Дифференциация состава гумуса в почвах притеррасной поймы в дельте Селенги

Гумус является многокомпонентной системой, которая влияет на формирование органического профиля почвы, ее плодородие и продуктивность растительных сообществ. Поэтому при проведении почвенно-экологического мониторинга гумус почв необходимо исследовать в первую очередь.

Известно, что важнейшими показателями состояния гумуса в почвах являются его содержание, запасы, тип, обогащенность азотом, кальцием [Гришина, Орлов, 1979]. Особенности образования гумуса и его накопления в почвах пойм отличны от почв автоморфных позиций и обусловлены как поступлением и разложением остатков растительной биомассы, так и привнесением органического вещества с пойменными и почвенно-грунтовыми водами.

Пойменные почвы дельты реки Селенга — уникального образования, расположенного на юго-востоке оз. Байкал, служат природным фильтром растворенных веществ, поступающих с речным стоком [Дельта реки Селенги... 2008]. Их роль возрастает при осуществлении мероприятий по охране экосистемы оз. Байкал на прилегающих территориях, где антропогенный фактор негативно воздействует на гумусообразование в почвах [Чимитдоржиева, 2016]. Гумусовые вещества почв благодаря особенностям своего молекулярного строения участвуют в аккумуляции химических соединений, поступающих в почвы поймы с грунтовыми водами, тем самым возрастает роль гумуса в плодородии, стабильности почвенного покрова дельты и, соответственно, актуальность исследований гумуса в этих почвах.

Цель данной работы — установить различия в составе гумуса на основе оценки параметров гумусного состояния почв в притеррасной пойменной части дельты р. Селенги, характеризующихся своеобразием условий их формирования.

Объекты и методы

Исследуемая территория расположена в аккумулятивной долине, приуроченной к лесостепной зоне Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной области, и характеризуется континентальным климатом, обусловленным влиянием озера Байкал. Среднегодовая температура воздуха составляет –0.9 ºС, среднегодовое количество осадков не превышает 350 мм, среднегодовая влажность воздуха — 72 %, безморозный период длится 120 дней, вегетационный период — 140–150 дней [Атлас Республики... 2000; Экологический атлас... 2015].

Согласно почвенному районированию исследованная территория относится к долинному округу низовий р. Селенги Северо-Восточно-Байкальской провинции [Убугунов и др., 2019]. Здесь отмечено наибольшее разнообразие аллювиальных почв, на строение, гумусообразование и гумусонакопление которых существенно влияют геологическое строение территории, рельеф поймы, обусловливающий ее заболачивание, климатические условия, вызывающие длительную сезонную мерзлоту в почвах и их переувлажнение, гидрогеологические условия территории, гидрография, водный и твердый стоки и аккумуляция наносов, растительность, поставляющая разложившуюся органику, а также близко расположенные к поверхности почвенно-грунтовые, служащие источником растворенных веществ, в том числе и органического генезиса [Дельта реки Селенги... 2008].

Исследовались почвы левобережной поймы дельты р. Селенги в ее притеррасном понижении в окрестностях с. Степной Дворец. Этот участок представлен низменной равниной с комплексом стариц и проток р. Селенги. На экспериментальных площадках после закладки почвенных разрезов изучены морфологические свойства, гидротермические показатели, а после отбора проб дана химическая характеристика почв, установлены профильное распределение и содержание гумуса, его запасы и фракционно-групповой состав [Воробьева, 2006; Теории и методы физики... 2007].

Результаты и их обсуждение

Почвы пойменных ландшафтов образуются в условиях сложного сочетания геоморфологических, собственно почвообразовательных процессов с процессами седиментогенеза [Лаптева и др., 2020; Жаринова и др., 2023]. В притеррасных частях пойм, где почвенно-грунтовые воды находятся близко к поверхности, формируются гидроморфные почвы. В зависимости от геоморфологии пойменного участка содержание гумуса в них варьирует. Они представлены от очень слабогумусированных песчаных почв в прирусловых участках до почв с очень высоким содержанием органического вещества в низких частях поймы. Также здесь выделяются почвы с хорошо выраженными погребенными гумусированными горизонтами и прослоями [Орлов и др., 1996, Шахматова, Корсунов, 2008].

Почвенный покров притеррасной части поймы в левобережье дельты Селенги представлен синлитогенными почвами (аллювиальными слоистыми, аллювиальными темногумусовыми, аллювиальными перегнойно-глеевыми) [Классификация и диагностика... 2004]. Исследованные почвы характеризуются слабокислыми и слабощелочными значениями pH. Выявлено поверхностное окарбоначивание почв, уменьшение показателей pH вниз по профилям и заметное увеличение кислотности в перегнойно-глеевых почвах как результат их переувлажнения. Признаки оглеения распределены по профилю почв неравномерно. Ниже представлены некоторые химические и физические свойства притеррасных пойменных почв в районе исследований (табл. 1).

Таблица 1

Химические и физические параметры притеррасных пойменных почв

Горизонт, глубина, см	pH водный	Гумус, %	Азот, %	Плотность сложения	Плотность твердой фазы	Физическая глина	Содержание частиц <0.001 мм
				г/см P 3		%
Аллювиальная слоистая
Wca/С 0–25	8.0	1.6	0.11	1.21	2.65	7	2
C~ 25–33	7.9	1.6	0.06	1.37	2.70	6	3
C~ 33–36	7.9	1.9	0.11	1.32	2.60	8	3
C~ 36–43	7.8	1.2	0.09	1.42	2.70	8	3
C~ 43–46	7.1	2.2	0.15	1.34	2.65	8	3
C~ 46–52	7.2	0.5	0.04	1.39	2.70	3	1
C~ 56–65	7.0	2.1	0.14	1.49	2.55	9	3
C~ 65–76	7.1	0.7	0.07	-	-	-	-
C~ 77–80	7.3	0.4	0.04	-	-	-	-

Продолжение табл. 1

Горизонт, глубина, см	pH водный	Гумус, %	Азот, %	Плотность сложения	Плотность твердой фазы	Физическая глина	Содержание частиц <0.001 мм
				г/см3		%
Аллювиальная слоистая
[C] 80–82	6.4	4.6	0.26	-	-	-	-
Cох. 80–82	6.7	0.9	0.08	-	-	-	-
G 82–110	6.5	0.6	0.04	-	-	-	-
Аллювиальная темногумусовая
AU 0–6	8.2	6.2	0.35	1.03	2.50	20	6
AU 6–22	8.0	2.8	0.18	1.27	2.65	11	3
Bg 22–47	8.1	1.3	0.09	1.30	2.65	6	1
[AU] 47–60	7.5	2.3	0.17	1.32	2.70	14	5
BC~ 60–100	7.3	0.8	0.08	1.38	2.60	7	1
BC~ 100–110	6.7	1.3	0.09	-	-	15	3
Аллювиальная перегнойно-глеевая
H 0–20	6.4	6.3	0.31	0.62	2.45	21	2
Hg 20–34	6.2	6.5	0.39	0.86	2.45	24	2
BG 34–54	6.1	0.7	0.05	1.10	2.65	5	2
BG 54–80	5.4	0.6	0.05	1.26	2.65	6	3
[H] 80–90	6.7	4.5	0.33	-	2.65	15	2

Примечание: “-” определение не проводилось.

Вдоль проток и рукавов дельты на дренируемых участках поймы под злаково-разнотравными и разнотравно-осоковыми сообществами формируются аллювиальные слоистые почвы. Формула организации профиля следующая: W–С˜˜. Они развиты в области более интенсивной аккумуляции легкого по гранулометрическому составу аллювия. Поэтому в них отмечено сравнительно высокое содержание плотности сложения и плотности твердой фазы.

В связи с легким сложением этих почв и благодаря отепляющему влиянию вод протоков и рукавов Селенги они функционируют в сравнительно благоприятных температурных условиях (рис. 1) и имеют неустойчивый в летне-осенний период водный режим (рис. 2).

Эти почвы часто подтапливаются водами протоков и, соответственно, характеризуются периодическим отложением аллювиальных наносов и формированием верхнего слаборазвитого горизонта с низким содержанием гумуса. Далее следует слоистая толща песчаных отложений, которые чередуются супесчаными погребенными прослоями, обогащенными органогенным материалом. Оглеение профилей почв обусловлено наличием близко залегающих от поверхности почвенно-грунтовых вод и сезонным появлением надмерзлотной верховодки на границах смены горизонтов и слоев, имеющих разный гранулометрический состав. Последняя в раннелетний период была отмечена на глубине 80–90 см.

Рис. 1. Распределение и изменение температурных показателей в профилях притеррасных пойменных почв в теплый период

Аллювиальные слоистые почвы характеризуются низкими показателями и запасами гумуса. В верхнем 0–25 см слое Wca/C значение гумуса не превышает 1.6 %, его запасы низкие и составляют не более 160 т/га.

Распределение гумуса по профилю почвы имеет полимодальный характер, что обусловлено формированием серии погребенных слоев и горизонтов, в которых выявлено более высокое содержание гумуса по сравнению с верхними горизонтами аккумуляции органического вещества. Показатель степени гумификации по горизонтам вниз по профилю варьирует от высоких до средних показателей и тесно зависит от гранулометрического состава, уровней увлажненности и прогревания почвенных горизонтов. Также в исследованной почве установлены высокие показатели содержания водорастворимого органического углерода, что свидетельствует о его дополнительном приносе с почвенно-грунтовыми водами [Шахматова и др., 2009].

Рис. 2. Распределение и изменение показателей влажности в профилях притеррасных пойменных почв в теплый период

Проведенный анализ группового состава гумуса выявил гуматно-фульватный или фульватно-гуматный тип гумуса в аллювиальных слоистых почвах. Установлены низкое содержание нерастворимого остатка (рис. 3), высокие доли фракций ГК-1 и ГК-3 в составе гуминовых кислот (ГК) в верхних органоаккумулятивных горизонтах и увеличение доли ГК-2 в нижней части профиля, где отмечается влияние грунтовых вод, несущих кальций. В составе фульвокислот (ФК) преобладают ФК-1 и ФК-2.

Аллювиальные темногумусовые почвы (AU–C(ca)˜˜) развиты под злаковоразнотравными сообществами. Они приурочены к повышенным участкам поймы, которые практически не подвержены затоплению талыми и проточными водами и характеризуются наличием грунтовых вод на глубине до 1.5 м, практически не выраженной слоистостью и присутствием признаков оглеения в нижней части профиля почвы. Верхние горизонты профиля могут вскипать от наличия карбонатов.

Удаленность от протоки, более высокие положения почв в рельефе и обилие растительности сказываются на их своевременном оттаивании, лучшем прогревании в летний период, хорошей аэрации, высокой водопроницаемости и преобладании нисходящих токов влаги. Верхние типодиагностические горизонты хорошо оструктурены, имеют легко- и среднесуглинистый гранулометрический состав, более низкие значения плотности сложения и плотности твердой фазы, нейтральную или слабощелочную реакцию среды.

Рис. 3. Содержание и распределение гумусовых веществ по профилям притеррасных пойменных почв

В органогенном AU горизонте аллювиальной темногумусовой почвы, где отмечены высокие запасы корневой массы, содержание гумуса составляет более 6 % и с глубиной отмечается его постепенное снижение, исключая погребенный горизонт, где выявлен рост показателя органического углерода. В связи с этим по системе показателей гумусного состояния почв [Орлов и др., 2004] запасы гумуса в метровом слое этой почвы имеют средние показатели и составляют около 220 т/га. Благоприятный гидротермический режим этих почв способствует активному разложению растительных остатков. Отношение C:N в гумусово-аккумулятивном горизонте свидетельствует о средней обогащенности органического вещества азотом. Степень гумификации в верхних горизонтах средняя, и вниз по профилю ее уровень снижается. В составе углерода гумуса в верхней части профиля доминируют ФК и, соответственно, отношение Сгк/Сфк составляет менее 1, тип гумуса — гуматно-фульватный, что обусловлено постоянным поступлением свежей разложившейся органики. Вниз по профилю это отношение уменьшается.

В составе углерода в темногумусовом горизонте выявлена высокая доля фракции ГК-3, а в нижележащих горизонтах профиля заметно увеличивается фракция ГК-2. В верхнем и погребенном горизонтах доминируют первая и третья фракции фульвокислот, а в минеральных — устойчиво связанные фракции ФК-2 и ФК-3. Несмотря на то, что содержание агрессивной фракции ФК-1а по всему профилю низкое, ее доля возрастает в нижней части.

В понижениях поймы, отдаленных от русел протоков, в депрессиях, где застаиваются делювиальные и паводковые воды, выявлены аллювиальные перегнойно-глеевые почвы. Формула организации профиля имеет вид: H–G–CG˜˜. Они формируются под осоково-злаково-хвощевыми или злаково-осоково-пушицие-выми сообществами при близком от поверхности залегании почвенно-грунтовых вод. Почвы характеризуются верхним мощным оторфованным перегнойным сизовато-темно-бурым горизонтом, аккумулирующим органическое вещество, сильным оглеением всего профиля и накоплением илистой фракции, слабокислой или слабощелочной реакцией среды. Источниками поступления гумуса являются большое количество корневой массы различной степени разложения, сосредоточенной в 20-сантиметровом слое, и растворенные органические вещества, приносимые с грунтовыми и паводковыми водами. Было установлено, что профиль этих почв в летний период сравнительно медленно прогревался и длительное время находился во влажном состоянии. Таким образом, высокое содержание аккумулированных в верхнем слое полуразложившихся корневых остатков и жесткие водно-температурные условия являются причиной консервации в этих почвах органического вещества.

В органо-аккумулятивном Н горизонте содержание гумуса более 6 %. Вниз по профилю его значение снижается ниже 1 %. Почва характеризуется средними запасами гумуса в метровом слое, сверхслабой степенью гумификации органического вещества и высокой величиной соотношения С:N в верхних горизонтах профиля. Это обусловлено тем, что почвы затронуты процессами торфообразования. Вниз по профилю вслед за уменьшением содержания углерода органических веществ снижается показатель отношения углерода к азоту.

Данные анализа группового состава гумуса в верхних горизонтах свидетельствуют о высоком содержании углерода в составе гумусовых кислот и низком значении углерода нерастворимого остатка, что обусловлено утяжеленным гранулометрическим составом. В нижних оглеенных горизонтах выявлено преобладание фульвокислот, а в погребенном горизонте — гуминовых кислот. Также в этой части профиля в составе гумусовых веществ доминирует нерастворимый остаток (НО). В составе растворимых гумусовых веществ в верхнем оторфованном слое перегнойно-глеевой почвы соотношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот составляет 1 или более единицы.

В связи с тем, что эта почва формируется в условиях избыточного увлажнения, то есть при господстве восстановительных процессов, тип гумуса в органоаккумулятивных горизонтах фульватно-гуматный, а в глеевых горизонтах он становится гуматно-фульватным.

Исследование фракционного состава гумуса выявило высокое долевое участие гуминовых кислот первой и третьей фракций (ГК-1 и ГК-3) и низкое — гуминовых кислот, связанных с кальцием (ГК-2) в перегнойно-аккумулятивном горизонте. Доминирование ГК-1 и ГК-3 связано с обновлением гумуса в результате гумификации постоянно поступающего свежего органического вещества. В минеральных горизонтах, несмотря на увеличение доли гуминовых кислот, отмечено снижение ГК-1. В составе фульвокислот выявлено преобладание ФК-1 и ФК-3. Доли ФК-2 и ФК-1а низкие.

Таким образом, в верхних горизонтах исследованных почв в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты первой и третьей фракций. В нижних и огле-енных горизонтах доминируют гуминовые кислоты второй фракции, образующиеся под влиянием почвенно-грунтовых вод. Среди фульвокислот в меньшем количестве отмечена агрессивная фракция. Это свидетельствует о природной ценности данных почв. Представленный анализ состава гумуса в различных типах пойменных почв в притеррасной части дельты р. Селенги также выявил профильную дифференциацию в содержании, запасах и распределении гумуса, степени гумификации органического вещества, по типу гумуса, долевом участии гумусовых веществ, представленных группами и фракциями гумусовых кислот в зависимости от местоположения почв в мезорельефе поймы.

Заключение

В притеррасной части дельты р. Селенги формирование разнообразия пойменных почв происходит при взаимном влиянии геоморфологических процессов, гидроморфизма и гидрогенного накопления аллювиальных отложений.

Проведенный анализ состава гумуса представленных в данной работе аллювиальных слоистых, аллювиальных темногумусовых и аллювиальных перегнойноглеевых почв выявил общие особенности, связанные с гидроморфизмом, режимом их затопления, интенсивностью отложения аллювиальных наносов и имеющие результатом наличие в профилях оглеенных и погребенных горизонтов аккумуляции органического вещества. Также установлены различия в содержании, запасах, групповом и фракционном составе гумуса, которые обусловлены особенностями мезорельефа поймы, гранулометрическим составом, температурным и водным режимами почв.

Гранулометрический состав аллювиальных отложений, параметры температуры и влажности накладывают отпечаток на формирование в прирусловых частях слоистых почв с низким содержанием гумуса, на повышенных элементах рельефа оструктуренных почв со средним значением гумуса и в понижениях поймы оторфованных сильно оглееных по всему профилю почв с высоким содержанием органического вещества.

Несмотря на то, что в исследованных почвах имеется общая тенденция распределения гумусовых веществ по профилям, местоположение их в мезорельефе поймы установило типовые особенности гумусообразования, связанные с заметными различиями в количестве и запасах гумуса и их профильном распределении. Это также проявляется в варьировании содержания гумусовых кислот и нерастворимого остатка как в органо-аккумулятивных горизонтах, так и в минеральной части профилей и имеет тесную зависимость от типа гумуса и степени гумификации органического вещества.