Реферат: Некоторые географические гипотезы современного формирования второго гумусового горизонта Западной Сибири
При исследовании структуры почвенного покрова в южной тайге Западной и Средней Сибири авторами выявлены закономерности формирования сложного гумусового профиля в соответствии с характером поверхности. Показано, что природа второго гумусового горизонта связана с биоклиматическими условиями и наличием в почвах физико-химических барьеров на пути, мигрирующих сверху и с боковыми потоками обогащенных органическим веществом почвенных растворов.
В пределах стационаров, расположенных на Тобольском материке Нижнего Прииртышья и Причунском плато Нижнего Приангарья Е. Г. Нечаевой и А. И. Щетниковым (1982) проведен сопряженный анализ результатов крупномасштабного картирования почвенного покрова экспериментальных полигонов.
Рельеф исследованных полигонов соответствует наиболее широко распространенному в литературе положению о приуроченности почв со вторым гумусовым горизонтом (авторы вводят его обозначение – H) к плакорным поверхностям и пологим склонам. Кроме рельефа, общность полигонов проявляется в характере растительности (темнохвойные, преимущественно пихтовые с хорошо выраженным подлеском зеленомошные травянистые леса), почвообразующих пород (покровных глин и лёссовидных суглинков) и в глубоком залегании грунтовых вод. Площадки исследования находятся в разных регионах Сибири — Западной и Средней, что придает им свою специфику. Так, Нижнему Приангарью свойственна меньшая увлажненность и в целом более континентальный климат. Почвы имеют менее мощную элювиированную часть профиля (около 50 см) по сравнению с западносибирскими, где она, включая А2В, достигает 70-60 см.
В соответствии с рельефом полигонов в каждом из них выделяется по три сочетания почв:
1) слабонаклонных приводораздельных поверхностей с ярко выраженным замкнуто-ложбинно-западинным микрорельефом;
2) верхних и средних частей пологих склонов с ложбинным микрорельефом эрозионного происхождения;
3) нижних частей этих склонов — от преимущественно ложбинообразных западин до отчетливых положительных форм поверхности (микроводоразделов).
В первом сочетании преобладают комплексы, представленные преимущественно мелкодерново-подзолистыми почвами, в меньшей мере — дерново-подзолистыми и еще меньше — дерново- и перегнойно-подзолисто-глееватыми. Почвы выпуклых микроповерхностей лишены второго гумусового горизонта или имеют светло-серые пятна в элювиальной части профиля. Почвам микросклонов и отрицательных форм рельефа свойственен почти повсеместно расположенный в средней ее части второй гумусовый горизонт.
Для второго сочетания верхней и средней частей склонов с более увлажненными условиями за счет внутрипочвенного подтока влаги с плакора характерны комплексы дерново-подзолистых, перегнойно-подзолисто-глееватых (темноцветных) и в меньшей мере подзолистых почв. Все почвы комплекса имеют яркие проявления внутрипочвенной аккумуляции гумуса в виде второго гумусового горизонта.
Третье сочетание, вследствие отмеченного динамического характера природных условий, образуют комплексы всех названных почв в равной мере. Для сочетания характерно широкое развитие, особенно в Прииртышье, пятнистостей потечногумусового характера. Это обусловлено, с одной стороны, увеличением поступления сюда влаги с боковым почвенным стоком, обильным развитием травянистого напочвенного покрова, а с другой — усилением миграционных процессов.
В связи с рассматриваемой проблемой внутрипочвенной аккумуляции гумуса отмечаются особенности расположения в почвенном профиле второго гумусового горизонта. Показателями для градации выраженности горизонта служили интенсивность его окраски и мощность. Так, мощность слабо выраженного светло-серого горизонта — 12-13 см, средне выраженного серого и темно-серого — 14-15 см и хорошо выраженного темно-серого, почти черного — около 20 см.
При детальном картировании почвенного сочетания Прииртышского полигона выявлены следующие закономерности сопряженности генетических горизонтов в соответствии с мезо- и микрорельефом. В связи с общим пологосклоновым характером поверхности наиболее широко распространено такое строение верхней части почвенного профиля: О – А1А2 – А2h – Н – А2В. В нижних частях склонов и в наклонных ложбинообразных понижениях аккумуляция гумуса усиливается, и органогенная часть профиля имеет более монолитное строение: О – А1 – А2h – Н – А2В. В замкнутых западинах дифференциация органического вещества еще более ослабевает, и почвы приобретают потечногумусовый характер: О – А1 – А1А2 – А2h – А2g – А2Вg. На выпуклых поверхностях и крутых склонах профиль имеет обычное для подзолистых почв строение: О – А1А2 – А2 – А2В.
О непосредственной роли современных природных факторов в формировании второго гумусового горизонта свидетельствует прямая корреляция верхней его границы со степенью поверхностной увлажненности почв, обусловленной микрорельефом. Так, в почвах нормального увлажнения (подзолистых, дерново-подзолистых) горизонт Н расположен на глубине 20-25 см, в перегнойно-подзолисто-глееватых – на глубине 30-40 см. Весьма примечательно также локально встречаемое расположение горизонта Н непосредственно под А1. Такие почвы встречаются на склоне к широкому ложбинообразному понижению в Прииртышье. Это наиболее благоприятное в биоэнергетическом отношении местоположение с произрастающими здесь травянистыми с липой в подлеске елово-пихтовыми лесами. Расположение более темного, чем горизонт А1, второго гумусового горизонта очень близко к поверхности почвы можно объяснить осаждением поступающих в почву гумусовых веществ биогенным кальцием, освобождаемым в процессе разложения обильного растительного опада. Количество его, ежегодно поступающее на поверхность почв исследованных темнохвойных лесов, составляет около 30 ц/га в сухом виде. Содержание органического вещества в лизиметрических водах из-под верхнего слоя (10-15 см) почв темнохвойных лесов составляет около 60% сухого остатка. В его минеральном веществе (прокаленном остатке) около 35% приходится на оксиды щелочно-земельных элементов. Мигрирующие с поверхностно-почвенными растворами недоокисленные вследствие ограниченности термических ресурсов подвижные продукты гумификации в зависимости от физико-химических условий образуют на определенной глубине почвенного профиля органогенные аккумуляции. Подтверждением инфильтрационной теории происхождения второго гумусового горизонта служит приуроченность его к полого-склоновым местоположениям с дополнительным (делювиальным, внутрипочвенным) увлажнением. В ярко выраженных ложбинообразных западинах с проточным водным режимом второй гумусовый горизонт достигает максимальной мощности (до 30 см).
Важный фактор дифференциации органического вещества в почвенном профиле — его окислительно-восстановительная обстановка. Верхней части профиля, находящейся длительное время в состоянии избыточного увлажнения и обогащенной подвижными формами органического вещества, свойственны преимущественно восстановительные условия. На выположенных поверхностях в нижней части облегченной элювиальной толщи на контакте с тяжелым лёссовидным суглинком характерно наличие элювиально-глеевого горизонта А2g. Над ним, т. е. в зоне наиболее частых смен окислительно-восстановительных условий, и расположен как бы подвешенный, второй гумусовый горизонт. На более дренированных поверхностях, где наблюдается отток внутрипочвенных вод, второй гумусовый горизонт располагается в верхней части иллювиального горизонта, и в таких случаях его обычно обозначают Вh, что подчеркивает его иллювиальную природу.
По наблюдениям на Приангарском стационаре в течение вегетационного сезона величина окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в зоне расположения в почвенном профиле второго гумусового горизонта составляет 380—390 мВ, что близко к значению ОВП в иллювиальной толще – 400 мВ. В выше и нижележащих горизонтах (А2 и ВС) значения ОВП уменьшаются до 350 мВ. Принимая во внимание, что при ОВП ниже 380 мВ усиливаются восстановительные условия, а при более 400 мВ — окислительные, второй гумусовый горизонт расположен как раз в промежуточной зоне. Ему свойственна и более высокая изменчивость ОВП. Так, коэффициент его вариации в Н, равно как и в А1, имеет максимальные величины (6,3—6,5), в А2 и В — минимальные (4,3—4,7).
При рассмотрении хода пространственных изменений второго гумусового горизонта в исследованных почвах Тюменской области и Красноярского края подтверждается правомерность предполагаемого сходства процессов формирования на обширной территории нашей страны этой своеобразной органогенной аккумуляции, обусловленной преимущественно существующей на протяжении последних тысячелетий биоклиматической обстановки. С ней связана обогащенность элювиальной части профиля недоокисленными органическими соединениями, мигрирующими с почвенными растворами и осаждаемыми на мерзлотном окислительно-восстановительном и кислотно-щелочном барьерах. В зависимости от природных условий наблюдается как равноценное проявление действия этих почвенно-геохимических барьеров, так и преобладание того или иного.
В другой работе Е. Г. Нечаева (1980) особое значение придаёт процессам промерзания почв и отмечает, что сводить их роль лишь к затормаживанию почвенных процессов, консервированию гумуса, нет никаких оснований.
Растительный ярус служит источником поступления органического вещества в почву. Дерново-подзолистые со вторым гумусовым горизонтом почвы более всего характерны для подзоны южной тайги. В пределах ареала почв растительность имеет следующий облик. Коренные зеленомошно-кисличные ельники с примесью липы, бересклета и других пород на западе Русской равнины сменяются в восточной ее части и Приуралье елово-пихтовыми со значительным участием березы, осины, сосны, с подлеском из липы, рябины, черемухи лесами, на юге – со значительной примесью широколиственных пород – липы, вяза, клена, ильма и с хорошо развитым травяным покровом. В южной тайге Западной Сибири преобладают елово-кедрово-пихтовые леса со значительным участием березы, осины, а в нижних ярусах и в подлеске – липы. В этих лесах хорошо выражен кустарниковый подлесок из черемухи, рябины, шиповника и других видов. Хорошо развит напочвенный покров — травянисто-моховой, кустарничково-травянистый и разнотравный со значительным участием папоротников.
В Сибири южный вариант почв со вторым гумусовым горизонтом – серые лесные под мелколиственными травянистыми лесами подтайги и лесостепи, главным образом в пределах Красноярского края и Новосибирской области; восточный вариант дерновые лесные под лиственнично-еловыми травяно-моховыми лесами Иркутской области.
При анализе растительности южнотаежных темнохвойных лесом с точки зрения поставляемого на поверхность почв органического материала обращает внимание большое участие лиственных древесных пород, кустарников и лесного разнотравья. Так, в составе опада елово-пихтовых лесов Нижнего Прииртышья отношение массы хвои к массе листьев древесных пород составляет 0,7—1,5. Биомасса травостоя в автоморфных фациях составляет около 50%, а в переувлажненных — более 100% от массы древесного опада. Богатая легкодоступными для микрофлоры углеводами и органическими кислотами, лиственная и травянистая часть лесного опада существенно способствует процессам его трансформации.
Повышенную биогенность второго гумусового горизонта в южнотаежных почвах Тюменской области отметила А. М. Антоненко (1969). Затем это явление было подтверждено И. Л. Клевенской с соавторами в книге «Микрофлора почв Западной Сибири» (1970). Они пишут: «Характерные для Сибири вторично-подзолистые почвы имеют погребенный гумусовый горизонт, который отличается от лежащих выше горизонтов большей биогенностыо» (с. 49). Второй максимум в численности микроорганизмов после А1 эти авторы наблюдали и во втором гумусовом горизонте темно-серых почв Красноярского края.
В результате многолетних исследований на Нижнеиртышском стационаре обнаружено активное функционирование микрофлоры в течение вегетационного периода. В отдельные годы количество основных физиологических групп микроорганизмов в горизонте Н превышало таковое в горизонте А1, О. Повышенной биологической активности этих почв по сравнению с сильноподзолистыми и подзолисто-глеевыми на исследуемом полигоне свидетельствует более высокая концентрация в них СО2, максимум которой приурочен к средней части профиля — горизонту А2В. Поступление сюда в результате иллювиирования подвижных минеральных, органических веществ и их комплексов, являющихся питательным субстратом микрофлоры, видимо, и служит причиной повышенного продуцирования здесь СО2. Подтверждением тому служат отмеченные факты приуроченности к горизонту А2В второго максимума численности некоторых групп микроорганизмов (Добровольский, и др., 1971; Никитина, Антоненко, 1975).
Результаты режимных наблюдений в Прииртышье согласуются с результатами аналогично поставленных исследований на Приангарском стационаре в южной тайге Средней Сибири. Эти исследования показали, что дерново-подзолистые со вторым гумусовым горизонтом почвы имеют максимальную на топологическом профиле насыщенность водорастворимым органическим веществом и углекислотой. Причем СО2 обнаружила повышенную положительную связь с общим углеродом.
Из приведенных Е. Г. Нечаевой доводов в поддержку гипотезы современного формирования второго гумусового горизонта видно, что наиболее в центре находятся следующие доказательства: приуроченность почв со вторым гумусовым горизонтам к транс-аккумулятивным ландшафтно-геохимическим позициям, повышенная биогенность горизонтов, высокая биологическая активность на фоне богатства почвенных растворов органическим веществом, колебания окислительно-восстановительного потенциала, а также роль сезонной мерзлоты как геохимического барьера.
Гипотеза А. С. Керженцева (1972, 2006).
К выводу о возможности образования второго гумусового горизонта в современных условиях автор пришел, работая на подзолистых и серых лесных почвах южной тайги Причулымья (Обь-Енисейское междуречье), где второй гумусовый горизонт обнаруживается довольно часто в виде темной или черной полосы, расплывчатых темных пятен, ясно видимых на светлом фоне подзолистого горизонта. Почвы с A2h встречаются на различных элементах рельефа под темнохвойными, лиственными и смешанными лесами, а также на типичных здесь обширных гарях и «еланях». Строгой приуроченности их к определенным элементам рельефа установить автору не удалось, в отличие от работ Е. Г. Нечаевой. Это можно связать с меньшей расчлененностью Причулымья и более крупномасштабным характером работы А. С. Керженцева. Стационары, на которых работала Е. Г. Нечаева, расположены на участках с высокой расчлененностью, так в Прииртышье перепады высот около 30 метров на 500 метров. К тому же проводилась площадная крупномасштабная съемка и закладывались нивелировочные профили. В работах А. С. Керженцева такой детальности нет, что, вероятно, и не позволило автору выявить возможной связи выраженности горизонтов с рельефом.
Причины, по которым автор усомнился в приложимости реликтовой гипотезы к почвам Причулымья:
1) согласно реликтовой гипотезе, A2h должен раньше всего исчезнуть в дренированных почвах и дольше сохраняться в почвах понижений. Однако на водоразделах в Причулымье, почвы с ярко выраженным A2h встречались гораздо чаще, чем вблизи естественных понижений.
2) если A2h действительно реликт высокогумусного профиля, исчезающего под действием подзолистого процесса, то максимальной его сохранности надо ожидать в самых нижних горизонтах, куда еще не проник процесс оподзоливания. На самом деле темная полоса или серия темных пятен чаще всего выделяется на фоне элювиального подзолистого горизонта, где разрушаются даже минералы. Гумус слишком динамичная и неустойчивая система, чтобы сохранить все компоненты в течение 5-8 тыс. лет после коренного изменения породивших его условий. Кроме того, анализ качественного состава гумуса показал, что гумус А2Ь в разных почвах представлен разными фракциями гуминовых кислот, что указывает на отсутствие единого, общего для всех почв, реликтового предшественника.
А. С. Керженцев определяет те экологические условия, при которых образование A2h, согласно гипотезе В.В. Пономаревой наиболее вероятно, чтобы таким опосредованным способом подойти к объяснению его генезиса в почвах Причулымья.
Сразу же возник вопрос о принципиальной возможности образования гуматного гумуса в почвах южной тайги. Для подзолистых почв южной тайги вероятно формирование гуматного гумуса после удаления лесного полога пожаром, вырубкой, инвазией энтомовредителей на больших площадях. В этом случае на поверхности почвы формируются гидротермические условия, идентичные условиям лесостепной зоны, которые стимулируют развитие дернового процесса с формированием темноцветного гумусового горизонта.
