Геохимические особенности органо-аккумулятивных почв подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов Северной Монголии

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Органо-аккумулятивные почвы в Северной Монголии образуют основной фон почвенного покрова в подтаежном и подтаежно-лесостепном высотно-поясных комплексах (ВПК) типов леса в Прихубсугулье, Северо-Восточном и Восточном Хангае, Хэнтэйском нагорье. Они занимают преимущественно средние и нижние части склонов северной румбы на контакте со степями в интервале высот 700–1800 м над ур. м. В травяном покрове наибольшее ценотическое значение имеют лесные и лугово-лесные мезофиты. В нижней части этих ВПК, в связи с сухостью климата и контактами лесов с зональными степями, в сложении подчиненных ярусов большое участие принимают степные и лесостепные травы [21].

Широкий диапазон высот и орографических условий ареала распространения рассматриваемых почв обусловливает и довольно широкую амплитуду экологических условий в его пределах. Количество осадков варьирует от 300 до 450 мм в год, из них 75–80% выпадает в летний период. Многолетняя среднегодовая температура воздуха изменяется от –0.1 до –3.8°C. Сумма активных температур воздуха выше +10°С на высоте 700–1800 м составляет от 1280 до 1670°C. Средняя продолжительность безморозного периода 69–84 дня. В зависимости от геокриологических условий среди органо-аккумулятивных почв выделяются длительно-сезонномерзлотные и глубокомерзлотные, последние наиболее широко распространены в Восточном Хэнтэе [23].

Формирование органо-аккумулятивных почв связано с дерновым почвообразовательным процессом. Данный процесс развивается под воздействием травянистой растительности и характеризуется интенсивным гумусообразованием, связанным с особенностями биологического круговорота веществ в этой растительной формации.

В Сибири выделение самостоятельного типа дерновых почв в южно-таежной подзоне было обосновано автором [27]. Их происхождение он связывает, прежде всего, с богатством пород основаниями и первичными минералами. Многие исследователи [29, 32] придерживаются взгляда, что почвы, развивающиеся в южной тайге в наиболее континентальных районах Сибири, являются биоклиматическим образованием, а не литологическим.

Несмотря на имеющийся научный материал, органо-аккумулятивные почвы Северной Монголии остаются еще слабо изученными. В большинстве работ говорится о специфике почвообразования, связанной с горным рельефом, сложностью геологического строения и высотно-поясной дифференциацией гидроклиматических и геокриологических условий [3, 4, 6, 14, 22, 28, 31, 33, 36]. Все это в значительной степени оказывает влияние на геохимическую миграцию продуктов почвообразования как в пределах, так и за пределами лесорастительного пояса [9, 13, 16, 26, 37, 39, 42, 44].

Микроэлементный состав является важным показателем эколого-геохимического состояния почв. Добровольский [12, с. 3] отмечал, что “химические элементы, находящиеся в рассеянном состоянии, – важное, но еще не полностью осознанное наукой явление природы. Их изучение – одна из актуальных проблем современного естествознания”.

Каждый природный ландшафт характеризуется определенными значениями концентрации микроэлементов в почве [2, 15, 18]. Особенно отчетливо эти закономерности проявляются в горах, где распределение ландшафтов подчинено закономерностям высотной поясности, в пределах которых формируются различные почвы, часто маломощные, неполнопрофильные, в которых отсутствуют срединные горизонты, в профиле в большом количестве содержится щебень и обломки горных пород часто разного минералогического и петрографического состава. Изучение особенностей содержания и распределения микроэлементов в почвах различных ландшафтов является актуальной проблемой и имеет большое теоретическое и практическое значение. Почвенно-геохимические исследования позволяют установить особенности поведения химических элементов и выявить провинциальные особенности почвенного покрова в границах выделенных лесорастительных поясов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Многолетними комплексными маршрутными исследованиями охвачены основные лесорастительные пояса в среднегорной части Западного, Северо-Западного и Восточного Хэнтэя – хребты Дэлгэр-Хан-Уул, Мунгэлэг-Нуру, Их-Хэнтэй и Бага-Хэнтэй, в Восточном Прихубсугулье – Джидинский хр., Бурсын-Нуру, Бутэлийн-Нуру и Хантайн-Нуру, в Хангае – в Северо-Восточной и Восточной низкогорной части. В пределах ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов, образующих нижний лесорастительный пояс, на склонах разной крутизны и экспозиции заложено около 60 почвенных разрезов. Сделано их морфологическое описание и отобраны почвенные образцы из разрезов на химический и физико-химический анализ. В лабораторных условиях проанализировано более 20 почвенных профилей, с использованием следующих методов: гранулометрический состав – по Качинскому [7], рН солевой и водной суспензий – потенциометрически, содержание обменных катионов (Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺) – по Гедройцу, общий гумус – по Тюрину, общий азот – по Къельдалю, гидролитическая кислотность – по Каппену, СО₂ карбонатов – по Бауэру [1, 8]. Групповой состав гумуса – по схеме Кононовой–Бельчиковой [20]. Валовое содержание микроэлементов определено спектральным методом. Рассчитаны коэффициенты радиальной дифференциации (К_рд) и концентрации (КК) микроэлементов [10, 34]. Названия почв даны по Классификации и диагностике почв России [17], а также Международной классификации WRB [41]. Для статистической обработки данных использовали программы Excel 2013 и Statistica 12.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Микроэлементы в почвообразующих породах ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов. Сведения о содержании микроэлементов в широко распространенных горных породах Северной и Центральной Монголии имеются в работах [5, 11, 25]. Однако они не дают представления о современном геохимическом состоянии основных типов почв региона.

В Северной Монголии, в пределах рассматриваемых ВПК типов леса, почвы формируются на продуктах выветривания горных пород разного генезиса, минералого-химического и гранулометрического состава. В одном случае это маломощные остаточные (элювиальные) и переотложенные (элювиально-делювиальные и делювиальные) коры выветривания, сформированные на плотных кристаллических породах, преимущественно кислых магматических (граниты, биотитовые граниты, диориты, гранодиориты, габбро-диориты) или карбонатых (известняки, доломиты), в другом – в горных условиях коренные породы часто перекрыты мощным песчано-щебнистым или щебнисто-суглинистым инородным материалом, который генетически не связан с ними. Это обстоятельство отмечено в работах [35, 38]. Верхний горизонт перечисленных кор выветривания является субстратом, на котором развиваются современные почвы.

В пределах ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов гранулометрический состав почвообразующих пород варьирует от супесчаного до тяжелосуглинистого. В зависимости от степени выветрелости содержание щебня неодинаково и колеблется от 10 до 80%. В отложениях верхних частей склонов преобладают фракции песка и крупной пыли. Отложения средних и нижних частей склонов отличаются повышенным содержанием фракции физической глины, содержание которой достигает 37–45%. Утяжеление гранулометрического состава связано с тем, что в процессе переотложения обломков коренных пород происходит их разрушение и измельчение. Кроме этого, оно может быть обусловлено вымыванием тонких фракций поверхностным и внутрипочвенным стоком, в том числе надмерзлотным в весенний период, с верхних частей склонов.

По химическим свойствам почвообразующие породы значительно отличаются друг от друга. Реакция среды колеблется от кислой до щелочной. Содержание обменных катионов варьирует от 2.8–17.5 в отложениях остаточной коры выветривания гранитов до 21.0–42.5 смоль(экв)/кг в отложениях коры выветривания известняков и доломитов [23].

Парагенетическая ассоциация микроэлементов в исследуемых почвообразующих породах подтаежного и подтаежно-лесостепного лесорастительного пояса представлена Pb, Cu, Zn, Co, V, Cr, Ni, Mn, Mo, Ba, Sr, Zr и В. Ее состав отражает региональные геолого-геохимические особенности территории, связанные с широким развитием здесь кислых магматических интрузий, а также карбонатных осадочных пород. Так, остаточные и переотложенные коры выветривания магматических пород в среднем содержат (мг/кг): Pb – 15.4; Cu – 45.7; Zn – 95.7; Co – 14.3; V – 94.3; Cr – 185.7; Ni – 55.7; Mn – 1142.8; Mo – 1.14; Ba – 300.0; Sr – 214.2; Zr – 130.0; B – 15.0 (рис. 1а).

Рис. 1. Среднее содержание (а) и коэффициенты концентрации (b) микроэлементов в остаточных и переотложенных корах выветривания магматических (1) и карбонатных (2) почвообразующих породах в подтаежном и подтаежно-лесостепном лесорастительном поясе

По сравнению со средним содержанием в литосфере в пределах подтаежного и подтаежно-лесостепного лесорастительного пояса остаточные и переотложенные коры выветривания магматических пород обогащены Zn, Cr, Mo, B, в то же время в них меньше Pb, Co, Mn, Ba, Sr, Zr, о чем свидетельствуют коэффициенты концентрации (рис. 1b).

Остаточные и переотложенные коры выветривания карбонатных пород содержат (мг/кг): Pb – 23.6; Cu – 52.4; Zn – 102.4; Co – 12.6; V – 137.4; Cr – 98.0; Ni – 23.8; Mn – 450.0; Mo – 1.02; Ba – 400.0; Sr – 400.0; Zr – 112.4; B – 21.2. По сравнению со средним содержанием в литосфере они обогащены Pb, Cu, Zn, V, Cr, Sr, B, меньше в них содержится Co, Ni, Mn, Mo, Ba, Zr.

Следует отметить, что почвообразующие породы подтаежного и подтаежно-лесостепного лесорастительного пояса в большей степени обогащены микроэлементами по сравнению с породами верхних лесорастительных поясов (подгольцово-таежный, горно-таежный кедровый и лиственничный, псевдотаежный лиственничный), что объясняется значительным выносом этих элементов из верхних поясов и относительное накопление их в нижних [23, 24].

Основной фон почвенного покрова в ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных лиственничных и сосновых лесов в Северной Монголии образуют серогумусовые почвы.

Морфологический профиль серогумусовых типичных почв (Eutric Regosols (Loamic, Ochric)) представляет собой сочетание нескольких генетических горизонтов: поверхностного органогенного горизонта О (лесная подстилка), мощностью 1–3 см, гумусово-аккумулятивного горизонта AY – темно-бурого, серовато-бурого цвета, мощность 6–20 см. Он имеет хорошо выраженную зернистую, ореховато-комковатую или мелкокомковатую структуру. Часто ниже горизонта AY выделяется переходный горизонт AC серовато- или коричневато-бурого цвета. Горизонт Сf мощностью 8–25 см имеет признаки аккумуляции гумусово-железистых соединений за счет осаждения железистых пленок на поверхности минеральных зерен и агрегатов. В нижней части профиля почв много включений щебня и обломков горных пород разного минералогического и петрографического состава. Морфологический профиль типа O–AY–AC–Cf–С.

Серогумусовые элювиированные глинисто-иллювиированные (Eutric Regosols (Loamic, Ochric, Lamellic)) почвы по морфологическому строению характеризуются наличием лесной подстилки (1–2 см), состоящей из растительного опада; серогумусового горизонта AY темно-бурого цвета, зернисто-комковатой структуры, мощностью 6–10 см; ниже выделяется маломощный (2–4 см) элювиированный горизонт AYel серовато-бурого, с седоватостью, цвета, при подсыхании он становится более светлых тонов. Глинисто-иллювиированный горизонт Сi буро-коричневого цвета, обычно уплотнен, постепенно переходит в материнскую породу. Профиль типа O–AY–AYel–Ci–C.

По гранулометрическому составу изученные почвы легко-, среднесуглинистые (табл. 1). В составе мелкозема преобладают песчаные и крупнопылеватые фракции. Илистая фракция имеет тенденцию к накоплению в серогумусовом горизонте. В физической глине более половины составляют илистые частицы.

Таблица 1. Некоторые химические и физико-химические свойства серогумусовых почв

* Потеря при прокаливании.

Примечание. S – степень насыщенности основаниями; прочерк – не определяли.

Отличительной чертой серогумусовых глубокомерзлотных почв является более высокое содержание в составе мелкозема фракций средней и мелкой пыли. По данным [19], в формировании гранулометрического состава почв подобного типа могли принять участие как процессы внутрипочвенного физического выветривания скелета, так и криогенные явления, которые обусловливают диспергирование почвообразующих горных пород и гомогенизацию минеральной части профиля криогенных почв на уровне крупнопылеватых частиц.

В целом для профилей изученных почв характерны облегчение гранулометрического состава с глубиной, высокое содержание ила и физической глины в верхних горизонтах.

Гумус сконцентрирован в горизонте AY, где его количество колеблется от 4 до 10%, за пределами гумусового горизонта он резко снижается. Судя по отношению С/N, равному для гумусового горизонта 7.2–12.6, гумус представлен собственно гумусовыми веществами, связанными с минеральной массой почвы. Распределение и характер гумуса целиком является результатом дернового лесного почвообразовательного процесса. Этим объясняется и качественный состав гумуса данных почв.

Исследованиями, приведенными в работах [30, 33], установлено, что в составе гумуса рассматриваемых почв гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами только в горизонте AY (С_гк/С_фк = 1.10–1.47). Преобладают гуматы, связанные с кальцием.

Подобные почвы с фульватно-гуматным типом гумуса формируются обычно в низкополнотных или разреженных древостоях с обильным травяным покровом, где ценотическая роль травянистого яруса намного выше, чем древесного.

В верхней и средней части подтаежного пояса, под высоко- и среднеполнотными древостоями обычно серогумусовые почвы характеризуются гуматно-фульватным типом гумуса. Отношение С_гк/С_фк в серогумусовых горизонтах равно 0.75–1.00 [33, 43].

Кривые распределения обменных оснований в целом согласуются с кривой распределения гумуса. Обменные катионы интенсивно аккумулируются в лесной подстилке и верхнем серогумусовом горизонте. В материнской породе содержание кальция и магния убывает, что подчеркивает их биогенное происхождение в аккумулятивной части профиля.

Почвы характеризуются слабокислой и кислой реакцией среды, высокой гидролитической кислотностью. По степени насыщенности почвенного поглощающего комплекса среди серогумусовых почв выделяются ненасыщеные основаниями (<80%). Ненасыщенность большой группы серогумусовых почв основаниями, по-видимому, связана как с гуматно-фульватным типом гумуса, характером материнских пород, так и со спецификой растительного покрова, а также преобладанием в опаде древесных остатков (хвои, мелких сучьев, коры, шишек), которые при разложении поставляет в почву достаточное количество иона H⁺.

В пределах подтаежных разнотравных светлохвойных лесов в почвенном покрове распространены и серогумусовые глинисто-иллювиированные почвы с признаками оподзоливания. Обычно развиваются они на почвообразующих породах легкого гранулометрического состава в верхней части рассматриваемого лесорастительного пояса.

Серогумусовые глинисто-иллювиированные оподзоленные почвы характеризуются высоким содержанием гумуса в верхнем горизонте (9.6%) и слабокислой реакцией среды. Почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием. Наименее насыщены катионами горизонты AY и AYе.

Содержание и поведение микроэлементов в почве контролируется многими факторами: это гранулометрический и минералогический составы твердой фазы, обогащенность ее органическим веществом, направление и глубина процесса почвообразования, окислительно-восстановительные условия и др. [9, 10, 13, 26, 34, 40, 45].

Для серогумусовых типичных почв характерен аккумулятивный тип распределения микроэлементов в почвенном профиле. Пределы колебания широкие, т. е. для почв характерна высокая пространственная неоднородность относительно концентрации в них микроэлементов (табл. 2). Наибольшей аккумуляцией микроэлементов отличаются органогенные и гумусово-аккумулятивные горизонты.

Таблица 2. Изменчивость содержания микроэлементов в органо-аккумулятивных почвах

Примечание. lim – пределы изменчивости; M – среднее арифметическое, мг/кг; +m – ошибка среднего; V – коэффициент вариации, %; n – число данных в выборке.

В органогенных горизонтах очень высокие коэффициенты вариации (V ≥ 40%) характерны Ba, V, B, Cr и Ni. В гумусово-аккумулятивных горизонтах AY – Cu, Pb, Mn, Zr и Sr. В минеральном горизонте С – Ba, Mn, Sr и Ni.

Коэффициент радиальной дифференциации (К_рд), как известно, предложен для исследования неоднородности вертикального распределения концентрации химических веществ в почвенных профилях [9, 34]. Он отражает количественную оценку влияния почвообразования на накопление или вынос отдельных химических элементов в горизонтах почвенного профиля. Концентрация элемента в почвообразующей породе принята за 1.

Относительно почвообразующей породы, в органогенных горизонтах рассматриваемых почв резко возрастает концентрация элементов биофилов: B (К_рд = 24.93), Mn (К_рд = 19.23) и Ba (К_рд = 13.75). Для Sr, Zn, Pb и Mo характерна относительно меньшая концентрация (К_рд = 1.36–4.08). Эти элементы являются постоянными компонентами в органическом веществе почв и участвуют в малом биологическом круговороте. Наиболее сильным рассеянием в этом горизонте отличаются Cr, Ni и V, несколько меньшим – Zr и Co (рис. 2). В горизонтах AY и AC выявлено преобладание аккумуляции большинства микроэлементов, однако в отличие от их накопления в поверхностном органогенном горизонте (горизонт О) этот процесс выражен здесь менее интенсивно. Наблюдаются слабый и средний вынос из горизонтов AY Zn, V и Cr; из горизонта AC – Sr.

Рис. 2. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в серогумусовых типичных почвах

Рассчитанные коэффициенты концентрации свидетельствуют, что в органогенных горизонтах серогумусовых почв резко возрастает концентрация B (КК = 24.31), Mn (КК = 8.33) и Ba (КК = 5.64). Заметно концентрируются Zn (КК = 3.01), Sr (КК = 2.60) и Pb (КК = 2.39). В незначительном количестве накапливаются Cu и Mo. Очень понижен коэффициент концентрации Zr и Ni (КК = 0.37).

В гумусово-аккумулятивном горизонте AY концентрируются Mn (КК = 4.17) и Ba (КК = 2.15). В меньшем количестве – Zr, Co, Mo и B. Слабым накоплением отличаются Cu, Cr, Sr и Zn. Содержание остальных элементов невысокое. Относительные коэффициенты концентрации составляют от 0.66–0.96 для Ni, V и Pb, что свидетельствует о слабом и среднем рассеянии этих элементов.

В горизонте AC в отличие от поверхностных органогенных и гумусово-аккумулятивных отмечено увеличение концентрации практически всех микроэлементов, за исключением Zr, Ba и Sr. Коэффициенты концентрации этих элементов относительно литосферных кларков ниже 1. В почвообразующей породе слабым накоплением обладают Cr, Zn, Cu, Pb и V.

По интенсивности накопления микроэлементов в почвенных горизонтах серогумусовых типичных почв составлены следующие геохимические формулы (здесь и далее: числитель – элементы, имеющие КК ≥1; знаменатель – КК < 1):

O  $\frac{{\text{B}}_{24.31},{\text{ Mn}}_{8.33},{\text{ Ba}}_{5.64},{\text{ Zn}}_{3.01},{\text{ Sr}}_{2.60},{\text{ Pb}}_{2.39},{\text{ Cu}}_{1.63},{\text{ Mo}}_{1.36}}{{\text{Co}}_{0.65},{\text{ V}}_{0.54},{\text{ Cr}}_{0.50},{\text{ Zr}}_{0.37},{\text{ Ni}}_{0.37}}$

AY  $\frac{{\text{Mn}}_{4.17},{\text{ Ba}}_{2.15},{\text{ Zr}}_{1.53},{\text{ Co}}_{1.48},{\text{ Mo}}_{1.36},{\text{ B}}_{1.25},{\text{ Cu}}_{1.13},{\text{ Cr}}_{1.12},{\text{ Sr}}_{1.08},{\text{ Zn}}_{1.04}}{ {\text{V}}_{0.96},{\text{ Pb}}_{0.83},{\text{ Ni}}_{0.66}}$

AC  $\frac{{\text{Mn}}_{2.15},{\text{ Cr}}_{2.11},{\text{ B}}_{1.67},{\text{ Zn}}_{1.48},{\text{ Pb}}_{1.45},{\text{ Mo}}_{1.36},{\text{ V}}_{1.33},{\text{ Co}}_{1.29},{\text{ Cu}}_{1.21},{\text{ Ni}}_{1.10}}{{\text{Zr}}_{0.74},{\text{ Ba}}_{0.56},{\text{ Sr}}_{0.54}}$

C  $\frac{{\text{Cr}}_{2.01},{\text{ Zn}}_{1.13},{\text{ Cu}}_{1.06},{\text{ Pb}}_{1.04},{\text{ V}}_{1.04},{\text{ Mo}}_{1.00}}{{\text{B}}_{0.97},{\text{ Co}}_{0.93},{\text{ Ni}}_{0.66},{\text{ Sr}}_{0.64},{\text{ Zr}}_{0.61},{\text{ Mn}}_{0.43},{\text{ Ba}}_{0.41}}$.

Следует отметить, что обогащение поверхностных органогенных и гумусово-аккумулятивных горизонтов рассматриваемых почв В и Mn происходит за счет их привноса с лесным опадом. В материнской породе они не накапливаются, а интенсивно выносятся благодаря образованию легкорастворимых и подвижных соединений [10, 34].

В отличие от типичных, в серогумусовых глинисто-иллювиированных оподзоленных почвах для большинства элементов характерна как биогенная аккумуляция в поверхностных органогенных горизонтах, так и элювиально-иллювиальная их дифференциация в почвенном профиле (табл. 3). В поверхностном органогенном горизонте интенсивно аккумулируются Mn (К_рд = 33.34), B (К_рд = 13.33) и Ba (К_рд = 10.00). Относительно меньше Zn (К_рд = 3.75), Sr (К_рд = 3.33), Pb (К_рд = 2.67) и Mo (К_рд = 2.00). Наблюдается обеднение микроэлементами элювиированного горизонта AYe, преимущественно группы железа, и накопление их в нижнем минеральном горизонте Ci (рис. 3).

Таблица 3. Содержание микроэлементов в серогумусовой глинисто-иллювиированной оподзоленной почве (разрез 870), мг/кг

Рис. 3. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в серогумусовой глинисто-иллювиированной оподзоленной почве (разрез 870)

Геохимические формулы почвенных горизонтов серогумусовой глинисто-иллювиальной оподзоленной почвы (разрез 870) имеют следующий вид:

O  $\frac{{\text{B}}_{16.67},{\text{ Mn}}_{10.00},{\text{ Zn}}_{3.61},{\text{ Ba}}_{3.07},{\text{ Sr}}_{2.94},{\text{ Pb}}_{2.50},{\text{ Mo}}_{1.82},{\text{ Cu}}_{1.70}}{ {\text{Cr}}_{0.36},{\text{ Zr}}_{0.29},{\text{ V}}_{0.22},{\text{ Ni}}_{0.18}}$

AY  $\frac{{\text{Mn}}_{6.00},{\text{ Zr}}_{2.35},{\text{ Sr}}_{1.76},{\text{ B}}_{1.25},{\text{ Ba}}_{1.23},{\text{ Cr}}_{1.20},{\text{ Co}}_{1.11},{\text{ Mo}}_{1.0}}{{\text{Zn}}_{0.96},{\text{ V}}_{0.89},{\text{ Cu}}_{0.85},{\text{ Pb}}_{0.62},{\text{ Ni}}_{0.34}}$

AYe  $\frac{{\text{Mn}}_{\text{3.00}},{\text{ Mo}}_{\text{1.50}},{\text{ B}}_{\text{1.25}},{\text{ Sr}}_{1.17},{\text{ Zr}}_{1.17},{\text{ Co}}_{1.11} }{{\text{Zn}}_{0.96},{\text{ V}}_{0.89},{\text{ Cu}}_{0.85},{\text{ Ba}}_{0.77},{\text{ Cr}}_{0.72},{\text{ Pb}}_{0.62},{\text{ Ni}}_{0.26}}$

Ci  $\frac{{\text{Cr}}_{1.81},{\text{ B}}_{1.67},{\text{ Mo}}_{1.50},{\text{ Pb}}_{1.25},{\text{ Zn}}_{1.20},{\text{ Co}}_{1.11},{\text{ V}}_{1.11},{\text{ Cu}}_{1.06}}{{\text{Sr}}_{0.88},{\text{ Zr}}_{0.88},{\text{ Ba}}_{0.61},{\text{ Ni}}_{0.52},{\text{ Mn}}_{0.50}}$

Ci  $\frac{{\text{Cr}}_{2.40},{\text{ Zn}}_{1.81},{\text{ B}}_{1.67},{\text{ Mo}}_{1.50},{\text{ Cu}}_{1.28},{\text{ Pb}}_{1.25},{\text{ Co}}_{1.11},{\text{ V}}_{1.11}}{{\text{Sr}}_{0.59},{\text{ Zr}}_{0.59},{\text{ Ni}}_{0.52},{\text{ Ba}}_{0.46},{\text{ Mn}}_{0.40}}$

C  $\frac{{\text{B}}_{1.25},{\text{ Cu}}_{1.06},{\text{ Mo}}_{1.00}}{{\text{Zn}}_{0.96},{\text{ Pb}}_{0.93},{\text{ V}}_{0.89},{\text{ Sr}}_{0.88},{\text{ Cr}}_{0.72},{\text{ Co}}_{0.56},{\text{ Zr}}_{0.47},{\text{ Ba}}_{0.31},{\text{ Mn}}_{0.30},{\text{ Ni}}_{0.26}}$

Темногумусовые почвы (Haplic Phaeozems) формируются в нижнем и отчасти среднем горном поясе под подтаежными и подтаежно-лесостепными разреженными лиственничными или производными лесами с хорошо развитым травянистым напочвенным покровом, имеющим относительно мощный темноокрашенный гумусовый горизонт. Эта переходная полоса от леса к степи в Монголии представляет собой в настоящее время пояс контакта леса и степи. Она хорошо выражена в Западном и Восточном Хэнтэе, Восточном Прихубсугулье и в Хангае.

В пределах типа темногумусовых почв выделены подтипы метаморфизованных и остаточно-карбонатных почв.

Темногумусовые метаморфизованные почвы (Cambic Someric Phaeozem (Loamic)) на поверхности имеют маломощную лесную подстилку (1–2 см). Далее следует темногумусовый аккумулятивный горизонт AU, мощностью 10–35 см. Горизонт имеет черно-бурую или темно-бурую окраску. За ним следует горизонт ACm буровато-коричневого, коричневого цвета, в котором имеются гумусированные пятна темно-серого, буровато-серого цвета. Общая мощность аккумулятивной части (AU + AСm) профиля составляет 25–45 см. Ниже залегает горизонт Сm, коричневого цвета, он уплотнен, по граням педов имеются темно-бурые пятна полуторных оксидов.

По гранулометрическому составу почвы средне-, тяжелосуглинистые, с высоким содержанием включений щебня в нижних почвенных горизонтах (табл. 4). Наблюдается четкая дифференциация по профилю содержания фракций физической глины, накопления ее в горизонте Сm.

Таблица 4. Некоторые химические и физико-химические свойства темногумусовых почв

* Потеря при прокаливании.

** Содержание СО₂, %; прочерк – не определяли.

Количество гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте AU составляет 13.6–14.4%. Характерно его резкое уменьшение (до 2.2–4.8%) в горизонте Сm. В групповом составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, но уже в нижележащем горизонте Сm гумус фульватно-гуматного и даже фульватного типа. Почвы обладают слабокислой реакцией по всему профилю. Темногумусовые метаморфизованные почвы характеризуются высокой емкостью катионного обмена – 28–48 смоль(экв)/кг. Почвы насыщены основаниями.

Для органогенных горизонтов темногумусовых метаморфизованных почв характерна большая пространственная неоднородность микроэлементного состава. Практически все элементы здесь имеют высокие коэффициенты вариации (V = 40–73%), за исключением Sr, Mn, B и Pb. В темногумусовом горизонте AU высокими коэффициентами вариации (V = 42–56%) обладают Ba, Co, Cr и Zr, а в горизонте Сm – Cr. Остальные элементы в этих горизонтах имеют коэффициент вариации, изменяющийся от среднего до низкого.

Приведенные коэффициенты радиальной дифференциации (K_рд) для профиля темногумусовых метаморфизованных почв свидетельствуют об их преимущественном аккумулятивном перераспределении по профилю, а также относительном накоплении некоторых микроэлементов в горизонте Cm (рис. 4). В органогенных горизонтах, по сравнению с почвообразующей породой, в большом количестве аккумулируется B, Mn и Ba.

Рис. 4. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в темногумусовых метаморфизованных почвах

Коэффициенты концентрации относительно литосферных кларков свидетельствуют, что в органогенных горизонтах темногумусовых метаморфизованных почв резко возрастает концентрация B (КК = 36.46), Mn (КК = 8.00) и Ba (КК = 6.53). Коэффициенты концентрация Zn, Sr, Pb, Cu и Mo изменяются от 1.36 до 2.86. В незначительном количестве накапливается V и Cr. Коэффициенты концентрации меняются от 0.45 до 0.62 для Ni, Zr и Co и свидетельствуют о среднем рассеянии этих элементов.

В горизонте Сm относительно высокими коэффициентами концентрации отличаются Cr (КК = 1.68), Zn (КК = 1.35), Ni (КК = 1.25) и B (КК = 1.14). Наблюдается незначительное накопление здесь Mo, Cu, Zr, Pb и слабое рассеяние Sr, Cr, V, Ba и Mn.

Геохимические формулы почвенных горизонтов темногумусовых метаморфизованных почв имеют вид:

O  $\frac{{\text{B}}_{36.46},{\text{ Mn}}_{8.00},B{a}_{6.53},Z{n}_{2.86},S{r}_{2.72},P{b}_{2.03},C{u}_{2.02},M{o}_{1.36},V_{1.03},C{r}_{1.02}}{C{o}_{0.72},Z{r}_{0.65},N{i}_{0.45}}$

AU  $\frac{M{n}_{3.75},B{a}_{3.46},B_{2.29},S{r}_{1.83},M{o}_{1.54},Z{r}_{1.32}}{Z{n}_{0.96},C{u}_{0.90},V_{0.78},C{r}_{0.75},P{b}_{0.70},C{o}_{0.67},N{i}_{0.26}}$

Cm  $\frac{C{r}_{1.68},Z{n}_{1.35},N{i}_{1.25},B_{1.14},M{o}_{1.09},C{u}_{1.06},Z{r}_{1.03},P{b}_{1.01}}{ S{r}_{0.96},C{o}_{0.90},V_{0.89},B{a}_{0.65},M{n}_{0.60}}$

C  $\frac{C{r}_{2.41},N{i}_{1.55},B_{1.46},Z{n}_{\mathrm{1.14,}}{V}_{\mathrm{1.00,}}M{o}_{1.00}}{P{b}_{0.97},C{u}_{0.90},Z{r}_{0.79},C{o}_{0.69},S{r}_{0.59},B{a}_{0.50},M{n}_{0.45}}$

Темногумусовые остаточно-карбонатные почвы формируются в условиях подтаежного высотного пояса, на продуктах выветривания карбонатных горных пород. Наиболее широко они распространены в средней и нижней частях подтаежного ВПК, а также в лесных массивах пояса контакта леса и степи, под разнотравными, остепненно-разнотравными сосновыми и лиственничными лесами и их производными. Почвы характеризуются наличием маломощной лесной подстилки (1–2 см); темногумусового горизонта AU, мощностью 10–20 см, постепенно переходящего в материнскую породу. Для профилей рассматриваемых почв характерно наличие переходного горизонта AС. Окраска может быть различной и зависит от литологии материнской и подстилающей породы. Характерной чертой этих почв является наличие легкорастворимых солей в нижних горизонтах Сса.

Гранулометрический состав почв легко-, тяжелосуглинистый. Наряду с большим содержанием крупных фракций отмечается высокое содержание ила и физической глины.

Почвы характеризуются высоким содержанием гумуса в горизонте AU – 7.3–16.5% и резким его уменьшением с глубиной. Гумус по составу варьирует от чисто гуматного до фульватно-гуматного типа. Верхние горизонты почв обладают слабокислой и нейтральной реакцией, нижние – щелочной. Почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием.

Темногумусовые остаточно-карбонатные почвы характеризуются высокой пространственной неоднородностью микроэлементного состава. Высокими коэффициентами вариации (V = 42–55%) в органогенных горизонтах отличаются Ba и B. В темногумусовом горизонте AU – B (V = 45%).

Относительно почвообразующей породы, в органогенных горизонтах рассматриваемых почв наблюдается резкая аккумуляция элементов биофилов: B (К_рд = 12.97), Mn (К_рд = 11.67) и Ba (К_рд = 7.81). Для Sr и Mo характерна относительно меньшая концентрация (К_рд = 2.27–3.43). Еще меньшей аккумуляцией в этом горизонте обладают Pb (К_рд = 1.58), Co (К_рд = 1.40), Cu (К_рд = 1.38), Zr (К_рд = 1.33) и Zn (К_рд = 1.22). Наблюдается обеднение органогенных горизонтов V, Cr и Ni (рис. 5).

Рис. 5. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в темногумусовых остаточно-карбонатных почвах

Коэффициенты концентрации свидетельствуют о значительном накоплении микроэлементов в органогенном и гумусово-аккумулятивном горизонтах рассматриваемых почв и значительном выносе их из горизонта AC. В то же время наблюдается заметное увеличение концентрации большинства элементов в карбонатном горизонте Сса. Геохимический карбонатный барьер в этих почвах выражен более четко, чем в перегнойно-серогумусовых остаточно-карбонатных, формирующихся в условиях среднегорного рельефа Хангайского нагорья [23].

Геохимические формулы почвенных горизонтов темногумусовых остаточно-карбонатных почв имеют вид:

O  $\frac{B_{22.92},M{n}_{5.25},B{a}_{4.80},S{r}_{4.04},P{b}_{2.34},M{o}_{2.27},Z{n}_{1.65},C{u}_{1.54}}{C{o}_{0.97},Z{r}_{0.88},C{r}_{0.69},V_{0.62},N{i}_{0.30}}$

AU  $\frac{M{n}_{3.00},C{r}_{2.86},B{a}_{2.50},M{o}_{1.54},S{r}_{1.54},Z{r}_{1.32},B_{1.25},C{u}_{1.06}}{V_{0.97},Z{n}_{0.96},P{b}_{0.94},N{i}_{0.39},C{o}_{0.34}}$

AC  $\frac{C{r}_{1.51},B_{1.25},M{o}_{1.09},S{r}_{1.02}}{Z{n}_{0.90},P{b}_{0.86},V_{0.83},C{u}_{0.69},M{n}_{0.67},B{a}_{0.61},Z{r}_{0.57},N{i}_{0.30},C{o}_{0.29}}$

Cca  $\frac{B_{1.77},V_{1.53},P{b}_{1.48},Z{n}_{1.35},S{r}_{1.17},C{u}_{1.11},C{r}_{\mathrm{1.08,}}M{o}_{1.00}}{C{o}_{0.59},Z{r}_{0.66},B{a}_{0.61},M{n}_{0.45},N{i}_{0.41}}$

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные материалы по микроэлементному составу органо-аккумулятивных почв подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов Северной Монголии свидетельствуют о преимущественном биогенном их накоплении в поверхностных органогенных и гумусовых горизонтах и аккумулятивном перераспределении по почвенным профилям. В органогенных горизонтах почв интенсивно накапливаются B, Mn и Ba. Наблюдается закономерное обеднение их элементами группы металлов Cr, Ni, V, Co, а в определенных условиях и Zr.

Среди органо-аккумулятивных почв темногумусовые отличаются относительно более выраженным аккумулятивным типом распределения микроэлементов в профиле.

Для рассматриваемых почв характерна высокая вариабельность и неоднородность микроэлементного состава в почвенном профиле. Высокие коэффициенты вариации (более 40%) микроэлементов в органогенных и гумусовых горизонтах связаны с разной степенью минерализации и гумификации органического вещества, а в минеральных – наличием включений обломков горных пород разной степени выветрелости и разного минералогического и петрографического состава не связанные генетически с подстилающими коренными горными породами.

Повышенное содержание микроэлементов и слабый их вынос связаны также с гидротермическими условиями: малым количеством осадков, непродолжительным (коротким) вегетационным периодом, невысокими температурами воздуха летом и низкими – зимой. Гидротермические условия способствуют большому накоплению растительного опада под пологом леса и слабой его минерализации.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Ю. Н. Краснощеков

Автор, ответственный за переписку.
Email: kyn47@mail.ru
Россия, Красноярск

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Среднее содержание (а) и коэффициенты концентрации (b) микроэлементов в остаточных и переотложенных корах выветривания магматических (1) и карбонатных (2) почвообразующих породах в подтаежном и подтаежно-лесостепном лесорастительном поясе

Скачать (187KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в серогумусовых типичных почвах

Скачать (253KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в серогумусовой глинисто-иллювиированной оподзоленной почве (разрез 870)

Скачать (266KB)

Метаданные

5. Рис. 4. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в темногумусовых метаморфизованных почвах

Скачать (231KB)

Метаданные

6. Рис. 5. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в темногумусовых остаточно-карбонатных почвах

Скачать (271KB)

Метаданные