной или близкой-к ней.

Е процессе диагенеза состав поглощающего комплекса почв не остается постоянным. Как правило, в его составе преобладают ионы кальция. Однако в отдельные периоды исследований в ряде почв ионы магния могут доминировать над ионами кальция. В процессе диагенв' тических преобразований магний, освобождаясь из кристаллических решеток минералов и накапливаясь в поровых растворах, переходит в поглощающий комплекс почвогрунтов, вытесняя кальций и занимая его место. Вероятно, подобные процессы могут протекать только при определенных биогеохимических условиях. Б то же время в почвах не прослеживается определенной зависимости содержания поглощенных ка тионов от сроков затопления. В одних почвах их количество с увели чением времени затопления монет возрастать, в других - снижаться. Причины, вызывающие подобные явления, до конца не выяснены, но мо жно полагать, что состав и количество поглощенных оснований в поч вогрунтах в большей степени определяется составом поровых вод и, возможно., подтоком катионов из нижележащих грунтовых вод.

Вода, пропитывающая почвы, вследствие деструкции органическо го вещества и выветривания почвенных минералов теряет кислород и обогащается рядом органических и минеральных соединений. Относительное обогащение порового раствора почв химическими элементами (по сравнению с придонной водой) происходит во все времена диагенеза, но более интенсивно в первые годы его проявления.

Одновременно в системе вода - донные отложения - затопленные почвы происходит регулярный обмен веществ. При этом внутри профиля почвогрунтов поровые воды имеют тенденцию к выравниванию своег солевого состава. Однако в результате распада органического вещее тва, гидролиза почвенных минералов, подтока вещества из нижележащих грунтовых вод, образования органоминеральных и минеральных сс единений выравнивания концентраций в растзорах на ранних стадиях диагенеза не происходит. На это оказывает влияние и то,' что часп веществ поступает в придонные воды не только из донных отложений, но и затопленных почв, влияя тем самым на качество воды.

Параллельно при раннем диагенезе за счет десульфирования,вос становленного органического вещества в затопленных почвах появляются сернистые, фосфорнокислые и фульватные соединения железа. Вследствие этого в почвах повышается содержание подвижных и валовых форы железа и алюминия. Направленность изменения минеральной состава почв при диагенезе не однозначная и, по-видиму, определя-

зя в первую очередь скоростью разложения органического вещества гидролиза почвенных минералов.

Процессы, вызывающие изменения химических и физико-химичес-х свойств затопленных почв одновременно приводят и к трансфор-ции их морфологических-, микроморфологических и других диагнос-ческих признаков. Содержание органического вещества, как отме-лось, уменьшается, окраска почв приобретает сероватый, сизова-й и зеленоватый оттенки, происходит потеря зернами минералов волакивающих пленок, почвенная масса уплотняется, границы меж-горизонтаии размываются, становятся менее отчетливыми.. Расти-льные остатки трансформируются, утрачивают клеточное строение переходят в коллоидную ыасс^ темноокрашенного гумуса. В первые ды диагенеза почв появляются "сажистые" и "углистые" образова-я, при более длительном постоянном затоплении они сохраняются, оисходит разрушение натечной глины, органо-железистых и келе-сто-марганцевых конкреционных образований. Глина обесцвечива-'ся, зерна минералов подвергаются выветриванию, происходит но-образование гидротроилита, пирита, микрозернистого кальцита и, зможно, других минералов. В тонкодисперсной массе происходит ¡зрувение и дезориентация глинистых микроагрегатов.

Смена окислительного режима на восстановительный и достаточ-| длительное сохранение последнего приводит к растворению и по-[едуюцему распаду ранее сформированных глинистых агрегатов (Ку-1чев,Рябова,1990). В.результате этого в затопленных почвах воз-ютаег содержание свободного ила (зализ Провал). ~

В первые годы затопления в разложении растительных остатков шинирующую роль играют грибы и бентосные организмы. С увеличе-!ем сроков затопления и уменьшением органического вещества роль ; в диагенетических преобразованиях существенно снижается.

Таким образом, при субаквальном (собственно) диагенезе почвы тактически полностью утрачивают (за исключением торфяников) видите морфологические признаки, необратимо изменяют микроморфологи-!ские и химические свойства, в том числе и наиболее консерватив-{ю минеральную часть. Диагенетическле же изменения, протекающие ввтоморфных условиях, по мнению ряда авторов (Александровский, 583 и др.), затрагивают лишь наименее устойчивые свойства,такие, зк состав почвенного раствора и поглощающего комплекса, состав здвижных соединений, в некоторых случаях также содержание и сос-

тав гумуса.

9. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ПОДВОДНЫХ ПОЧВ

Предлагаемая классификация подводных почв (табл. 4) основывается на их генезисе и свойствах, соотношении геологического и биологического круговорота веществ в процессе почвообразования.

При различиях условий почвообразования и свойств подводных почв их объединяет поверхностное затопление пресными или морскими водами на длительный период времени.

В основу выделения класса и подкласса с одной стороны, типа и подтипа с другой,положены различные классификационные критерии. На возможность применения в одной редакции классификации принципа последовательной смены классификационных критериев указывали И.М.Гаджиев и В.М.Курачев (1988).

При выделении класса почв учитывалось соотношение признаков, отражающих основные почвообразовательные процессы: периодическое или постоянное затопление; накопление материала из водных суспензий, растворов и осадков; совпадение направления большого геологического и малого биологического круговорота веществ; вторичного ыинералообразования; перемещение продуктов почвообразования по профилю. Практически все перечисленные признаки В.А.Ковда с соавторами (1967) относят к гидроаккумулятивной (субаквальной) стадии почвообразования. Вследствие этого выделенный нами класс получил название "субаквальные (подводные) почвы"

Различия в качественном составе поверхностной воды, наилка, гумуса, минеральных соединений, твердой.и жидкой фазы позволили выделить подклассы: аллювиально-речной, озерно-речной, озерно-болотный (Серышев,1986).

Выделение основной таксономической единицы классификации -типа почв - определялось, как и для автоморфных почв, однотипностью поступления органических веществ и продуктов их превращения и разложения; однотипным комплексом процессов разложения минеральной массы и синтеза минеральных и органоминеральных новообразований; однотипным характером миграции и аккумуляции "веществ; однотипным строением почвенного профиля (Толковый словарь ..., 1977). Тип подводной почвы мы назвали "аквазем". Использование в номенклатуре латинского слова "аква" (вода) нам кажется наиболее правильным для отражения в названии почв условий их образования и свойств, в том числе особенностей морфологии.

Таблица 4

Схема классификации субаквальных почв

2 Подкласс Тип

го к

Подтип

Род

Аллювиаль-но-речной Озерно-речной

Аква- Аквазем слабораз-зем витый

Аквазем слаборазвитый

Аквазем (собственно)

3

м

(О

3

я 1=1

а

32

л к га п и та ю

° Озерно-бо-лотный

Аквазем иловато-

перегнойный

Аквазем иловато-

торфянистый

Аквазем перег-

нойно-торфянис-

.тый

Аквазем сапропелевый (гиттиевый)

Аквазем слаборазвитый бескарбонатный Аквазем слаборазвитый карбонатный Аквазем карбонатный Аквазем остаточно-подзо-л истый

Аквазем остаточно-дерно-

во-подзолистый

Аквазем остаточно-дерно-

во-карбонатный

Аквазем остаточно-черно-

земный

Аквазем остаточно-луго-

вой

Аквазем остагочно-перег-нойно-глеевый Аквазем остаточно-торфя-нистый

Аквазем иловато.-перег-нойный карбонатный Аквазем иловато-торфянистый сульфидный Аквазем перегнойно-тор-фянистый сульфидно-карбонатный

Аквазем сапропелевый тонкодетритовый Аквазем сапропелевый грубодетритовый ' Аквазем сапропелевый карбонатный

-с

Номенклатура подтипа определяется как "группа почв в преде лах типа, качественно отличающаяся по направлению одного из налагающих процессов или по выраженности основного процесса почв( образования" (Толковый словарь ...,1977), например: аквазем сл: боразвитый, аквазем сапропелевый и т.д.

Для номенклатуры родов субаквальных почв использовали особенности, связанные с вещественным составом (карбонатные, сульфидные и др.) или с реликтовыми признаками,оставшимися от предшествующей фазы почвообразования (остаточно-подзолистые, остаи чно-луговые, оста точно-торфянистые и т.д.).

Выделение вида основано на степени развития подводных почвообразовательных процессов.

Разновидности подводных почв выделяются по гранулометриче^ скому составу первого слоя (горизонта).

Подводные аллювиально-речные почвы приурочены к области русел. Почвообразование здесь начинается под водой на песчаных подводных отмелях, косах, пляжах, когда на этих участках поселяются влаголюбивые растения (ива, рогоз, камыш, тростник). . Большую часть года слаборазвитые акваземы испытывают длительно или постоянное затопление. Накопление элементов питания происх дит за счет аллювиальных отложений и отчасти отмершей растител ности. Профиль подводной почвы слабо развит. Слои (горизонты) генетически связаны между собой диффузионными процессами. С вы ходом отложений на земную поверхность примитивные подводные по вы эволюционируют в слоистые малосформировавшиеся, а затем в д рновые пойменные почвы.

Субаквальные озерно-речные почвы - это затопленные почвы водохранилищ и донные отложения мелководий. Для них свойством длительное или постоянное затопление. Формирование их идет за счет абразии или эрозии почв и коренных пород, а также отложен отмерших водных организмов. Процессы превращения органических минеральных веществ здесь совершаются, как правило, при положи тельных температурах и анаэробных условиях.

В слаборазвитых акваземах черты исходной почвы не прослеж ваются, почвенные горизонты в результате процессов абразии и эрозии смыты, отложение наилка до 30 см идет на коренную пород При мощности наилка более 30 см, когда из него по тем или иным морфологическим признакам можно вычленить несколько слоев,слаб

13витый аквазем переходит в аквазем обычный. По мощности наил-i акваземы подразделяются на маломощные (31-60 cij), среднеиощ-ie (61-100 си) и мощные (более 100 см) (Классификация...,1977). ¡ли в профиле подводкой почвы прослеживаются черты исходной, а i месте разрушенных горизонтов формируются новые слои, такую )чву следует относить к акваземам с остаточными признаками зоявления автоморфного или гидроиорфного почвообразования.

Озерно-болотные субаквальные почвы занимают днища озер,мед-ix ериков и стариц, дельт, плавней, пойм. Длительное или посго-1ное затопление здесь связано с застаиванием паводковых вод.Поч-зобразование в заиленных пойменных водоемах начинается с их за-зстанкя высшими водными растениями. Следовательно, поступление эгэнического вещества обеспечивается за счет опада гидрофитов лишь в малой степени - за счет аллювиального приноса (Козлов-:сий,Корнблюи,1972). Процессы превращения органических и мине-эльных веществ совершаются большую часть года в анаэробных ус-эвиях. Вследствие этого, гумификация- растительных остатков за-эрмокена, а деструкция идет в сторону образования метана, серо-адорода, аммиака и др. компонентов. Почвы содержат сульфиды и эрбонаты железа. К числу этих почв отнесены аквазеыы иловато-зрегнойные, акваземы иловато-торфянистые, акваземы сапропеле-ые и т.д. С уменьшением поемности подводные почвы переходят в ипичные болотные перегнойно-глеевые, а в дальнейшем могут эво-юционировать в пойменные луговые почвы. Более полная схема эво-юции почв пойм дана Г.3.Добровольским (1968).

Выделенный тип подводных почв - аквазеы характеризуется оп-еделенной структурой почвенного профиля и определенным составом' оризонтов, отличающим его-от других типов.

Исходя из общей системы индексов и диагностики почвенных оризонтов, а также учитывая особенности строения профиля субак-альных почв и их образование, предлагаем слои обозначить римс-ими цифрами - I, II, III ит. д., как это принято для ряда элювиальных почв. Для обозначения подводных почв мелководий во-охранилищ дополнительно для уточнения состава и генезиса основ-ых слоев использовали также символы горизонтов бывшей фазы поч-ообразования (например: IIA, IIIB и т. д.). В отличие от авто-орфных почв реликтовые горизонты здесь не берутся в квадратные кобки. В период нахождения почв под водой их состав существенно

видоизменяется, геохимические процессы сглаживают различие между слоями, 'реликтовые признаки теряются.

Таким образом, благодаря выделению субаквальных почв, затопленные почвы и донные отложения мелководий водохранилищ нашли свое место в классификации почв. Кроме того, предложенная классификация может служить определенным заделом при разработке единой классификации естественных и антропогенных почв (Гаджи-ев,Иванов,Корсунов идр.,1990).

ВЫВОДЫ

1. Под, субаквальным (собственно) диагенезом, почв следует понимать необратимые деградационные изменения свойств и признаков почв в подводных.условиях. В той или иной степени диагенети ческие изменения могут протекать в почвах зон временного затопления: аллювиальных - во время паводков, болотных - во время на' хождения под водой и почвах рисовых чеков. Наиболее полно и ярк диагенез почв протекает в затопленных почвах ложа водохранилищ.

2. Диагенез почв,протекающий в субаквальных условиях, значительно отличается от диагенетических процессов, протекающих в автоморфных условиях. Уже на начальных стадиях (2-3 лет) субак-вального диагенеза происходит изменение цветовой гаммы почв, уплотнение почвенной массы, усиливается процесс подводного выветривания зерен минералов, разрушение конкреционных образований, преобразование текстур оптически ориентированных глин, упрощение типов микросгроения. Растительные остатки разрушаются, отмечается тенденция к исчезновению клеточных стенок и переход содержимого клеток в бурую органическую плазму и сгустки темно-окрашенного гумуса, начинают появляться "сажистые" и "углистые образования. Возрастает роль грибов и бентосных организмов в разложении растительных остатков. Одновременно происходит изменение сризико-химических и химических свойств почв. В них начинают доминировать восстановительные условия, повышается актуальная кислотность бескарбонагных почв и снижается - щелочных, изменяется состав гумуса, жидкая фаза почв становится более насыщенно!:, что сказывается и на составе поглощенных катионов.

3. При более продолжительном диагенезе почв (свыше 20 лет) усиливается отбеливание почвенной массы, снижается видимая поро-зность,' изменяются формы и размеры пустот, усиливается десгрук-

т органических остатков. Многие растительные остатки преобра-птся в бурую и черную органическую плазму (меланон), становит-болыле высокодисперсного бурого гумуса. Происходит упрощение роения оптически ориентированной глины в почвах и образование инистых микроагрегатов в донных отложениях. Практически полстью разрушаются железисто-глинистые и железисто-марганцевые яжения. Изменяются и становятся более разнообразными формы необразованных карбонатных минералов. Снижается роль грибов и итосных организмов в разрушении растительных остатков. В по-ебенно-затопленных гумусовых горизонтах почв происходит дезин-грация более крупных минеральных зерен, приводящая к возрастаю тонких фракций. В почвах продолжают доминировать восста-вительные условия, которые оказывают влияние на перераспреде-йие внутри профиля почвогрунтов ряда элементов. Актуальная слотность почв, по сравнению с начальными периодами диагенеза ижается, хотя в целом не выходит за пределы нейтральной реак-и среды. Диагенетическим изменениям подвержена и твердая фаза чв как мелководий, так и глубоководных зон водоема.

4. В ходе диагенеза практически во всех гумусовых горизон-х почв увеличивается содержание фракции ГК, связанной со сводными л подвижными полуторными оксидами, и ослабление связи с :инистой фракцией и устойчивыми полуторными оксидами, возрасга-1 содержание негидролизуеаого остатка, увеличивается отношение •лерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот.

5. В затопленных почвах непрерывно и одновременно протека: синтез органических соединений, разложение слабогумусироззн-IX остатков и неспецифических органических веществ. Происходит ;бор устойчивых продуктов. Протекающий, хотя и слабо, на дне |доема процесс гумификации приводит к построению новых комплек-шх молекул, преимущественно в виде органоминеральных солей.Эти шплексы нестабильны, устойчивость их зависит от условий среды, первую очередь от солевого состава поровых растворов.

6. При субэквальном диагенезе происходит отщепление гидро-1зуемой части от молекулы гуминовых кислот, потеря С^- и СН^-эупп, и, следовательно, увеличение доли наиболее ароматизиро-энных гуминовых кислот. Кроме того, в почвах уменьшается обуг-зроженность и увеличивается окисленность гуминовых кислот. В зставе их молекулы снижается роль углерода и повышается роль

азота.

7. Концентрация ионов в придонной воде, жидкой фазе донных отложений и затопленных почв меняется по сезонам года. Изменение концентрации определяется не только внутриводоемкнми процессами, но и зависит от территории, прилегающей к водоему.

' 8. Внутригодовые колебания концентрации ряда ионов в слоях почвогрунтов в целом взаимосвязаны. Диффузионные потоки ионов в системе вода - донные отложения - затопленные почвы имеют разнуи направленность.

9. Величины диффузионных потоков ряда ионов в системе вода - донные отложения зависят не только от концентрации их в донны? отложениях, непосредственно контактирующих с водой, но и от содержания в поровых водах затопленных почв.

10. Обмен вещества в системе вода - донные отложения - затопленные почвы и преобразование исходного органического вещества являются ведущими процессами субаквального диагенеза почв.

11. При диагенезе почвы утрачивают видимые морфологические и другие диагностические, признаки. Остаточные и вновь приобрел ные признаки и свойства не позволили отнести их к тому или иноыз типу или подтипу в существующей классификации почв.Поэтому возн! кла необходимость выделения нового почвенного типа - "аквазем" с подразделением его на подтипы, роды, виды, разновидности.

12. Классификация субаквальных почв основана на их генезис« и свойствах самих объектов.

13. При длительном нахождении почв в погребенно-загопленно! состоянии их можно вычленить из общей ызссы грунта только по более сильной оглиненности профиля и, возможно, по составу глинистых минералов.

14. Результаты углубленного изучения трансформации почв пог влиянием различных сроков затопления могут использоваться для оценки качества воды, рационального использования мелководий, служить определенным заделом при разработке единой класспфикацш естественных и антропогенных почв.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Серышев В.А. Оценка за'топляемых почв для прогноза качесз вв вод Усть-Илимского водохранилища // Долгосрочные прогнозы прь родных явлений. - Новосибирск: Наука.Сиб. отд-ние,1977.-С. 34-45

2. Серыпев В.А. Диагелогические преобразования растворов топленных почв // География и природные ресурсы. - 1982. -

- С. 69-7?.

3. Серышев В.А. Особенности микроморфологического строения иинералогического состава аллювиальных луговых почв Среднего лангарья // Микроморфология генетическому и прикладному почво-дению: Тез. докл. 2 Всесоюз. 'конф. по'микроморфологии почв. -рту, 1983. - С. 45.

4. Серышев В.А. О систематике и номенклатуре затопленных чв // Почвы речных долин и дельт, их рациональное использова-з и охрана: Тез. докл. Всесоюз. конф. - М.:Изд-во МГУ,1984. -

39.

5. Серышев В.А. Значение растворов затопленных почв в форми-вании качества воды водохранилищ // Геологические и экологичес-з прогнозы. - Новосибирск: Наука.Сиб. отд-ние,1984.-С. 95-102.

6. Серышев В.А. К вопросу о классификации затопленных почв донных отложений мелководий водохранилищ // Круговорот вещест-

и энергии з водоемах: Материалы докл. к б Всесоюз. лимнол. вещанию. - Иркутск, 1985. ~ Ч. 5. - С. I3C-I32.

7".Серышев В.А. О классификации и номенклатуре подводных чв // Почвоведение. - 1986. - № 5. - С. 27-34.

8. Серышев В.А. Изменение свойств почв под влиянием вод Ан-рских водохранилищ // Тез. докл. 5 съезда Всесоюз. гидробиол. щества. - Куйбышев,'1936. - Ч. 2. - С. 146-147.

9. Серышев В.А. Обмен растворенными веществами между затоп-нными почвами и придонной водой в мелководьях Братского водох-нилища // Состояние и перспективы развития методологических ос-в химического и биологического мониторинга поверхностных вод пи: Тез. докл. 29 Всесоюз.. гидрохии. совещ., Ростов н/Дону, -30 сентября 1987 г. - Ростов н/Дону,1987. - Т. I. - С.282-283.

10. Серыиев В.А. Обмен биогенных элементов в системе вода -нные отложения мелководий Братского водохранилища // Вод. ре-рсы. - 1989. - № 5. - С. I07-II4.

11. Серышев В.А. Диффузионный поток ионов в системе вода -нные отложения мелководий Братского водохранилища // Вод. ре-рсы. - 1990. - № I. - С. 134-142.

татьи переведены на английский язык и опубликованы в СПА.

12. Серышев В.А. Состав поровых вод затопленных почв Иркутского водохранилища // Геохимия техногенеза: Тез. докл. 2 Всесоюзного совещания. - Минск, 1991. - С. 275-277.

13. Серышев В.А..Серышева Н.В.,Журавлева A.A. и др. Изменение химического состава почв и воды под влиянием затопления (на примере лабораторных опытов) // Повышение эффективности использ вания мелиорируемых земель в Сибири: Тез. докл. первой научно-те конф. - Красноярск, 1976. - С. 20*6-202.

14. Серышев В.А.,Серышева Н.В.,Назарова Е.В. О влиянии Уст Илимского водохранилища на почвенный покров прилегающие террито рий // Прогрессивные направления проектирования, строительства эксплуатации мелиоративных систем в условиях Сибири: Тез. докл. республиканского семинара. - Красноярск, 1978. - С. 213-214.

15. Серышев В.А.,Серышева Н.В.,Окерельев A.A. и др. Трансф рмация почв под влиянием затопления // Почвы зоны БАМ. - Новоси бирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. - С. 237-250.

16к.Серышев В.А.,Ярилова Е.А. Микроморфологические и химические особенности почв среднего течения долины р. Ангары // По чвоведение. - 1981. - (й 8. - С. 17-26.

17. Серышев В.А..Серышева Н.В..Семенова Л.И. Диагенетическ преобразования растворов, затопленных почв водохранилищ в завись мости от времени затопления // Круговорот вещества и энергии в водоемах: Тез. докл. к 5 Всесоюз. лимнол. совещанию. - Иркутск, 1981. - Ч. 5. - С. I3I-I33.

18. Серышев В.А.,Серышева Н.В..Семенова Л.И. и др. Трансфс мация органического вещества почв под влиянием затопления на п; мере Усть-Илимского водохранилища // Проблемы экологии Прибай-. калья: Тез. докл. к Всесоюз. науч. конф. - Иркутск, 1982. - Ч. - С. 16.

19?.Серышев В.А.,Ярилова Е.А. Микроморфологические и химические особенности почв с осветленным горизонтом Среднего Приа! гарья // Почвоведение. - 1983. - № 5.-С. I0I-II4.

20. Серышев В.А..Градусов Б.П..Чиникова Н.П. Минералогичес кий состав глинистого материала некоторых почв Среднего Приан-гарья // Проблемы использования и охраны почв Сибири и Дальней Востока. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. - С. 86-91.

21. Семенова Л.И.,Серышева Н.В.,Серышев В.А. и др. Динамш минеральных веществ в мелководьях Братского водохранилища // К]

зорот вещества и энергии в водоемах. Гидрохимия: Материалы к б гсовз. ли?.шол. совещанию, 4-6 сентября 1985 г., Лиственичное Байкале. - Иркутск, 1985. - Ч. 7. - С. 68-70.

22. Ярилота Е.А.,Серышев В.А.,Яриловз'л,С. Влияние затопле-I почв на их мшсросгроение // Тез. докл. 7 Зсесоюз. съезда ло-эведов. - Ташкент, 1985. - Ч. 4. - С. 174.

23. Серышев З.А.,Серышева И.В.,Семенова Л.И. и др. Динамика ганического углерода и биогенных элементов в мелководьях Братс-?о водохранилища // Моделирование и прогнозирование изменений иродних условил при лерерэспре?елеили ьодных ресурсов: Тез.

кл. 2 Бсесоюз. науч. совещания. - Новосибирск, 1987. -107-108.

24. Серивев З.А.»Серысева Н.В.,Сен8нозз Л.И. Динааика био-нньгх элементов и органического углеродз в растворах затоплен-

х почв Братского водохранилища // Изучение процессов формирова-я химического состава природных вод в условиях антропогенного здепствкя: Материалы 23 Бсесоюз. гпдрохи.ч. сове^., Ростов Дону, нал, 198'+ г. - Л., 1957. - Ч. I. - С. 146.

?5. Серысел В.А.,Ярнло1э Е.А. Диэгелогические преобразоза-л макросгроеиия почз иедкозодпЗ Братского водохранилища // ;кро:.шсфолопы антропогенно измененных почз. - !,!.: Наука,1933. С. 204-215.

26. Серысев Б.Д. ,РзтовскиЯ Г.3.,Назарова Е.В. и др. ¡Гзмене-¡е органического вещества почв под влиянием затопления // По-юведание. - 1989. - » I. - С. 42-54.

27. Серышев В.А.,Ярилова Е.А. !.5икроморфология погребешю-Iтопленных почв залива Провал оз. Байкал // Тез. докл. 8 Все-)юз. съезда почвоведов. - Новосибирск, 1989. - Т. 4. - С. 317.

28. Серышев З.А..Орлов Д.С.,Амыосоеэ Я.!.!. .Нилановский Е.Ю. ¡которые особенности гумусовых Ееществ и характеристика отра*:а-¡льной способности затопленных почв Братского водохранилища // зв. СО-АН СССР. Сер. биол. - 1990. - Вып. I. - С. 78-85.