Кислотно-основные свойства горных почв на Северном и Среднем Урале

Горные почвы уникальны и мало изучены, сведения о них недостаточны. В прошлом веке ученые, исследовавшие горные почвы Урала, утверждали, что они очень кислые. Первое научное заключение было дано Р.В. Ризположенским [7] на основании морфологических данных и опроса населения. К.П. Богатырев описывал вертикальную зональность распределения почвенных типов Урала [1]. Е.Н. Иванова в своей статье привела некоторые выводы из работ Уральской комплексной экспедиции Академии Наук СССР [4]. Л. К. Главатских в основном изучала почвы горно-таежного пояса, залегающих на высоте 500-600 м н.у.м. [2]. В.П Фирсова выявила отличительные особенности почвообразования в горах от прилегающих к ним равнинных территорий [13]. В настоящее время интерес к изучению почв возрастает, так как они обуславливают устойчивость почв к внешним воздействиям и способствуют сохранению биосферных (экологических) функций почв [8,9,11].

Цель исследований - изучить кислотно-основные свойства горных почв Северного и Среднего Урала. Объекты исследования: почвы пяти ключевых участков в горной части Пермского края.

Северный Урал. Ключевой участок А: гора Хомги-Нел хребет Молебный Камень, заповедник «Вишерский». В 2014 г. заложено 8 почвенных разрезов с высоты 920 (горно-тундровый пояс) до 458 м (горно-лесной пояс) на основных элементах рельефа.

Ключевой участок Б: хребет Чувальский Камень, заповедник «Вишерский». В 2017 г. заложено на западном склоне хребта 9 почвенных разрезов с высоты 868 м (горно-тундровый пояс) до 248 м (горно-лесной пояс).

Ключевой участок В: Камень Ветлан, Красновишерский район. В 2015 г. заложено 3 почвенных разреза под разными фитоценозами (луговое разнотравье, смешенный, еловый лес).

Средний Урал. Ключевой участок Г; хребет Рудянский Спой, Губахинский район. В 2016 г. отобраны почвенные образцы из 5 разрезов, которые были заложены под разной растительностью (березовое криволесье, луговое разнотравье).

Ключевой участок Д: гора Северный Басег, хребет Басеги, заповедник «Басеги». В работе представлены 6 почвенных разрезов, которые были заложены на основных элементах рельефа горы Северный Басег с высоты 950 м (гольцовый пояс) до 430 м (горнолесной пояс).

По факторам почвообразования Северный и Средний Урал различаются. Северный Урал характеризуется более суровыми климатическими условиями и в геологическом отношении встречается больше карбонатных пород. Обследование почв проводилось в трех поясах вертикальной зональности: горно-тундровом, подгольцовом и горно-лесном поясах.

Почвенные образцы были проанализированы в лаборатории на кафедре почвоведения Пермского ГАТУ в 2015-2018 гг. Классификационное положение почв определяли по классификации почв России [5]. Определены: реакция среды почвы рНН2о и рНкс1 -потенциометрическим методом; гидролитическая кислотность методом Каппена; обменная кислотность и обменный алюминий по методу А.В. Соколова; сумма обменных оснований методом Каппена-Гильковица; обменные катионы Са2+ и Mg2+ по методу вытеснения уксуснокислым аммонием с определением на приборе Спектр 5-3. Статистическая обработка данных исследований проведена в программе «Анализ данных» Microsoft Excel, STATISTICA 6.0 и ATI следующими методами: корреляционный анализ, основные статистические показатели и метод информационно-логического анализа (ИЛА). Данный метод в почвоведении использовали [3, 6, 10, 12].

В целом, для почв ключевых участков, независимо от произрастающей растительности, характерна сильнокислая реакция среды, с максимально кислой pH в верхних горизонтах (очень сильнокислая). Среднее статистическое значение актуальной (рНвод) и обменной (рНсол) кислотности в почвах на ключевых участках А. Б. Г. Д варьирует в пределах 4.48-4.79 "(рис. 1а) и 3.54-4,oi (рис. 16) соответственно. На ключевом участке В (Камень

Рисунок 1. Статистическое распределение актуальной и обменной кислотности на Северном и Среднем Урале. Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр. Рудянский Спой; Д -гора Северный Басег

Важно отметить, что почвы на ключевых участках В и Г тем кислее, чем выше по склону они расположены: теснота связи между показателями кислотности (рНВ0Д, рНсол) и высотой местности характеризуется как сильная и составляет в среднем г= - 0.994. "

Дисперсия как показатель варьирования, является наибольшей для почв ключевых участков А и Г. Потенциальная кислотность почв, представленная показателями гидролитической кислотности, является в ысокой (рис. 2), ___________________________________

Рисунок 2 - Статистическое распределение гидролитической кислотности на Северном и Среднем Урале. Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр.

Рудянский Спой; Д - гора Северный Басег

Наименьшее значение данного показателя отмечается в почвах на ключевом участке В (Камень Ветлан) за счет близкого залегания к поверхности

Ветлан) pH в почвах является нейтральной (шах рНвсд=6.89; max рНсол=6,35). Максимальный размах изменчивости по показателям отмечается на ключевом участке В, а минимальный - на участке Г (рис. 1а.б).

карбонатных пород. В целом по всем объектам гидролитическая кислотность изменяется от 0.22 до 76,59 ммоль/100 г почвы.

Гидролитическая кислотность на г. Хомги-Нел и хр. Рудянский Спой изменяется в почвах в зависимости от положения почвы в ландшафте: чем выше местность, тем меньше Нг почв (г= -0.5; г= -0.3, соответствен но).

Типы распределения гидролитической кислотности указывают на более сложные изменения показателей в почвах Среднего Урала (г. Северный Басег) - S-образная форма графика (рис. За). Больше разнообразие типов распределения установлено в почвах на Северном Урале (г. Хомги-Нел) (рис. 36).

Качественные характеристики кислотности - это содержание обменных катионов Н* А13+ (кислотные) и Са2+. Mg2+ (основные).

Содержание обменных ионов Н+ и А13+, обуславливающих кислотные свойства почв, варьирует в широких пределах: 0,01-6,90 и 0,03-12,92 ммоль/100 г соответственно. Установлено, что содержание Н в почвах на хр. Чувальский Камень уменьшается с увеличением высоты местности (г = -0.669), а в почвах на Камне Ветлан. наоборот, увеличивается с высотой (г = 0,958). Наибольшая дисперсия (2.70) и максимальное содержание Н+ (6,90 ммоль/100 г) наблюдается на ключевом участке А (гора Хомги-Нел). Максимальный размах изменчивости по показателям отмечается на ключевых участках Б и Г (рис. 4). Максимальное содержание А13+ наблюдается на хребте Рудянский Спой (ключевой участок Г).

Рисунок 3. Профильное распределение гидролитической кислотности в горных почвах

а) распределение Н⁺                                 б) распределение А1³⁺

Рисунок 4 - Статистическое распределение содержания катионов на Северном и Среднем Урале. Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр. Рудянский Спой; Д - гора Северный Басег

Содержание обменных основных катионов Са2+ и Mg2+ в исследуемых почвах ключевых участков является низким и составляет в среднем 4.88-15.42 ммоль/100 г. Максимальное среднестатистическое содержание Ca2++Mg2+ отмечается на ключевом участке В и дисперсия как показатель варьирования, является наибольшей для ключевых участка В. Максимальный размах изменчивости по показателям отмечается на ключевом участке Б (рис. 5).

Изучая почвы ключевых участков. нами установлено, что на всех объектах, встречаются почвы отдела альфегумусовые (подбуры, дерново-подбуры, дерново-подзолы). С помощью информационно-логического анализа установлена степень влияния разных показателей на формирование профиля альфегумусовых почв: содержание гумуса > Ca²⁺+Mg²⁺ > рН_00Л > А1³⁺ > Нг. Максимальная информативность Н(В) отмечается для показателей: рН_сол > Ca²⁺+Mg²⁺ > А1³⁺. Таким образом, от содержания и соотношения катионов зависит формирование типа и профиля альфегумусовых почв (табл. 1).

Рисунок 5. Статистическое распределение содержания суммы обменных оснований (Ca2+Mg2). Примечание: А - гора Хомги-Нел; Б - хр. Чувальский Камень; В - Камень Ветлан; Г - хр. Рудянский Спой;

Д - гора Северный Басег

Таблица 1

Результаты информационно-логического анализа формирования альфегумусовых почв
Показатели	ЩА)	Н(В)	Т	К
Нг	1,9674	0,2502	0,0416	0,1663
рнсол	1,9844	1,6942	0,4531	0,2673
АГ	2,1339	1,6553	0,2952	0,1782
Ca2++Mg2+	1,8686	1,6867	0,5644	0,3345
Гумус	2,4105	1,1674	0,5658	0,4847

Примечание: Показатели информации: Н(А) - неопределенность изучаемого явления; Н(В) - неопределенность изучаемого фактора; Т (общая информативность - количество информации поступающей от фактора к явлению); К (коэффициент эффективности передачи информации от фактора к явлению) [3].

Итак, почвы на Северном и на Среднем Урале являются сильно кислыми. Отмечаются все формы кислотности: актуальная, обменная, гидролитическая. Причем, гидролитическая кислотность очень высокая; содержание обменного алюминия выше водорода в среднем по ключевым участкам в два-четыре раза; обменный кальций превышает содержание обменного магния в два и более раз. Результаты информационно-логического анализа показали, что от содержания и соотношения катионов зависит формирование типа и профиля почв.