Особенности гумуса почв холодных территорий Забайкалья

Особое значение в формировании и функционировании почв занимает органическое вещество, от его содержания и качественного состава зависят многие генетические свойства почв, экологическая устойчивость в биосфере и уровни почвенного плодородия [3; 5; 6]. Главный фактор плодородия почв — гумус (продукт разложения биомассы растений, микроорганизмов и синтеза гумусовых веществ).

Географические закономерности формирования почвенного покрова на территории Забайкалья чрезвычайно сложны, так как на слабовыраженную широтную зональность сильное влияние оказывает высотно-вертикальная поясность. Территория характеризуется значительной приподнятостью над уровнем моря и наличием 5 природно-климатических зон: горно-тундровой, горно-таежной, лесостепной, степной и сухостепной, а также интразональных образований — пойм и дельт рек, болот и заболоченных земель. Относительно больше обеспечены теплом межгорные котловины и долины рек, наименее — северные мерзлотные территории, верхняя тайга и высокогорные склоны. Почвообразующими породами являются преимущественно молодые четвертичные отложения различного генезиса, мощности и состава. Особое влияние на распространение почв оказывает экспозиция склона. Почвы южных и северных склонов в различной степени прогреваются и увлажняются и в связи с этим резко отличаются по структуре и растительному покрову. На распределение почвенно- климатических зон также влияет расположение горных систем, особенно относительно оз. Байкал. И, наконец, существенным фактором почвообразования Забайкалья является наличие «большого запаса» холода в почвогрунтах, действие которого проявляется через температурный и водный режимы. Последнее большой отпечаток накладывает на характер растительного покрова, под разнообразием которого прослеживаются распределение и смена почвенных типов, отличающихся от аналогов европейской части России (ЕЧР) и даже Западной и Средней Сибири.

Ранее почвоведами [3; 4; 6; 8] было установлено, что интегральным результатом влияния криогенеза на почвообразование является формирование определенных свойств вплоть до развития самобытных почвенных типов, фациальных подтипов или таксонов более низких уровней. По ряду свойств многие холодные почвы близки к аналогичным почвам областей умеренного климата и поэтому входят в состав соответствующих типов, образуя группы холодных почв. Холодными мы называем все без исключения типы почв региона, которые на длительный срок (октябрь–май) и глубоко (280–320 см) промерзают, а полностью оттаивают в конце июня — начале июля.

Результаты и обсуждение

Попеременное промерзание-протаивание, обусловливая пылеватость почв, изменяет количество связанной воды, масштабы проявления химического и биохимического выветривания, порозность, водно-воздушные и тепловые свойства почв. В почвах супесчаного и более тяжелого гранулометрического состава ежегодно возникают системы морозобойных трещин, по которым осыпается органоминеральный материал стенок. При отсутствии снежного покрова трещины постепенно заполняются минеральным, органогенным и хемогенным материалом. На обдуваемых участках трещины обрабатываются ветром, а весной в них локализуется сопровождающийся эрозией поверхностный сток, т.е. очень часто морозобойные трещины исполняют роль естественных дренажных систем. В Забайкалье процесс морозобойного трещинообразования развит повсеместно, определяя карманистый или язы-коватый почвенный профиль. В них накапливаются большие объемы гумуса, причем с преобладанием гуматного типа [9; 10].

При аномально глубоком протаивании гумус вымывается вслед за отступающей кровлей многолетней мерзлоты, а при последующем уменьшении слоя сезонного протаивания оказывается законсервированным в толще мерзлоты. В целом мерзлота неблагоприятно влияет на формирование органической части, разрушает почвенный покров, изымая из корнеобитаемого слоя гумус многочисленными мерзлотными процессами и явлениями.

Такие сильные следы мерзлоты, отмечаемые морфологически, не могут не оставить отпечатки на формирование органической части, в частности, на структуру, состав и свойства специфических гумусовых веществ. Нужно отметить, что отличительными признаками, в то же время общими чертами для всех типовых уровней почв холодного ряда являются: 1) приуроченность корневой массы растений близко к дневной поверхности и неглубокое распространение в глубину; 2) ограниченное поступление в почву органических остатков, обедненность их азотом, белковыми компонентами, обогащенность лигнином и целлюлозой; 3) замедленное их разложение, значительное накопление на поверхности почв детритной массы (4–7 т/га); 4) общая низкая биологическая активность почв, преобладание актиномицетного населения над бактериальной флорой; 5) если, например, для черноземов ЕЧР, Западной и Средней Сибири характерно высокое содержание гумуса — 10–12 %, с плавным убыванием вниз с глубиной и с гумусовым профилем, достигающим 100–120 см, то в аналогах холодных областей наблюдается иная картина: гумуса всего 4–5 %, с глубиной резко падает, гумусовоаккумулятивные горизонты укороченные (не превышают 25–30 см), нижняя граница которых в силу распространения мерзлотных процессов имеет неравномерный характер; зачастую гумус мигрирует по морозобойным трещинам и трещинам от высыхания, и полостям, возникающим после вытаивания ледяных включений, т.е. отмечается так называемая надмерзлотная ретинизация гумуса; эта закономерность прослеживается во всех типовых почвенных уровнях региона: среднее содержание гумуса в 0–20 см слое дерново-лесных почв — 1,3 %, серых лесных — 2,5–3,5 %, черноземов — 3,5–5,0 %, каштановых — 1,5–2,0 %, лугово-черноземных мерзлотных — 7,0–9,0 %, аллювиально-луговых — 5,0–6,0 %, аллювиально-болотных — 6,0–7,0 %. Отсюда их запасы в этом же слое незначительны по сравнению с одноименными почвами немерзлотного ряда. Соответственно 58 т/га; 62, 78; 50; 199; 77– 108; 159–170 — всему этому способствует преобладание в почвенном покрове частиц легкого гранулометрического состава (содержание илистой фракции в серых лесных и черноземах — 16, в лугово- черноземных — 22, каштановых — 12 %) и незначительная доля вторичных глинистых минералов, следствием которых является ослабление механизма образования органо-минерального комплекса; 6) гумус в основных автоморфных почвах региона фульватного характера, то есть в составе гумусовых веществ в значительном количестве наряду с ГК образуются фульвокислоты (ФК), где, например, величина Сгк:Сфк в каштановых почвах ниже единицы — 0,8–0,9, в черноземах — всего 1,3–1,5; а серых лесных — достигает этот параметр даже до 1,8 в образцах почв из-под осиново-березового леса; высока доля (до 59 %) нерастворимого остатка — гумина (Г), низка степень гумификации органического вещества, например, в серых лесных — 28–33, в черноземах она составляет 28–40 %, в луговочерноземных — 25–27, каштановых почвах — 30–35, тогда как эта величина в аналогах ЕЧР и Западной Сибири 40 % и выше [2; 4]; 7) во фракции ГК высок процент первой подвижной фракции — ГК1, в сухостепных почвах достигает даже 7–10 % от Собщ (свойственное для почв гумидных областей); в некоторых почвах не прослеживается закономерность в отношении фракции ГК, например, в серых лесных целинных почвах значительна вторая фракция — ГК2, связанная с основаниями. И наоборот, отмечается, в частности, в лугово-черноземных мерзлотных вариантах равномерное распределение всех трех фракций ГК; 8) все приведенные параметры, характерные для холодных почв, оказались генетически отраженными в химической структуре молекулы ГК: а) элементном составе, в котором выявлен высокий вклад водорода и азота, что свидетельствует о преобладании в молекуле ГК алифатической части; б) в пониженном содержании углерода, указывающем на их низкую зрелость.

Некоторые исследователи [5] считают, что изменения ГК в диагенезе не существенны и ряд характеристик не выходит за пределы средних параметров, характеризующих их типовые особенности, однако мы считаем возможным проследить особенности эволюции молекулы ГК, формирующейся под действием мерзлоты. Элементный состав ГК должен соответствовать условиям почвообразования, т. е. на направленность этого отбора накладывают большой отпечаток криогенные явления, постоянно присутствующие в почвах региона.

Нами при исследовании химической природы ГК почв разного генезиса: серых лесных, черноземных, лугово-черноземных, каштановых и торфяных, выявлено, что при сохранении основной матрицы элементного ядра проявляются некоторые отклонения, выражающиеся в расширении границ нижнего предела углерода, в почвах всех типовых уровней. Если в почвах более умеренных широт в процессе гумификации алифатические группировки все больше отщепляются, обеспечивая более высокую степень бензоидности (СБ) макромолекулы ГК, то в исследуемых почвах, наоборот, образующиеся простые соединения, по-видимому, активно участвуют в формировании периферической части молекулы и не происходит дальнейшей глубокой конденсации из-за короткого биологического периода и низкой активности микробиоты. Отсюда показатель СБ в холодных почвах невелик и составляет у серых лесных почв 20–30 %, черноземов — всего 25–30, каштановых — 13–22, луговочерноземных — 15–20, торфяных — всего 5 %, тогда как эти величины для автоморфных каштановых и черноземных почв, как правило, выше 40 % [1; 2; 7].

Заключение

Значения атомных отношений Н:С показывают значительное участие водорода в построении молекулы ГК, которые в изучаемых почвах составляют около единицы или чуть выше ее: в черноземах — 0,93–1,06, каштановых — 1,04–1,09, лугово-черноземных — 0,95, торфяных — 1,08. Эти параметры близки к таковым дерново-подзолистых и серых лесных нехолодных почв и, в свою очередь, свидетельствуют о меньшей степени ароматичности ГК. Более высокое участие атомов водорода в построении молекулы ГК свидетельствует о том, что холодные почвы химически менее совершенны и незрелы и процессы дегидратации и окисления в них, по-видимому, постоянно сопровождают процесс гумификации.

Таким образом, в почвах региона с широким распространением мерзлотных явлений, действие которых отражается на всех биологических процессах, формируется гумус упрощенного типа, с преобладанием фульватного характера, который, в свою очередь, способствует формированию малопрочных агрегатов и свойств почв, и гуминовые кислоты с низким конденсированным ядром и со значительным присутствием периферических структур в молекуле придают гумусу и почвам элементы неустойчивости.