Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Засоление, природа щелочности и состояние железа в почвах пустыни Гоби Монголии

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Неглядюк, Оксана Феодосьевна, Москва

/су ' а а ~ ^ / <2 - ^

С/ / • V л и; ^ > 7

/

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

Неглядюк Оксана Феодосьевна ЗАСОЛЕНИЕ, ПРИРОДА ЩЕЛОЧНОСТИ И СОСТОЯНИЕ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ ПУСТЫНИ ГОБИ МОНГОЛИИ

Специальность 03.00.27- почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители доктор биологических наук, профессор Л.А.Воробьева

доктор сельскохозяйственных наук Е.И.Панкова

МОСКВА - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................................................ 3

Глава 1. Природные условия и почвы пустыни Гоби Монголии...............5

Глава 2. Объекты и методы исследования..................................................18

Глава 3. Окраска и спектральная отражательная

способность почв..................................... ....................................................39

Глава 4. Засоление почв пустыни Гоби Монголии....................................48

4.1. Засоление автоморфных почв...............................................................50

4.2. Засоление гидроморфных почв............................................................57

Глава 5. Щелочность почв пустыни Гоби.................................................70

5.1. Щелочность автоморфных почв..........................................................75

5.2. Щелочность гидроморфных почв........................................................78

5.3. Кремний и его роль в проявлении щелочности почв..........................85

Глава 6. Состояние железа в почвах пустыни Гоби...................................99

6.1. Железо в автоморфных почвах............................................................99

6.2. Железо в гидроморфных почвах.........................................................104

6.3. Марганец в почвах пустыни Гоби......................................................110

Выводы...................................................................................................... 118

Литература.................................................................................................120

Приложение................................................................................................129

ВВЕДЕНИЕ

Территория Монголии разделена мировым водоразделом на две неравные и совершенно различные по своей природе области - меньшую, северную и большую - южную. Местные жители - монголы давно это отметили и в своих названиях двух основных типов ландшафтов: хангай и гоби. Хангай - это местность, богатая кормами и лесом с обилием пресной воды. Гоби - это пустынная местность, бедная водой, кормами, часто с каменистыми грунтами (Мурзаев, 1952).

Исследователи Центральной Азии, в пределах которой расположены пустыни Гоби, единодушно отмечали уникальность этого региона, определяемую экстраконтинентальностью и крайнеаридностью современного климата и историей формирования ландшафтов. Здесь находятся самые древние и самые холодные пустыни Азиатского континента (Панкова, 1992).

Название "Гоби" относится к обширной области распространения пустынных и' полупустынных ландшафтов на юге Монголии. Самая южная часть этой области занята Заалтайской и Алашаньской (Южной)Гоби. С этими территориями связаны представления о каменистых пустынях Гоби.

В настоящее время процессы опустынивания охватили многие страны мира, в том числе и страны Центральной Азии. Для того, чтобы понять сущность процессов опустынивания и их влияния на свойства почв, необходимо глубокое знание природных процессов и механизмов формирования почв пустынь.

В результате комплексных исследований Советско (Российско)-Мон-гольской экспедиции природа пустыни Гоби - рельеф, климат, растительность, почвы - были достаточно подробно изучены. Тем не менее особенности засоления и процессы соленакопления в автоморфных и гидромор-фных почвах пустынь Монголии требуют дальнейшего изучения. В ряде

публикаций последних лет отмечено их большое своеобразие (Евстифеев, Панкова, 1984; Панкова, Замана, Воробьева, 1984; Панкова, 1986, 1992).

Несмотря на длительную историю изучения кремния, железа и марганца в аридных почвах, их поведение в почвах пустыни Гоби практически не изучено. Поэтому задачи, поставленные в настоящей работе, представляют несомненный научный интерес.

Целью данной работы является оценка особенностей химического состояния автоморфных и гидроморфных почв, развитых на четвертичных и мел-палеогеновых отложениях, экстрааридных и экстраконтинентальных ландшафтов пустыни Гоби Монголии.

В задачи исследования входило: 1) оценка вещественного состава почв - содержания легкорастворимых солей, гипса, карбонатов; 2) сравнение природы щелочности почв автоморфных и гидроморфных ландшафтов; 3) оценка состояния железа в почвах; 4) оценка спектральной отражательной способности почв.

В результате проведенных исследований получены новые сведения о засолении автоморфных и гидроморфных почв пустыни Гоби Монголии и выявлены особенности щелочности этих почв. Впервые получены данные о распределении железа по группам соединений в почвах пустыни Гоби, развитых на четвертичных и мел-палеогеновых отложениях, окрашенных в красновато-коричневые и белесовато-зеленоватые тона.

Работа выполнена на полевых материалах, собранных Е.И.Панковой в период работы в Советско (Российско)-Монгольской комплексной биологической экспедиции.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧВЫ ПУСТЫНИ

ГОБИ МОНГОЛИИ

Пустынная зона Монголии, включающая полупустыни, занимает около трети территории страны. На севере граница зоны проходит примерно по 45-46° с.ш.,поднимаясь выше к северу в западной ее части. Южная граница примерно совпадает с границей с Китаем и проходит по 42° с.ш.(Панкова,1992). В географической литературе эта территория объединяется общим названием "пустыни Гоби" и включает Долину озер, Северную и Восточную, Алашаньскую, Заалтайскую и Джунгарс-кую Гоби.

Пустынная зона Центральной Азии простирается далеко на юг за пределы Монголии. Гобийские пустыни Монголии являются северной окраиной центральноазиатских пустынь. Пустыня Гоби - это преимущественно каменистые пустыни - гаммады (Гунин, Дедков, Дедкова, 1980).

Пустыни Центральной Азии характеризуются большим своеобразием, присущими только ей чертами, неповторимостью ландшафтов, отличающих их от пустынь Казахстана и Средней Азии ("Почвенный покров основных природных зон Монголии", 1978).

Рельеф на территории пустыни Гоби сложен и разнообразен - здесь встречаются горные хребты с подгорными равнинами (бэлями) и низкие горы, мелкосопочники и отдельные останцы, тектонические депрессии, котловины выдувания и идеально ровные поверхности, волнистые и холмисто-увалистые равнины. Большую часть Гобийских пустынь характеризуют абсолютные высоты 1000-1200 м. В Гобийском Алтае пустыни поднимаются до 2000 м и выше, а в межгорных впадинах опускаются до 680-700 м. Территория пустынь Монголии располагается в пределах субширотной системы горных хребтов и разделяющих их впадин (Тимофеев, 1986).

Поверхность пустынь изрезана сайрами, которые пропиливают не только аккумулятивные равнины, но и мелкосопочники. Все это

свидетельствует о былой большей увлажненности территории. История формирования территории и особенности строения рельефа определяют свойства пород, слагающих в настоящее время пустыни (Синицын,1959). Горы и мелкосопочники покрыты с поверхности грубоскелетным маломощным элювием, карбонатным, но незаселенным и негипсоносным, формирующимся в условиях современного аридного и континентального климата с преобладанием процессов физического дробления. Это продукты разрушения гранитов, сланцев, песчанников, реже - известняков. В районах развития мелкосопочников, сложенных коренными породами, также преобладает дресвяно-пылеватый элювий, но локально в понижениях могут встречаться более древние отложения - засоленные крас-ноцветы мел-палеогенового возраста. Подгорные равнины (бэли), занимающие большую площадь равнинных территорий пустынь Монголии, сложены грубоскелетными четвертичными осадками, представленными двучленным наносом: верх (до 30-50 см) обогащен мелкоземом, ниже идет более грубый пролювий, содержащий обычно менее 20% мелкозема. Как правило, четвертичные пролювиальные отложения незасолены и негипсо-носны, хотя в некоторых районах (например, в Заалтайской Гоби) в мелкоземе могут встречаться соли и гипс. Преобладают отложения легкого гранулометрического состава, что отражается в свойствах почв. Аллювиальные отложения характеризуются более мощным мелкоземис-тым чехлом, легким гранулометрическим составом и отсутствием в большинстве случаев солей. Незасоленность большей части аллювиальных и пролювиальных отложений связана либо с исходной незасоленностью пород, либо с отмывкой солей в более влажные эпохи, предшествовавшие современным аридным условиям.

Значительно меньшее распространение на территории Гоби имеют четвертичные суглинистые отложения озерного генезиса. Они приурочены к днищам низин и выделяются пятнами на фоне отложений более легкого гранулометрического состава. Озерные четвертичные суглинистые отложе-

ния всегда карбонатны и засолены, но часто негипсоносны или слабогип-соносны. Состав солей и мощность солевых горизонтов озерных отложений сильно варьирует. Это может быть связано с источником мелкозема, заполняющего депрессии, и с длительностью периода формирования озерных депрессий. Чем продолжительнее период существования озерной депрессии, тем больше мощность соленосных суглинистых озерных отложений. Обсохшие понижения, в пределах которых в настоящее время формируются пустынные автоморфные почвы, свидетельствуют о былой большей обводненности территории, что согласуется с теорией о существовании озерной стадии в четвертичный период. Древние озерные террасы окружают большинство современных озер, свидетельствуя об их более высоком уровне в прошлом. Период максимального развития озерных бассейнов соответствует концу ледниковой эпохи. Озерные депрессии четвертичного периода занимают межгорные котловины, часто располагаясь на месте более древних (дочетвертичных) озер. Аридизация климата в голоцене привела к усыханию озер и формированию на их месте солончаков и такыров. Озера сохранились только на крайнем севере Гоби - в Долине Озер, в восточной части сохранились лишь остатки древней эрозионной сети в виде вытянутых сухих русел (Панкова,1992).

Совершенно особое место в пустынях Гоби, занимают древние мел-палеогеновые красноцветные отложения дельтово-лагунного типа. Они засолены, гипсоносны и карбонатны, чаще всего имеют суглинисто-гли-нистый состав с содержанием ила до 50-70% , хотя встречаются и песчаные варианты. Эти отложения могут быть белесовато-зеленых и красноватых тонов. Иногда они выходят на поверхность, слагая древние высокие равнины и выстилая ложе межгорных депрессий. Наиболее широко эти отложения развиты в Заалтайской Гоби. В большинстве случаев они перекрыты небольшим чехлом четвертичных осадков, резко отличающихся от них по цвету и составу. Мощность четвертичного чехла может быть разной - от нескольких сантиметров до нескольких десятков

метров. Чем ближе к поверхности залегают мел-палеогеновые отложения, тем существеннее их влияние на почвы, но даже в том случае, если они вскрываются в нижней части почвенного профиля на глубине 1-2 м, влияние их на свойства почв несомненно (Чижикова, Евстифеев, Панко-ва,1988; Евстифеев, Панкова,1984).

Одной из характерных особенностей современной природы пустынь Монголии является их слабая обводненность. Рек и озер, особенно на юге пустынной зоны Монголии, практически нет. Лишь на севере в Долине Озер, выделяется серия обводненных котловин. По окраинам озерных депрессий грунтовые воды могут залегать довольно близко к поверхности. Периодически, во время редких ливневых дождей, депрессии заполняются водой. Сухие русла - сайры - прорезают водоразделы и открываются в депрессии. Во время дождей сайры оживают. Бурные мутные потоки проносятся по ним, сбрасывая воду и взвесь в низины, однако это бывает крайне редко. Это дает основание считать, что огромная сеть сайров была заложена ранее, в период большей обводненности территории.

Грунтовые воды на большей части территории пустынь лежат глубоко и на почвообразование не влияют. Лишь в зонах выклинивания грунтовых, а чаще глубинных вод, приуроченных к тектоническоим разломам, локально формируются гидроморфные ландшафты. Площадь их ничтожно мала (Панкова,1992).

Климат Гобийских пустынь Монголии резко континентальный. Ему свойственны большие амплитуды сезонных и суточных температур. Температура воздуха варьирует в пределах от -34 до +40° , температура почвы от -33 до +70°, среднемноголетние годовые количества осадков на территории Заалтайской Гоби меняются от 20 мм/год на юге до 130 мм/год на севере. Выпадение осадков неравномерное по сезонам (более 80% годовой суммы составляют летние осадки); на территории

господствуют преимущественно ветры северо-западных, северных и северо-восточных направлений.

В пустынях Гоби на каждые 1000 м подъема годовые суммы осадков возрастают в среднем на 50 мм. В горах количество осадков увеличивается вследствие большей продолжительности их выпадения и интенсивности ("Пустыни Заалтайской Гоби", 1986).

Количество осадков в разных пунктах пустынной зоны колеблется от 113 мм до 131 мм. Испаряемость за год во много раз превышает количество осадков.

Относительная влажность воздуха только в немногие месяцы (январь-март) выше 50%, в апреле и мае она составляет 28%, что свидетельствует о резком дефиците влаги в весенний период. Дефицит влаги усугубляется и свойственными этой территории ветрами, которые наиболее часты весной, в апреле и мае. Нередко они носят характер бурь и ураганов. В такие периоды относительная влажность воздуха падает до 6% ("Комплексная характеристика пустынных экосистем Заалтайской Гоби",1983).

Зимний период (ноябрь - начало марта) в Гобийских пустынях малоснежный, сухой, с низкими температурами воздуха и почвы. В это время вся территория находится в зоне воздействия сибирского антициклона. Температура воздуха в декабре-феврале варьирует днем в пределах от -7 до -18°. Ночью она понижается до -17 —24° (минимум —34°). Температура на поверхности почвы днем понижается до -7 - -17°, ночью до -33°. Оттепели зимой- крайне редкое явление, но устойчивый снежный покров не формируется. Низкие температуры воздуха и отсутствие снежного покрова способствуют промерзанию почвы на значительную глубину. Осадки выпадают в декабре-январе, преимущественно в виде снега, и составляют приблизительно около 5-10% годовой суммы.

Весна (март-май) обычно сухая. Осадки практически отсутствуют, температура воздуха днем может достигать в мае +18 —1-22°, а на

поверхности почвы +29 - +31° (максимум +60°). В ночные часы часты заморозки. Сохраняющийся местами снег испаряется уже к концу марта. Весной преобладают ветры восточных и северо-восточных направлений. Средние скорости ветра составляют около 3-5 м/с.

Наиболее теплый период приходится на июнь-начало сентября. Продолжительность жаркого и относительно влажного летнего периода до 90-100 дней. Температура воздуха в это время в среднем составляет +25 - +28° (максимальная до+40°), ночью +10 - +14°. Температура на поверхности почвы +33 - +36° (максимальная +70°). Осадки выпадают с первой половины июня до конца августа; на три летних месяца приходится более 80% их годовой нормы. Летом господствуют ветры северных направлений, их средняя скорость порядка 5 м/с. Сильные ветры дуют, как правило, с запада и северо-запада. Осень (начало сентября-октябрь) теплая, с ясной, малооблачной и тихой погодой. Температура воздуха в сентябре днем около +15 - +17°, ночью возможны заморозки до -3°. Температура на поверхности почвы +18 - +23° (максимальная +50°). Осадков выпадает мало. Вообще же дожди слабые, моросящие. Преобладают ветры восточных и северо-восточных направлений, их средняя скорость 1-3 м/с. В отдельные дни скорость западного и северозападного ветров может достигать 15-20 м/с и более. К дням с повышенными скоростями ветра приурочены сильные пыльные бури, переносящие много песка ("Пустыни Заалтайской Гоби", 1986).

Климатические условия зоны пустынь Монголии характеризуются резкой континентальностью, крайней сухостью и резкими суточными контрастами, что не может не отразиться на растительном и почвенном покрове зоны ("Почвенный покров основных природных зон Монголии", 1978).

Флора пустынь Гоби насчитывает 305 видов (Рачковская, Федорова, 1983). Пустынная ценофлора составляет всего 45% (139 видов) от общего количества видов в этом районе, несмотря на почти абсолютное

господство пустынных территорий. Степная ценофлора пустынной зоны Монголии включает 14% (42 вида) от всей ее флоры. Она представляет собой в основном обедненную флору горных монгольских степей. Луговая ценофлора региона представлена 59 видами (20%). Слагающие ее виды сосредоточены в хорошо увлажняемых местообитаниях. Последние занимают около 3% всей площади Гоби. Экологически сходная с луговой мезофитная, тугайская флора име