Морфолого-генетические особенности почв горных лугов Северного Урала

В пределах северной части Уральского хребта особое место занимают горные луга и луговинные тундры. Они представляют собой сообщества, характеризующиеся относительно высоким уровнем флористического разнообразия (Дёгтева, 2008). В условиях низко- и среднегорных ландшафтов Полярного (68–66° с.ш.) и Приполярного (66–64° с.ш.) Урала горные луга и луговинные тундры занимают крайне незначительные площади (Горчаков-ский, 1966). На Северном Урале (64–59° с.ш.), где складываются

^∗ Работа выполнена при финансовой поддержке проекта программы Президиума РАН № 12-П-4-1018 “Видовое, ценотическое и экосистемное разнообразие ландшафтов территории объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО ‘‘Девственные леса Коми’’”.

более благоприятные климатические условия (Атлас…, 1997), горные луга встречаются в подгольцовом поясе и граничат с фитоценозами редколесий и зарослями кустарников. Луговинные тундры формируются в горно-тундровом поясе в результате зоогенного воздействия на растительный покров. В мезопонижениях, где в весенне-летний период длительно лежит снег, развиты нивальные луговины. Как правило, сообщества травянистых многолетников приурочены к верхним частям нагорных плато, склонам южной и восточной экспозиции, межгорным седловинам и ложбинам постоянных и временных водотоков.

В фитоценозах горных лугов основную ценотическую роль играют злаки и разнотравье (Дёгтева, 2008). Травянокустарничковый ярус этих сообществ отличается значительным общим проективным покрытием ( ОПП ). Благодаря этому процессы гумусообразования и гумусонакопления в почвах горных лугов протекают в особых условиях: под интенсивным воздействием травянистой растительности. Следует отметить, что разнообразие и генетические особенности почв горных лугов Урала в отличие от горно-лесного и горно-тундрового поясов (Забоева, 1975; Фирсова, Дедков, 1983) слабо исследованы. В работах И.В. Забоевой (1975) почвы горных лугов рассматриваются на уровне типа с разделением на два подтипа - горно-луговые дерновые и горнолуговые дерновые иллювиально-гумусовые.

Цель работы заключалась в выявлении разнообразия и генетических особенностей почв горных лугов и луговинных тундр, формирующихся в пределах западного макросклона Северного Урала и определении их классификационной принадлежности согласно “Классификации и диагностики почв России” (2004).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили на территории Печоро-Илычского государственного заповедника, в бассейне верхнего течения р. Илыч. Районы работ - хребты Мань-Хамбо (63°00‘ с.ш.; 59°11' в.д.) и Кычил-из (63°03‘ с.ш.; 58°45' в.д.) - представляют собой серию невысоких гор (абсолютная высота 900-1000 м над ур. м), вытянутых в меридиональном направлении. Они характеризуются расчлененным рельефом с хорошо выраженной высотной поясно- стью. Горные луга сосредоточены в подгольцовом поясе на высоте 500–650 м над ур. м., луговинные тундры и нивальные луговины отмечены в горно-тундровом поясе до высот 700–750 м над ур. м. Разрезы для характеристики почв закладывали в фитоценозах основных ассоциаций исследуемых типов растительности и сопровождали детальными геоботаническими описаниями (Ипатов, 1998). Физико-химические свойства почв определяли по стандартным методикам (Теория и практика…, 2006). Для характеристики цвета образцов почв применяли шкалу Манселла (Munsell, 1975).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Почвообразующие породы на вершинах и в верхних частях склонов хребтов представлены элювием коренных пород, преимущественно гранитов и кварцитов, которые местами выходят на поверхность. На склонах почвообразование идет на рыхлых элювиально-делювиальных отложениях. В зависимости от принадлежности к отдельным элементам мезорельефа общая мощность почвенного профиля может варьировать от 15–20 до 60–80 см (Почвы и почвенный покров…, 2013).

Ниже охарактеризованы наиболее часто встречающиеся типы почв горных лугов Северного Урала. Они существенно отличаются как особенностями морфологического строения почвенного профиля, так и по физико-химическим свойствам.

Разр. 21-С.У.-2011 (серогумусовая типичная почва) заложен на склоне восточной экспозиции хребта Мань-Хамбо, на высоте 623 м над ур. м., в пределах вейникового луга первичного происхождения. Сообщества данного синтаксона наиболее распространены среди исследованных лугов горных массивов Северного Урала. Видовая насыщенность невелика – 14 видов/100 м². В травостое явно доминирует Calamagrostis purpurea . Удельное покрытие таких видов, как Chamaenerion angustifolium и Bistorta major составляет по 5%. Остальные таксоны представлены единичными особями. Травяно-кустарничковый ярус хорошо развит: высота основной массы растений составляет 60–100 см, ОПП достигает 70–90 %. Напочвенный покров угнетен мощным травостоем, его ОПП не превышает 5%. В нем отмечены типичные таежные виды: Polytrichum commune, Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens .

Признаки эродированности и нарушенности поверхности почвы не обнаружены.

Морфологическое описание профиля почвы:

О, 0–5 см – слаборазложившаяся, оторфованная подстилка, в верхней части – зеленые мхи. Обильно переплетена корнями трав, уплотнена. AY 5–15 см – темно-сероватой окраски (10YR 3/2; 3/2-4/2) супесь, обильны корни трав, плотная. Самый сухой в профиле. Редко включение обломков гранитов, переход ясный по цвету и уменьшению корней.

AYB 15–25 см – сероватой окраски (10YR 5/4) плотный опесчаненный легкий суглинок, свежий, бесструктурный, единично тонкие корни. Обломки кварца до 1 см и обломки гранита, легко крошащиеся в руках, переход постепенный.

BC 25–40 см – желтовато-коричневый (10YR 5/4–6/4) опесчаненный средний суглинок, плотный, единично тонкие корни. Обломки гранитов уплощенной формы с преобладающими размерами 15–40 см. Много мелких обломков пород (5–10 мм). С глубиной увеличивается содержание крупных обломков гранитов с размерами 50–60 см и более.

C 40–60 см – желтоватой окраски (10YR 5/4–5/6) плотный средний суглинок, бесструктурный, залегает между крупными глыбами пород (>1 м).

Почва: серогумусовая типичная.

Срединный горизонт как самостоятельное генетическое образование не выражен. Средняя часть профиля не имеет педоген-ной структурной организации и, как правило, бесструктурна. Корнеобитаемый слой небольшой мощности: основная масса корней сосредоточена в верхней части профиля – в органогенном и гумусоаккумулятивном горизонтах, глубже 30–40 см проникают единичные корни. С 30–40 см встречаются хорошо выветрелые (легко режутся ножом) обломки гранитов, содержание которых возрастает с глубиной.

Данная почва формируется на сильноопесчаненных среднесуглинистых отложениях (табл. 1). По всему профилю резко преобладают крупно- и мелкопесчаные фракции, составляющие 44– 63% от суммы всех фракций. Нижняя поверхность щебня чистая, иллювиально-гумусовые пленки отсутствуют. Мелкозем серогумусового горизонта отличается более легким гранулометрическим составом по сравнению с нижележащими горизонтами. Валовой химический анализ не выявил четкого перераспределения оксидов, что позволяет говорить об отсутствии элювиальноиллювиального процесса и слабовыраженной миграции продуктов почвообразования по профилю (табл. 2).

Таблица 1. Гранулометрический состав почв горных лугов Северного Урала

Гори-	Глуби-	Потери	Содержание фракций, %;						Сумма
зонт	на, см	от обра-		размер частиц, мм					частиц
		ботки	1–	0.25–	0.05–	0.01–	0.005–	< 0.001	< 0.01
		HCl	0.25	0.05	0.01	0.005	0.001
	Разр. 21-С.У.-2011 серогумусовая типичная почва
AY	5–15	1.18	42	21	18	4	4	11	19
AYB	15–25	0.58	25	22	23	8	8	14	30
BC	25–40	0.19	27	17	22	6	9	19	34
C	40–60	0.67	22	32	10	8	6	22	36
Разр. 15-С.У.-2011 дерново-подбур иллювиально-железистый
AY	5–12	0.79	36	29	13	2	5	15	22
BHF	12–20	0.51	40	24	13	2	6	15	23
Bf	20–30	0.07	33	33	16	1	8	09	18
BC	30–50	0.29	35	36	12	7	2	08	17
C	50–60	0.64	30	31	21	6	3	09	18
	Разр. 6-С.У.-2009 литозем серогумусовый
AYао	4–6	1.75	25	11	38	7	2	17	26
BC	6–15	0.46	05	15	47	130	4	16	33

Таблица 2. Валовой химический состав почв горных лугов Северного Урала, % от прокаленной навески

Горизонт	Глубина, см	SiO 2	Fe 2 O 3	Al 2 O 3	CaO	MgO	K 2 O	TiO 2	S	P 2 O 5
	Разр. 21-С.У.-2011 серогумусовая типичная почва
AY	5–15	69.87	8.04	14.97	0.96	0.81	2.89	1.45	0.16	0.85
AYB	15–25	71.00	6.95	15.67	0.97	0.85	2.83	1.13	0.08	0.51
BC	25–40	71.65	6.42	15.75	0.97	0.93	2.82	1.07	0.05	0.33
C	40–60	71.41	6.03	16.27	1.04	1.12	2.84	1.01	0.03	0.24
Разр. 15-С.У.-2011 дерново-подбур иллювиально-железистый
AY	5–12	70.68	6.56	16.21	1.27	0.86	2.83	1.12	0.05	0.43
BHF	12–20	70.82	7.07	15.43	1.52	0.99	2.75	1.15	0.04	0.24
Bf	20–30	70.29	6.47	16.56	1.43	1.11	2.90	1.02	0.03	0.19
BC	30–50	69.13	6.37	17.19	1.86	1.18	2.95	1.03	0.15	0.14
C	50–60	72.58	5.09	16.36	0.84	0.99	3.12	0.84	0.03	0.15
	Разр. 6-С.У.-2009 литозем серогумусовый
AYао	4–6	69.15	8.01	13.55	1.68	0.81	3.35	1.14	0.24	1.15
BC	6–15	71.26	5.84	15.78	0.83	1.02	3.14	0.94	0.10	0.75

Серогумусовые типичные почвы характеризуется кислой реакцией среды по всему профилю (рНKCl 3.6–4.3), высокой гидролитической кислотностью, низким содержанием обменных форм Ca2+ и Mg2+ в минеральных горизонтах (табл. 3). Они отличаются высоким содержанием органического вещества в органогенных и аккумулятивно-гумусовых горизонтах. Величина потерь при прокаливании в органогенном горизонте составляет 54%, в его составе преобладают слаборазложившиеся и слабогумифици-рованные растительные остатки, определяющие грубый характер органогенного горизонта. Содержание органического вещества в гумусово-аккумулятивном горизонте 4.5–8.4%. Его профильное распределение в минеральной части почв имеет аккумулятивный характер. В соответствии с “Системой показателей гумусного со- стояния почв” (Орлов и др., 2004), содержание гумуса оценивается Таблица 3. Физико-химические свойства почв горных лугов Северного Урала

Горизонт	Глубина, см	ППП	рН	Нг	Обменные основания		V	С	C N	Fe2O3 по Джексону	По Тамму
					Ca2+	Mg2 +					Fe 2 O 3	Al2O3
		%	Н 2 О KCl	ммоль/100 г			%			%
	Разр. 21-С.У.-2011 серогумусовая типичная почва
O	0–5	54.0	5.3 4.3	40.2	15.0	2.6	31	25.4	18	–	–	–
AY	5–15	17.2	4.5 3.7	17.3	02.2	1.0	16	08.4	11	2.17	1.50	0.69
AYB	15–25	10.4	4.6 3.6	16.2	01.0	0.3	08	04.5	10	2.11	1.39	0.73
BC	25–40	08.0	4.9 3.8	14.2	01.4	0.2	11	02.7	10	1.95	1.18	0.73
C	40–60	04.8	5.0 3.9	11.7	00.2	0.0	1	01.4	10	1.59	0.77	0.72
	Разр. 15-С.У		.-2011 дерново-подбур иллювиально-железистый
Очес	0–3	80.6	4.5 3.6	45.9	12.4	3.4	26	–	–	–	–	–
Oao	3–5	57.5	4.3 3.5	48.1	04.7	7.3	20	30.1	18	–	–	–
AY	5–12	08.9	4.3 3.4	29.9	00.9	1.5	08	03.7	14	1.82	0.89	0.52
BHF	12–20	06.5	4.5 3.6	14.5	00.5	0.1	04	02.2	17	3.00	1.53	0.64
Bf	20–30	03.5	4.7 3.9	07.7	00.1	0.1	03	00.7	14	1.44	0.69	0.36
BC	30–50	02.4	4.9 4.1	05.9	00.2	0.1	05	00.3	11	0.84	0.38	0.32
C	50–60	02.6	5.0 4.2	05.6	00.3	0.1	07	00.3	11	0.87	0.36	0.45
		Разр. 6-С.У		.-2009 литозем серогумусовый
O	0–4	71.80	5.1 4.5	40.2	38.0	6.0	52	31.9	18	0.17	–	–
AYао	4–6	31.03	4.7 4.1	16.6	12.6	1.5	46	11.1	13	0.56	0.41	0.23
BC	6–15	11.92	5.2 4.0	09.2	10.5	0.3	54	04.4	11	0.81	0.56	0.30

Примечание. ППП – потеря при прокаливании, %; Hг – гидролитическая кислотность; V – степень насыщенности основаниями.

как высокое. Органическое вещество минеральных горизонтов обогащено азотом - величина отношения C : N составляет 1011, что свидетельствует об относительно высокой интенсивности биологического круговорота. Распределение оксалатно- и дитио-ниторастворимых форм соединений железа имеет аккумулятивный характер с максимальным содержанием в гумусовом горизонте.

В соответствии с особенностями морфологического строения и физико-химических свойств почва вейникового луга диагностирована как серогумусовая типичная, отдел органо -аккумулятивных почв (Классификация…, 2004). Она близка по своим свойствам к горно-луговым дерновым почвам, описанным И.В. Забоевой (1975) под пологом разнотравно-злаковых сообществ в подгольцовом поясе хребтов Маньпупунер и Печерья-Таляхчахль.

В горно-тундровом поясе в местах выпаса оленей в результате уничтожения напочвенного покрова и усиления позиций видов растений, устойчивых к вытаптыванию, появляются вторичные сообщества луговинных тундр (Горчаковский, 1966; Дёгтева, 2008; Корчагин, 1940). Такие фитоценозы сочетают признаки луговых (хорошо развитый травостой) и тундровых (ОПП напочвенного покрова часто превышает 50–60%) сообществ. Примером такого сообщества может служить осоково-злаково-ситниково-цетрариевый фитоценоз (разр. 15-С.У.-2011 дерново-подбур иллювиально-железистый), описанный в средней части северовосточного склона хребта Мань-Хамбо (нижняя часть горнотундрового пояса, абсолютная высота 717 м над ур. м.). Данное сообщество сформировалось в результате пасторальной сукцессии на месте чернично-цетрариевой тундры. В рассматриваемом фитоценозе определяющую роль играют травы. Доминирует Juncus trifidus , обильны Carex brunescens и злаки Anthoxanthum alpinum, Avenella flexuosa . Удельное обилие кустарничков не превышает 20%, наибольшую ценотическую значимость имеет Vaccinium myrtillus.

Напочвенный покров хорошо развит (ОПП до 80%), образован преимущественно Cetraria islandica. В результате выпаса увеличилось обилие мхов, прежде всего Polytrichum commune, пред- ставителей рода Dicranum, на долю которых приходится треть от величины ОПП.

Морфологическое описание профиля почвы:

0–3 см – очес из зеленых мхов.

Оао, 3–5 см – темно-серая, хорошо разложившаяся подстилка, перемешана с минеральным горизонтом, слабоуплотнена, корни трав. Включения обломков кварца.

AY, 5–12 см – коричневато-серый (5YR 3/2–3/3) опесчаненный легкий суглинок, порошистый, свежий, в нижней части зернистая структура. Обильно по всему горизонту тонкие корни до 1 мм. При высыхании горизонт светлеет. Отбеленные зерна кварца и угловатой формы обломки пород до 1 см. Переход ясный по цвету, граница волнистая.

BF, 12–20 см – ржаво-охристый (2.5YR 3/4–4/4), местами коричневато-кофейной окраски сильно опесчаненный легкий суглинок, слегка влажный. Уплотнен, порошистой структуры, корней меньше. Включения обломков пород 10-15 см – серых гранитов. Переход резкий по цвету, граница волнистая.

Bf, 20–30 см – желтовато-коричневый (10YR 6/6–6/8) супесчаный, свежий, плотный. Единичные тонкие корни. Включения обломков пород – отбеленные обломки кварца и другие породы с размерностью до 1 см. Переход ясный по цвету и увеличению щебнистости, граница ровная.

ВС, 30–50 см – светло-желтый (10YR 7/6–8/6), супесчаный, плотный, свежий. Содержание обломков пород 10–20%. Переход постепенный.

С, 50–60 см – светло-желтый, плотный сильнокаменистый, супесчаный. Присутствует скелет всех размеров (от дресвы до 20–35 см).

Почва: дерново-подбур иллювиально-железистый.

В составе мелкозема резко преобладают крупные фракции: крупный и мелкий песок и крупная пыль, составляющие 77–83% от всей суммы гранулометрических фракций. Пылеватых фракций средней и мелкой размерности содержится мало. Высокое содержание песчаных фракций и крупной пыли определяет хорошую фильтрационную способность почвенной толщи и преобладание во всем профиле окислительных условий. Аккумуляция тонких фракций отмечена в верхних горизонтах и связано с более интенсивными процессами выветривания и почвообразования в верхней корненасыщенной толще почвы.

Валовой химический анализ также не выявляет элювиальноиллювиального перераспределения полуторных оксидов, что свидетельствует о слабовыраженной миграции продуктов почвообразования по профилю.

Почва отличатся кислой и сильнокислой реакцией среды (рНKCl 3.3–4.1), значительной ненасыщенностью почвенного по- глощающего комплекса основаниями. В минеральных горизонтах содержание обменных оснований резко снижается. Распределение органического углерода в профиле имеет регрессивноаккумулятивный характер с максимальным содержанием в аккумулятивно-гумусовом горизонте (3.7%). Такое распределение в определенной степени связано с малой мощностью корнеобитаемого слоя. Величины отношения C : N в минеральной части составляют 11–17. Их диапазон несколько шире, чем в серогумусовой почве вейникового луга, и свидетельствует о более низкой обеспеченности данной почвы азотом. В иллювиально-железистом горизонте BF происходит некоторое накопление оксалатно- и дитионитрастворимых форм соединений железа.

Морфологическое строение профиля и аналитические свойства рассмотренной почвы соответствуют диагностике типа дер-ново-подбура иллювиально-железистого в отделе альфегумусовых почв (Классификация…, 2004). Близкие по строению и свойствам почвы выделены А.А. Титовой и С.В. Горячкиным (2010) в сообществах горных лугов хребта Яныпупунер на сильнокаменистых опесчаненных средних суглинках.

Своеобразными “интразональными” экотопами в пределах исследованных хребтов являются ложбины стока временных водотоков и ручьев, стекающих из горно-тундрового (гольцового) пояса. Здесь формируются растительные сообщества, для которых характерно доминирование высокотравья и папоротников, прежде всего, Athyrium distentifolium.

Для характеристики почвы, формирующейся в таких экото-пах, был заложен разр. 6-С.У.-2009 в подгольцовом поясе хребта Кычил-из, на крутом склоне (15°-20°) юго-западной экспозиции. Абсолютная высота 640 м над ур. м. Наличие хорошо развитого сомкнутого (ОПП 85-90%) травостоя из Filipendula ulmaria и Calamagrostis purpurea обусловливает формирование в верхней части профиля отчетливо выраженного серогумусового дернового горизонта AY, постепенно переходящего в сплошную массивную плиту коренных пород. Признаки эродированности отсутствуют.

Почва определена как литозем серогумусовый отдела лито-земы (Классификация..., 2004).

Морфологическое описание профиля почвы:

О, 0-4 см - темно-бурая одернованная подстилка. Растительные остатки на различной степени разложения. Пронизан корнями. Свежий. Граница ровная. Переход ясный.

AYао, 4-6 см - темно-серый, легкий суглинок, состоит из сильноразло-жившихся органических остатков, свежий. Много корней. Переход постепенный. Граница ровная.

ВС, 6-15 см - бурый средний суглинок, сильнокаменистый. Мелкозема около 15-20%. Структура слабо выраженная - комковато-плитчатая. Пронизан корнями, липкий, свежий. Ниже идет сплошное подстилание крупных (более 1 м) пород.

Благодаря хорошей дренированности застоя влаги в профиле не происходит, морфологически выраженных признаков оглее-ния не наблюдается. Серогумусовый горизонт данной почвы также содержит значительное количество органического вещества -содержание органического углерода составляет 11.1%. Обогащен-ность гумуса азотом (отношение C : N 11-13) соответствует ранее рассмотренным почвам. Характерной особенностью почвы разреза 6-С.У. является более высокое содержание обменного кальция и, соответственно, менее выраженная ненасыщенность основаниями (46-54%), несмотря на сильнокислую реакцию среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учитывая особенности строения профиля рассмотренных разрезов, можно отметить, что с позиций “Классификации и диагностики почв России” (2004) исследованные почвы различаются на типовом уровне и, соответственно, относятся к трем разным типам: серогумусовых типичных (отдел органо-аккумулятивных почв), дерново-подбуров иллювиально-железистых (отдел альфе-гумусовых почв) и литоземов серогумусовых (отдел литоземы). Анализ имеющейся литературы (Титова, Горячкин, 2010) свидетельствует о том, что разнообразие почв, формирующихся в высокогорьях Северного Урала, еще выше. Авторами в луговых сообществах горного лугово-лесного экотона на склонах хребта Яныпупунер выделены, наряду с дерново-подбурами, иллювиально-железистыми, буроземы типичные и иллювиально-глинистые. Буроземы в рамках “Классификации… ” (2004) относятся к отделу структурно-метаморфических почв, в формировании профиля которых существенную роль играет структурный метаморфизм срединных горизонтов.

Общими чертами почв, формирующихся в сообществах горных лугов и луговинных тундр рассмотренных хребтов Северного Урала, являются: образование плотного дерновинного горизонта, кислая и сильнокислая реакция среды, слабая насыщенность основаниями, высокое содержание органического углерода в серогумусовом горизонте (4–8%) с его постепенным снижением вниз по профилю, относительная обогащенность почвенного органического вещества азотом (С : N 10–14), относительно слабая дифференциация профиля по валовому химическому составу.