Фракционно-групповой состав гумуса подбуров Южной Якутии

Введение. Известно, что термин «подбуры» впервые был предложен В.О. Таргульяном в 1971 г. [1]. Им отмечено, что образование подбуров практически возможно во всех зонально-фациальных вариантах холодных гумидных областей, но при обязательном наличии в почвенной толще свободного внутреннего дренажа и господстве окислительной среды. На горно-таежной территории Южной Якутии подбуры господствуют в поясе горных тундр и верхнетаежных лиственничных редколесий с кедровым стлаником и ольховником в кустарниковом ярусе. Встречаются также и на узких водоразделах и крутых склонах среднетаежного пояса [2–4]. К настоящему времени в литературе имеются лишь единичные сведения по составу гумуса подбуров

Южной Якутии [5]. Между тем основополагающими работами ведущих исследователей органического вещества почв была раскрыта огромная роль гумуса в процессах формирования и функционирования почв, в создании почвенного плодородия и обеспечении его устойчивости [5, 6–10].

Цель работы . Исследование фракционно-группового состава гумуса подбуров Южной Якутии в связи с био-климатическими особенностями гумусообразования.

Объекты и методы исследований . Подбуры изучены нами на южной части Алданского нагорья в бассейнах рек Йенгра и Тимптон с абсолютными высотами 600– 900 м н.у.м.

Климат района континентальный, характеризуется низкими годовыми и зимними температурами, большими сезонными и суточными их колебаниями, хотя и более умеренными, чем в Центральной Якутии. Среднегодовая температура воздуха отрицательная и составляет около -8 °С. В летние месяцы воздух нагревается до 14-17 ° С. Средняя температура января колеблется на разных пунктах от -35 °С до -28 °С. По степени увлажнения территория исследований относится к зоне достаточного увлажнения. В районе выпадает сравнительно большое количество осадков (от 400 до 700 мм), которое по сезонам года распределяется крайне неравномерно. Наиболее дождливыми месяцами являются июль и август (32–40 % от годовой нормы). Многолетняя мерзлота имеет прерывистое распространение.

Основным источником поступления органического вещества в подбурах являются лишайниково-моховые лиственничники с кедровым стлаником в кустарниковом ярусе, при разложении растительных остатков которых образуются продукты кислотного характера. Биологический круговорот в лесных фитоценозах Южной Якутии оценивается как мало- и среднепродуктивный, сильнозаторможенный, низко- и среднезольный [11].

Установлено, что почвообразующие породы (грубообломочный элювий коренных пород – граниты, гнейсы) бедны основаниями, поэтому не могут нейтрализовать создающуюся кислотность. А их высокая фильтрационная способность, обусловленная легким гранулометрическим составом, щебнистостью и трещиноватостью, и глубокое залегание многолетней мерзлоты содействуют нисходящим токам, часто способствующим развитию процессов оподзоливания [2, 12, 13]. Указанные биоклиматические особенности приводят к накоплению в подбурах грубого органического вещества и формированию грубогумусового и торфянистого горизонтов.

Ниже приводим характеристики морфологического строения изученных почвенных разрезов.

Подбур грубогумусированный (разр. 2 ОМ-04 от 07.09.2004 г.) развит на вершине горы (высота – 882 м н.у.м.) в 2 км на северо-восток от с. Йенгра под лиственничником бруснично-лишайниковым, в кустарниковом ярусе господствует кедровый стланик. Значительная площадь занята выходами плотных пород. Координаты: 56°14'06” с.ш., 124°52'58'' в.д.

О, 0-2 см. Бурая рыхлая, влажная лесная подстилка, состоящая из свежего и слаборазложившегося опада лишайников и листьев брусники, переход заметный.

Оао, 2-4 см. Темно-бурый, на 80 % состоит из живых и мертвых корней, влажный, рыхлый, каменистый (более 50 %). Камни размером от 2–3 до 10–20 см, переход ясный, граница волнистая.

ВНF, 4-20 см. Охристо-бурый, сильно каменистый (70 и более %), мелкозем комковато-порошистый, суглинистый, влажный, пронизан корнями, не вскипает от НСI, переход заметный, граница неровная из-за включений обломков глыб.

ВС, 20-35 см. Желтовато-светло-бурый, сильновлажный, каменистый, мелкозем порошистый, суглинистый, с обильными включениями щебня размером 1–2 мм, книзу – глыбы гранито-гнейсов.

Подбур грубогумусированный (разр. 3К-07 от 04. 07.07 г.), сформированный под лишайниково-мохово-брусничным лиственничным молодняком (гарь старая, в кустарниковом ярусе ольха, кедровый стланик, багульник), вскрыт на правом берегу р. Тимптон, почти на вершине горы (высота – 684 м н.у.м.). Координаты: 57°19'53" с.ш., 126°09'03" в.д.

О, 0-3(5) см. Темно-бурая рыхлая подстилка, состоящая из живых и слаборазложившихся частей лишайников, опада листьев ольхи, брусники, хвои, веточек, шишек, переход заметный, граница волнистая.

Оао, 3(5)-8(11) см. Темно-бурый, рыхлый, слабовлажный, густо пронизан корнями растений, переход заметный, граница волнистая.

ВНFрir, 8(11)-26(28) cм. Охристо-бурый, с черными включениями древесных углей, уплотненный, супесчаный, мелкокомковатый, много средних и больших обломков каменистых пород, полуразложившихся остатков корней растений, мелкозем не вскипает от НСI, переход ясный, граница волнистая.

ВF, 26(28)-38(40) см. Бурый, свежий, уплотненный, мелкокомковатый, супесчаный, от HCl не вскипает, много крупных камней, глубже залегает плотная порода.

Следует отметить, что в вышеуказанных разрезах подбуров криогенез выражен в виде вертикальных моро-зобойных трещин и языковатых границ между горизонтами, мерзлота находится за пределами щебнистокаменистого почвенного профиля.

Сухоторфяно-подбур иллювиально-гумусовый (разр. 3Н-07 от 04. 07.07 г.) развит на склоне северной экспозиции правого берега р. Тимптон под лиственничником мохово-брусничным, в кустарниковом ярусе присутствуют ольха, багульник (высота – 556 м н.у.м.;). Координаты: 57°20'00" с.ш., 126°08'53" в.д. Мерзлота на момент описания разреза была на глубине 29 см.

О, 0-2 см. Бурая подстилка, состоящая из веточек, хвои лиственницы, мхов, листьев ольхи и брусники.

ТJ, 2-23 cм. Темно-бурый, рыхлый, сухоторфяный, содержание остатков растений разной степени разложения составляет 20 %, переход заметный, граница волнистая.

ВН, 23-29 см. Буровато-серый, влажный, много-, слабо- и среднеразложившиеся остатки растений, бесструктурный, с тонкой песчаной уплотненной прослойкой в средней части, мелкозем не вскипает от НСI, ниже мерзлый слой, залегающий на каменистом субстрате.

Морфогенетическая характеристика почв дана в системе новой классификации почв России [14]. Общие фи- зико-химические свойства и гранулометрический состав почв определены по стандартным в почвоведении методикам. Содержание и состав гумуса анализировались по методу Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой [15].

Результаты и их обсуждение. Гранулометрический состав изученных нами подбуров грубозернистый, в составе мелкозема преобладают песчаные фракции (60– 70 %). Реакция среды во всех разрезах кислая по всему почвенному профилю, сильнокислая реакция обнаруживается в подстилочно-торфяных горизонтах, книзу кислотность становится кислой и слабокислой. Обменная кислотность обусловлена практически равным соотношением ионов алюминия и водорода. Отмечается биогенное накопление кальция и магния, величина которого в минеральных горизонтах резко снижается в связи с их легким гранулометрическим составом (табл. 1).

Таблица 1

Физико-химические свойства подбуров

Горизонт	Глубина,	рН	ППП*	Кислотность обменная		Обменные катионы			Содержание частиц, %
	см	водный	гумус,%	АI3+	Н +	Са2+	Мg2+	∑	<0,001	<0,01
				смоль(экв)/кг					мм	мм
Подбур грубогумусированный,						разр. 2ОМ-04
Оао	2-4(9)	4,4	55,6*	3,8	3,2	10,7	7,5	18,2	-	-
ВНF	4(9)-20	4,8	3,6	3,6	3,0	0,5	0,3	0,8	8,1	24,2
ВF	20-35	5,0	1,4	1,0	0,9	0,2	0,1	0,3	3,1	13,8
Подбу			р грубогумусированный, постпирогенный разр. 3К-07
Оао	3(5)-11	4,6	53,4*	3,5	3,1	14,1	7,8	21,9	-	-
ВНFрir	8(11)-28	5,0	6,3	3,4	2,6	1,6	1,0	2,6	6,6	16,8
ВF	28-40	5,2	2,3	1,6	1,3	1,4	0,9	2,3	5,0	16,0
Сухоторфяно-подбур иллювиально-гумусовый, разр. 3Н-07
ТJ	2-23	3,7	76,1*	24,5	19,7	13,8	7,6	21,4	-	-
ВFН	23-29	4,0	25,6*	11,7	9,7	3,0	2,6	5,6	-	-

Примечание: ППП – потери при прокаливании; прочерк означает «не определено».

Подбур грубогумусированный (разр. 2 ОМ-04) характеризуется высоким содержанием органического углерода (Собщ) в верхнем гор. Оао, состоящем из негумифици-рованных и слабогумифицированных растительных остатков. Под гор. Оао содержание Собщ резко падает до низких значений, что подтверждает грубогумусный тип гумусового профиля [8]. Согласно градации гумусного состояния почв [5], тип гумуса гуматно-фульватный в горизонте Оао и фульватный в минеральной части профиля (табл. 2).

Таблица 2

Глубина, см	С общ , %	Гуминовые кислоты			Фульвокислоты				Сгк:Сфк	Негидролизуемый остаток
		1	2	3	1а	1	2	3
Подбур грубогумусированный, разр. 2ОМ-04
2-4(9)	18,1	14,0	0,4	5,9	0,7	13,8	3,7	5,1	0,87	56,4
4(9)-20	1,7	6,7	0,7	3,7	13,3	19,6	9,8	5,4	0,26	40,8
20-35	0,7	5,1	1,0	3,1	32,1	7,8	6,4	7,1	0,17	37,4
Подбур грубогумусированный, разр. 3К-07
3(5)-8(11)	31,4	6,5	0,9	2,2	2,5	3,4	1,9	1,7	1,0	80,9
8(11)-28	2,9	12,8	0,7	4,3	32,5	2,4	8,6	3,8	0,37	34,9
28-40	1,5	5,6	0,4	2,7	26,4	1,2	5,1	1,0	0,26	57,6
Сухоторфяно-подбур иллювиально-гумусовый, разр. 3Н-07
2-23	39,5	5,4	2,8	1,7	4,5	0,7	4,8	1,2	0,88	78,8
23-29	14,0	19,6	8,4	4,2	6,7	14,0	3,9	2,7	1,17	40,4

Фракционно-групповой состав гумуса подбуров (% от С общ )

Гуминовые кислоты представлены всеми фракциями, основную их часть составляют «свободные» ГК-1 (55– 69 % от суммы ГК) и прочносвязанные ГК-3 фракции (29– 34 %). Доля связанных с кальцием фракций ГК-2 очень низкая (2–11 %), что является специфической особенно- стью фракционного состава гумуса многих типов кислых ненасыщенных почв гумидных ландшафтов [1, 5, 16, 17].

В составе фульвокислот выражено преобладание фракций ФК-1 и ФК-3 в верхнем грубогумусированном горизонте Оао. В нижележащей минеральной части ха- рактерно резкое увеличение агрессивной подвижной фракции ФК-1а до 60 % от суммы ФК, которая способна активно разрушать силикатные минералы и образовывать подвижные органо-минеральные комплексы в виде соединений железа и алюминия. Подвижные гуминовые кислоты накапливаются в основном в верхних органоаккумулятивных горизонтах, подвижные фульвокислоты, напротив, преимущественно выносятся из органоаккумулятивных горизонтов и осаждаются в минеральной толще. Ранее проведенные подсчеты выноса веществ с почвенными растворами в подбурах Алданского нагорья показали, что концентрация органического углерода при фильтрации падает в 10 раз, окиси железа в 100 раз [13]. При этом основное передвижение органо-железистых соединений ограничивается верхним 5-10 см слоем, способствуя формированию бурого горизонта ВНF непосредственно под подстилкой в связи с быстрым насыщением гумусовых кислот полуторными окислами и их осаждением.

Показатели состава гумуса подбура грубогумусированного, постпирогенного (разр. 3К-07) близки показателям, свойственным предыдущей почве. Однако в данной почве общий уровень содержания углерода несколько выше, отношение Сгк:Сфк изменилось в сторону гуматно-сти, но эти изменения не выходят за пределы градации гуматно-фульватного и фульватного типов гумуса и имеют форму тенденции (табл. 2). Во фракционном составе ГК обнаружено самое высокое содержание фракции «свободных» гуминовых кислот ГК-1 (12,8 % от С общ или 72 % от суммы ГК) в альфегумусовом горизонте ВНFрir с включениями древесных углей. Подобное накопление фракции ГК-1 при пирогенном воздействии отмечено в погребенном пирогенном горизонте бурозема типичного постпирогенного, развитого в Южной Якутии на Алдано-Учурском хребте [18].

Сухоторфяно-подбур иллювиально-гумусовый (разр. 3Н-07) отличается коротким гумусовым профилем, ограниченным слоем многолетней мерзлоты на глубине 29 см. Содержание органического вещества в сухоторфяном горизонте ТJ сверхвысокое, состав гумуса гуматно-фульватный (Сгк:Сфк 0,88). В иллювиально-гумусовом горизонте ВFН отношение Сгк:Сфк расширяется до фуль-ватно-гуматного (Сгк:Сфк 1,17), вероятно, за счет ограничения внутрипочвенного стока мерзлотой, невысокой степени выщелоченности, а также наиболее благоприятного для микрофлоры режима влажности.

Вторая особенность состава гумуса заключается в относительном повышении содержания связанной с кальцием фракции ГК-2 до 26–28 % от суммы ГК, что является следствием тех же причин, которые обусловливают преобладание фульватно-гуматного гумуса в горизонте ВFН. Несмотря на это, в гумусе сухоторфяно-подбура иллювиально-гумусового сохраняются высокие уровни накопления «свободных» гуминовых кислот ГК-1 до 55–61 %, что отвечает биоклиматическим условиям зоны распространения подбуров, поскольку и период биологической активности для них непродолжителен, и достаточно велико общее количество осадков. Содержание прочно связанных гуминовых кислот ГК-3 среднее (13–17 % от суммы ГК), тогда как в подбурах грубогумусированных оценивается как высокое (21–34 % от суммы ГК).

Выводы. Исследованные подбуры Южной Якутии имеют короткий гумусовый профиль (<50 см) с поверхно- стным накоплением большого количества слабогумифи-цированного органического вещества, обусловленного низкой биохимической активностью процессов трансформации. Другой важной особенностью гумусообразования является высокая кислотность среды, которая определяется биогенным фактором.

Фракционно-групповой состав подбуров в целом отражает зональные биоклиматические особенности гуму-сообразования и характеризуется однотипностью группового (гуматно-фульватного в аккумулятивных горизонтах и фульватного – в минеральных) и одинаковой структурой фракционного состава гумусовых кислот с наибольшей долей «свободных» фракций ГК-1, ФК-1 и ФК-1а. Эти кислые подвижные гумусовые кислоты на фоне грубозернистого гранулометрического состава непосредственно участвуют в процессах, формирующих генетический тип подбуров (внутрипочвенное элювиально-иллювиальное перераспределение кислого подвижного гумуса и связанных с ним соединений железа и алюминия).