Систематика и распространение редких почв в связи с развитием «почвенно-краснокнижных» работ в Пермском крае

Почвы являются стратегическим природным ресурсом страны, определяют продовольственную независимость и экологическое благополучие. Усиление антропогенной нагрузки угрожает сохранению почвенного разнообразия. Статья 62

Федерального закона «Об охране окружающей среды» (10 января 2002 г. № 7-Ф3) направлена на учет и охрану редких и находящихся под угрозой исчезновения почв; для этого учреждаются Красная книга почв РФ и Красные книги почв субъектов РФ. В настоящее время созданы несколько региональных Красных книг [Красная книга почв…,

2001, 2007, 2012], опубликована Красная книга почв России [2009].

В реализации особой охраны почв стержневым подходом считается выявление редких почв, представляющих повышенную научную и экосистемную значимость. Фактор «редкости» почв связан с редкими для региона почвообразующими породами и/или необычными экологическими условиями [Добровольский, Никитин, 2000; Drohan, Farnham, 2006; Климентьев, Куксанов, Куксанова, 2014; Никитин, Скворцова, Сабодина, 2014; Staff guidance…, 2014].

К категории редких и ограниченного распространения почв относят дерново-карбонатные почвы и коричнево-бурые почвы лесной зоны Приуралья [Добровольский, Никитин, 2000; Еремченко, Скрябина, 2006]. В Пермском крае почвы, формирующиеся на элювии пермских пород (известняков, доломитов, мергелей, красноцветных глин, песчаников, конгломератов), занимают склоны и вершины холмов. Из-за усиленной денудации в них совмещены зоны почвообразования и выветривания, отсюда особые признаки профиля, обусловленные генезисом и свойствами почвообразующих пород. В связи с разработкой Красной книги почв на территории региональных ООПТ были изучены почвы на пермских породах, рекомендованные к особой охране [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010]. Однако существующей сетью охраняемых территорий охвачены лишь незначительные площади этих почв; в связи с этим остается актуальной проблема выделения ареалов редких почв и придания им статуса ценных почвенных объектов.

Цель работы – учет разнообразия, систематизация редких почв на пермских породах и оценка их распространения в Пермском крае на основе ГИС-технологий.

Объекты и методы исследований

Ареалы почв на элювии пермских пород были исследованы на территории региональных ООПТ. Полевая идентификация почв проведена по строению почвенного профиля в соответствии с новой классификацией почв России [Классификация и диагностика…, 2004], подтверждена лабораторными исследованиями. В почвенных образцах определены рН вод и рН сол – потенциометрическим методом, гидролитическая кислотность – по Каппену, сумма оснований – по Каппену-Гильковицу, содержание органического углерода – по Тюрину, гранулометрический состав – по Качинскому после разложения проб пирофосфатом натрия.

Для оценки распространенности редких литогенных почв применили ГИС-технологии. На основе архивной почвенной карты М 1:300000 [Почвенная карта…, 1978] в программной среде Arc Gis была создана электронная база геоданных «Почвы. Пермский край», которая содержит карту почвенного покрова Пермского края, сведения о почвообразующих породах и гранулометрическом составе почв [База геоданных…, 2014]. Кроме этого, в базу геоданных включена схема почвенного районирования по Н.Я. Коротаеву [1962]. Многие ареалы редких почв не отмечены на карте электронного ресурса, однако есть информация о почвообразующих породах, в том числе о породах пермского периода.

Результаты и их обсуждение

В соответствии с почвенным районированием [Карта…, 1997], Пермский край находится в границах трех равнинных почвенный провинций и Уральского горного округа (рис. 1). В Камско-Верхневычегодской провинции основным эталонным типом почвенного покрова являются подзолы, сформированные на песчаных и супесчаных водноледниковых и водно-ледниково-озерных отложениях. В Вятско-Камской провинции основные эталонные типы – это дерново-подзолистые суглинистые почвы на элювиально-делювиальных суглинках и глинах. Основными эталонными типами почвенного покрова Прикамской лесостепной провинции являются серые лесные почвы и черноземы оподзоленные [Скрябина, Еремченко, Чирков, 2006].

^■=^^^^™Км

Рис. 1 . Почвенно-экологическое районирование Пермского края:

1 – Камско-Верхневычегодская почвенная провинция, 2 – Вятско-Камская почвенная провинция, 3 – Прикамская почвенная провинция, 4 – Уральский почвенный округ

Дерново-карбонатные почвы, встречающиеся во всех районах Пермского края за исключением самых северных, формируются на элювии пермских известняков, доломитов, мергелей. Больших массивов эти почвы не образуют, встречаются пятнами, занимая верхние части склонов, перегибы склонов, вершины и склоны холмовидных возвышений [Коротаев, 1962; Агрохимическая характеристика почв…, 1964; Протасова, 2009].

По Л.А. Протасовой [2009], дерново-карбонат-ные типичные почвы на элювии известковых плит или мергеле имеют маломощный слабо дифференцированный генетический профиль – красноватокоричневый на мергелях и буровато-серый на известняках. Мощность гумусового горизонта в среднем 19 см, порода залегает с глубины 38–43 см; щебнистыми могут быть с поверхности. Дер-ново-карбонатные выщелоченные почвы формируются на более мощной толще элювия, профиль имеет мощность в среднем 60–80 см, вскипание отмечается на глубине 50–60 см. Гумусовый горизонт имеет мощность от 14 до 30 см. Переходный к породе горизонт обладает признаками иллювиаль-ности, несколько уплотнённый, ореховатый.

В новой классификации почв России [Классификация и диагностика …, 2004] дерново-карбо-натные почвы с общей мощностью рыхлой толщи более 50 см вошли в отдел органо-аккумулятивных почв, тип серогумусовых (дерновых) и темногумусовых почв. У них ясно выраженный гумусовый горизонт постепенно сменяется почвообразующей породой. Срединный горизонт не выражен: средняя часть профиля не имеет педогенной структурной организации, ясно выраженных свидетельств суспензионного переноса, иллювиирования органоминеральных соединений. Возможно проявление их на уровне признаков. Дерново-карбонатные почвы с мощностью рыхлой толщи менее 30 см отнесены к двум другим отделам. В отделе лито-зёмов они представлены типами карбо-литозёмов, а в отделе слаборазвитых почв – типами карбо-петрозёмов. Карбо-литозёмы имеют органогенные или гумусовые горизонты, резко или постепенно сменяющиеся слабоизмененным элювием или плитой карбонатных пород. У карбо-петрозёмов слаборазвитые органогенные или органогенногумусовые горизонты залегают непосредственно на плотных породах [Классификация и диагностика…, 2004].

При проведении «почвенно-краснокнижных» работ ареалы дерново-карбонатных почв были описаны на территории региональных ООПТ, расположенных в Прикамской лесостепной провинции Пермского края. В историко-ландшафтном комплексе «Подкаменная гора» дерново-карбонатная или, в соответствии с новой классификацией, серогумусовая (дерновая) почва была описана в верхней части умеренно крутого (20– 22 ° ) южного склона долины р. Сылвы. Растительность представлена разнотравно-злаковым сообществом: вейник, подмаренник настоящий, горошек мышиный, клубника лесная, ракитник русский, репешок волосистый, душица обыкновенная, вероника, спаржа, изредка папоротники. Почвообразующей породой служил элювий известковоглинистых пород (мергель).

Формула организации профиля темногумусовой почвы на элювии мергелей: AU - Сса . Темногумусовый горизонт имеет мощность 18 см, тёмносерую с бурым оттенком окраску, комковатозернистую структуру, среднесуглинистый состав; содержит мягкие карбонатные включения. Средняя часть профиля представлена переходным к породе горизонтом, имеющим палево-бурый цвет и пылевато-мелкокомковатую структуру. Почвообразующая порода – неоднородная, включает светлые комковатые фрагменты рыхлого карбонатного материала, а также линзы и прослойки тёмно-серой липкой «невскипающей» глины, которая распадается на ореховатые отдельности.

Почва характеризуется слабощелочной реакцией почвенного раствора. Содержание гумуса в гумусовом горизонте составляет 5.7%, на глубине 20–30 см снижается в 2 раза. Проявляется неоднородность гранулометрического состава профиля почвы, в наибольшей степени связанная с разной долей тяжелых глин в составе мергелистой породы [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010].

В заказнике «Предуралье» карбо-литозём темногумусовый суглинистый на элювии известняков сформирован на умеренно крутом (21-22 ° ) участке южного склона долины р. Сылвы под разнотравнозлаковым сообществом (тимьян Талиева, репешок волосистый, дрок красильный, таволга обыкновенная, подмаренник настоящий, мордовник русский, чина лесная, ковыль перистый, горошек мышиный, вейник, зеленые мхи и др.).

Формула профиля карбо-литозёма темногумусового: АU-Сса-Мса . Рыхлая часть почвы составляет 23 см. Темногумусовый горизонт мощностью 9 см имеет темносерую окраску, пылеватопорошистую структуру и среднесуглинистый состав мелкозема, содержит твердую карбонатную щебенку. Элювий карбонатной породы включает легкосуглинистый мелкозем пылевато-порошистой структуры и обилие карбонатного щебня.

Карбо-литозём имеет слабощелочную реакцию, обусловленную карбонатностью; в слое 0–9 см гумусового горизонта содержит 4.6% гумуса, в слое 9–19 см количество гумуса снижается до 2%. У почвы среднесуглинистый гранулометрический состав [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010].

В ландшафтном заказнике «Предуралье» также была описана темногумусовая глинистая почва на элювии известняков, залегающая в средней части крутого (37-42 ° ) склона в долину р. Сылвы. Почва сформировалась под хвойно-широколиственным лесом: в I ярусе преобладают сосна и липа, реже – береза, пихта; во II ярусе – черёмуха, рябина, клён, липа; из кустарников – шиповник; в травяном ярусе – сныть, копытень, василистник, папоротник, щитовник мужской, звездчатка, герань лесная, кровохлёбка лекарственная, земляника.

Формула почвенного профиля темногумусовой почвы: АUca-АUСса-Cса . Темногумусовый горизонт имеет темносерую окраску, пылевато-комковатую структуру, среднеглинистый гранулометрический состав. В нем встречается некрупная карбонатная щебенка. В переходной по гумусу части профиля мелкозем имеет коричневато-бурую окраску, пылевато-комковатую структуру. В нем присутствует обилие мягкой и твердой карбонатной щебёнки разных размеров (от долей см до 10–15 см и более). Плотная порода залегает с глубины 65 см.

Темногумусовая почва имеет нейтральную реакцию почвенного раствора. В слое 0–13 см количество гумуса достигает 13%, в мелкозёме на глубине 30–40 см – 4% гумуса. Гранулометрический состав мелкозема средне- и легкоглинистый [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010].

Темногумусовые почвы коренного берега р. Сылвы образуют комплексы с карбо-литозёмами и карбо-петрозёмами гумусовыми, у последних гумусово-слаборазвитый горизонт залегает непосредственно на плотной породе, формула профиля W-Mca.

Оцифрованная почвенная карта М 1:300000 [База геоданных…, 2014] позволила уточнить площади, занимаемые дерново-карбонатными почвами. Почвы на элювии известняков и мергелей широко представлены во всех равнинных провинциях Пермского края (рис. 2).

Рис. 2 . Дерново-карбонатные почвы на элювии известняков и мергелей в Пермском крае:

1 – водные объекты, 2 – ареалы почв

В Приуралье коренные породы пермского периода представлены также красноцветными глинами, гипсами, конгломератами; на элювии по- следних сформированы редкие почвы. При картографировании почвенного покрова ареалы этих почв, занимающие малые площади, зачастую не выделялись; так, на карте Пермского края М 1:300000 не указаны почвы на красноцветных глинах, гипсах, песчаниках, конгломератах. Часть их, не обладающих признаками зонального почвообразования, по-видимому, объединена с дерново-карбонатными почвами на известняках. Недостаточно внимания уделено этим почвам и в монографии Н.Я. Коротаева [1962], а также в описании почв Пермской области [Агрохимическая характеристика…, 1964].

До некоторого времени почвы на элювии красноцветных глин включали на уровне подтипа в тип дерново-карбонатных почв. Основанием для этого служило залегание в рельефе, а также карбонат-ность части пермских красноцветных отложений. Генетическая характеристика почв на элювии пермских красноцветных глин приведена в работе Л.А. Протасовой [2009]. В условиях глубоко расчлененного рельефа на слабовыветрелых, богатых первичными минералами породах, каковыми являются элювии пермских красноцветных глин, развиваются почвы со слабо дифференцированным профилем, называемые коричнево-бурыми и темно-коричневыми почвами. К сравнительно более мощным вариантам пермских бескарбонатных, часто опесчаненных глин, к условиям более спокойного рельефа приурочено формирование дерново-бурых почв. Характерными особенностями почв на «красноцветах» являются: морфологически не-оподзоленный маломощный генетический профиль бурой, красновато-бурой окраски, наличие хорошо выраженного дернового горизонта с комковатозернистой структурой, довольно высокое содержание гумуса гуматно-фульватного состава с преобладанием «бурой» фракции гуминовых кислот; высокая кислотность, обусловленная подвижным алюминием; высокая емкость при некоторой ненасыщенности основаниями; отсутствие выноса илистой фракцией из верхних горизонтов.

Наименее дифференцированный профиль по всем показателям имеют коричнево-бурые почвы, развивающиеся на плотных бескарбонатных глинах. Развитию подзолистого процесса препятствуют освобождающиеся при выветривании минералов железо, алюминий, щелочноземельные катионы. Железо в составе железисто-глинистых кутан осаждается на зернах минералов и обломках пород, что затормаживает процессы дифференциации профиля. Развитию элювиально-глеевых процессов не способствует залегание почв в условиях склонового рельефа [Протасова, 2009].

Ареалы почв на красноцветных глинах были описаны в охраняемом ландшафте «Капкан гора» и в природно-рекреационной зоне г. Перми, нахо- дящихся в Вятско-Камской почвенной провинции. На склоне г. Капкан под смешанным лесом (ель, пихта, липа, осина, береза, встречаются дуб че-решчатый, клён платанолистный), на элювии красноцветных опесчаненных глин сформировались серогумусовые метаморфизированные или, по Л.А. Протасовой [2009], коричнево-бурые почвы. Формула почвенного профиля серогумусовой (дерновой) метаморфизированной глинистой почвы: AY-AYСm-С. Серогумусовый горизонт имеет серовато-коричневую окраску, ореховатую структуру и легкоглинистый гранулометрический состав. У переходного по гумусу горизонта более яркий коричневый цвет, ореховатая структура и среднеглинистый состав. Почвообразующая глинистая порода имеет красновато-коричневую окраску и признаки структурного метаморфизма в виде ореховатопризматической структуры.

Серогумусовая метаморфизированная почва обладает нейтральной и слабокислой реакцией [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010]. Гидролитическая кислотность в верхнем части гумусового горизонта сравнительно небольшая, но заметно повышена (до 12 мг-экв/100 г) в средней части профиля. Степень насыщенности основаниями высокая – 81–95%. Содержание гумуса составляет более 7%, но уже на глубине 18–28 см падает до 2%. Для почвы характерна некоторая неоднородность гранулометрического состава, что является следствием слоистости почвообразующих опесча-ненных глин.

В природно-рекреационной зоне г. Перми серогумусовая, или дерново-бурая [по Протасовой, 2009] суглинистая почва была описана в верхней части полого склона крутизной 6-7 ° в липовом лесу с обильным травяным покровом. Почвообразующей породой служил элювий красно-бурых опесчаненных карбонатных глин.

Формула организации почвенного профиля серогумусовой (дерновой) почвы: АY- Сса . В отличие от предыдущей почвы в ней отмечена неяркая коричневая окраска, суглинистый гранулометрический состав и присутствие карбонатов с глубины 130 см.

Почва имеет актуальную кислотность, насыщенность основаниями – 80–88%. У нее маломощный гумусовый профиль; содержание гумуса в слое 10 см составляет 8.8%, на глубине 15–25 см – менее 1% [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010].

Таким образом, серогумусовые почвы на «красноцветах» встречаются на склонах холмов, почвообразующий суглинистый и глинистый элювий может переслаиваться песком и содержать карбонаты. С помощью электронного ресурса [База геоданных…, 2014] выделены территории с почвообразующими красноцветными глинами в пределах Вятско-Камской почвенной провинции общей площадью 205 км2 (рис. 3). По-видимому, для этих территорий типичны ареалы серогумусовых почв на красноцветных глинах.

В негорной части Пермского края на вершинах холмов встречаются скопления мелкого галечника, который является элювием пермских конгломератов [Коротаев, 1962]. В охраняемом ландшафте «Капкан гора» на вершине холма был описан ареал серогумусовой почвы на элювии переслаивающихся песчаников и конгломератов. Почва сформировалась под широколиственным лесом: клён платанолистный, вяз шершавый, липа сердцелист- ная, в травяном ярусе – крапива, щитовник, манжетка, дельфиниум, копытень европейский, вороний глаз, гравилат, черноголовка.

Рис. 3 . Почвообразующие красноцветные глины в Пермском крае:

1 – водные объекты, 2 – ареалы пород

Формула почвенного профиля серогумусовой (дерновой) супесчаной почвы: AY-С. Серогумусовый горизонт – серовато-бурый, непрочно-комковато-пылеватый, супесчаный, рассыпчатый, очень постепенно переходит в почвообразующую породу. С глубины 40 см залегает супесчаная порода с обилием гальки.

Почва обладает нейтральной и слабокислой реакцией, низкой гидролитической кислотностью, высокой насыщенностью основаниями [Еремчен-ко, Филькин, Шестаков, 2010]. Содержание гумуса в слое 0–10 см – 9.5%, горизонт переходный по гумусу содержит 2–3% гумуса.

Электронный ресурс [База геоданных…, 2014] содержит информацию о почвообразующих конгломератах и песчаниках, занимающих в Вятско-Камской и Прикамской провинциях общую площадь 182 км2 (рис. 4). По-видимому, на этих поро- дах развиты редкие почвы с соответствующим генетическим профилем.

Почвы на гипсах встречаются в разных природных зонах страны [Спиридонова, 2001], в том числе и в Пермском крае. Подобно другим почвам на элювии коренных пород, они формируются на склонах холмов. Почвообразующие гипсы могут переслаиваться другими породами (известняками, глинами, песчаниками). На территории историкоприродного комплекса «Подкаменная гора» на склоне крутого (около 20-25°) склона в долину р. Сылвы сформировались темногумусовые почвы на выходах гипсов. Склон покрыт разреженным травяным покровом: земляника, астрагал датский, василёк шершавый, одуванчик, фиалка удивительная, горошек тонколистный, подмаренник северный, мордовник обыкновенный, ястребинка волосистая, чина луговая, зопник клубненосный, васи- листник, вероника колосистая и др.

Рис. 4 . Почвообразующие песчаники и конгломераты в Пермском крае:

1 – водные объекты, 2 – ареалы пород

Формула организации почвенного профиля темногумусовой почвы на элювии гипсов: AU-С. Темногумусовый горизонт мощностью 20 см резко сменяется светло-серым с желтоватыми оттенками, пылеватым и рыхлым элювием гипсов (карбонатно-гипсовая мука), в котором содержатся обломки щебня. С глубины 42 см залегают плотные гипсы. Почва характеризуется слабощелочной реакцией. В гумусовом горизонте почв содержится 13–14% гумуса. У почвы суглинистый гранулометрический состав [Еремченко, Филькин, Шестаков, 2010].

На территории ландшафтного памятника природы «Лунежки», в верхней части коренного склона долины р. Камы под елово-пихтовым перелеском с разреженным травяным покровом (борец высокий, копытень европейский, кислица обыкновенная, сныть обыкновенная, звездчатка жестколистная, костяника, василистник, хвощ) сформировалась темногумусовая почва. Почвообразующей породой служил элювий пермских пород, в которых плитчатые спрессованные глины переслаиваются гипсовыми и карбонатными порФодоарммиу.л а организации почвенного профиля темногумусовой почвы на элювии пермских слоистых пород: AU-С. Темногумусовый горизонт серовато-тёмно-бурый, зернистый, тяжелосуглинистый, содержит включения рыхлых и плотных включений карбонатных и гипсовых пород. Он очень постепенно переходит в почвообразующую породу. С глубины 70 см залегают уплотненные породы, в которых плитчатые спрессованные пестрые глины (желтоватые, бурые, голубовато-серые, сизые, рыжие, шоколадные, малиновые, розоватые тона) переслаиваются гипсовыми и карбонатными материалами. У почвы нейтральная и слабощелочная реакция. В слое 2–12 см гумусового горизонта содержится около 8% гумуса, на глубине 20–30 см – менее 2%.

Темногумусовые почвы на коренном берегу Камы образуют комплексы с карбо- и гипсопетро-зёмами гумусовыми, у которых гумусовослаборазвитый горизонт залегает непосредственно на плотной породе, формула профиля этих почв: W-Mca и W-Mcs.

Заключение

Почвы, сформировавшиеся на элювии пермских пород, относятся к категории редких и подлежат включению в Красную книгу почв. В соответствии с новой классификацией почв России [Классификация и диагностика …, 2004] общая формула почвенного профиля серогумусовых (дерновых) почв на пермских породах AY(ca)-С(са) , темногумусовых – AU(са)-С(са). При мощности рыхлой части профиля менее 30 см почвы относятся к типам серогумусовых и темногумусовых лито-земов с формулой профиля: АY-Сса-Мса и AU-Сса-Мса соответственно. Слаборазвитые почвы – карбо- и гипсопетрозёмы гумусовые образованы на особенно крутых склонах, имеют гумусовослаборазвитый горизонт, который залегает непосредственно на плотной породе, формула профиля – W-Mca и W-Mcs .

Серогумусовые горизонты с кислой реакцией почвенного раствора присутствуют в почвах, сформированных на некарбонатном или слабокарбо-натном элювии песчаников, конгломератов, красноцветных глин. Темногумусовые горизонты со щелочной реакцией характерны для почв на известняках, мергелях, а также на гипсах и слоистых породах, сильно окарбоначенных. В транзитных условиях рельефа мощность гумусовых горизонтов и количество гумуса в них зависят от денудационных процессов, баланса ных процессов, баланса биогенных элементов, аккумулирующей роли растений. Морфологические особенности породы хорошо отражены в переходных по гумусу (1–3% гумуса) горизонтах, которые наследуют от почвообразующей породы окраску, гранулометрический состав и его неоднородность. Благодаря почвообразованию переходные горизонты приобретают педогенную структуру (ореховатозернистую, комковато-ореховатую, комковатую и др.), форма и размеры которой зависят от состава породы.

Наибольшие площади в Пермском крае занимают серо- и темногумусовые почвы на элювии известняков и мергелей. Их ареалы и комплексы с основными типами почв хорошо представлены в почвенных провинциях края. Серогумусовые почвы на элювии красноцветных глин, песчаников, конгломератов встречаются заметно реже, отсутствуют на почвенных картах. С применением ГИС-технологий выделены ареалы возможного распространения этих почв в Вятско-Камской и Прикамской почвенных провинциях, связанные с данными об соответствующих почвообразующих породах. Для поиска ареалов почв на элювии гипсов следует использовать геологическую информацию, т.к. почвообразующая роль гипсов не отражена на почвенных картах.

Исследования выполнены в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ, проект «Технологии оценки почвенных ресурсов, мониторинга и прогнозирования состояния почвенного покрова».