Солонцы зон тектонических разломов севера Баргузинской котловины (Бурятия, Россия)

Северная часть Бурятии находится в таежной зоне, где развитие процессов засоления и формирование солонцов не является типичным для данной территории. Появление засоленных почв стало возможным после образования крупных разломов земной коры с обширными межгорными впадинами Байкальского рифта. Сильное расчленение рельефа обусловило существенное перераспределение тепла и влаги, в результате чего в котловинах возникли субаридные условия, достаточные для локального засоления почв. Почвенные исследования, послужившие основой для данного сообщения, проводились в Баргузинской котловине — северном форпосте степей Евразии. На изученной территории, несмотря на ее северное и приподнятое положение, отмечаются достаточно обширные засоленные массивы и локальные проявления как поверхностного засоления почвенного покрова, так и почв с выраженной аккумуляцией солей и щелочно-глинистой дифференциацией в срединной части профиля.

Объект и методика исследований

Засоленные почвы изучены в самой северной части Баргузинской котловины, в окрестностях с. Ядаг, в районе заимки Ангото. Они занимают приподнятые остепненные пойменно-луговые пространства на территориях, контактирующих с зонами выклинивания термальных (40-50°С) минерализованных вод Кучигер-ского источника. Эти воды относятся к кульдурскому типу, отличаются низкой минерализацией, высоким содержанием кремниевой кислоты, сульфатов, фтора, натрия, имеют высокую щелочность (рН 9,9) [Плюснин и др., 2013; Шварцев и др., 2015].

Рис 1. Географическое положение и рельеф в районе закладки разреза

Ниже приводим морфологическое описание профиля почвы.

Разрез ТЛК-12-11. Дата закладки — 12.07.2011. Разрез заложен в приустьевой части поймы р. Улюгна (правого притока р. Баргузин), в юго-западном направлении от с. Улюнхан (N54°49'46,5''; E111º01'48,2'', h=553 м) на высоком, редко затопляемом участке с относительно ровной, местами слабоволнистой поверхностью (рис. 1). Растительность представлена разнотравно-леймусовым остепнен-ным луговым сообществом с относительно высоким проективным покрытием.

AUs, cs (0–20/32 см). Темно-серый, влажный, уплотненный, мелкозернистый в верхней части горизонта (2–3 см), легкосуглинистый, отмечаются мерзлотные нарушения, пронизан корнями травянистых растений, сверху слабо вскипает от HCl, ниже — местами бурно; переход ясный, выражен по цвету и плотности, граница языковатая.

[AU, SEL, BSN] @, s, cs (20/32–54 см). Неоднородно окрашенный вследствие криотурбаций, в общей тональности бледно-палевый с пятнами и полосчатыми завихрениями серого и темно-серого материала гумусового горизонта. Морфологически выражена диагональная трещина, уходящая вглубь, до дна вскрытого профиля, заполненная аллювиальным песком. Горизонт увлажненный, плотный, плитчато-призматический, легкосуглинистый, встречаются корни травянистых растений, копролиты и кротовины, вскипает от НСl; переход ясный, выражен по цвету, граница волнистая.

Cs,q~~(54-63/77 см). Пестро окрашенный, светло-коричневый со светлосерыми и охристо-ржавыми многочисленными пятнами, увлажненный, плотный, непрочнокомковатый, легкосуглинистый, встречаются единичные корни травянистых растений, бурно вскипает от НС1; переход резкий, выражен по цвету, гранулометрическому составу и плотности, граница языковато-карманная.

2Cs~~(63/77–91/98 см). Светло-серый, увлажненный, рыхлый, бесструктурный, связнопесчаный аллювий, вскипает от НС1; переход резкий, выражен по цвету и гранулометрическому составу, граница волнистая.

[AU] Cs,q~~(91/98–130 см). Представляет серию погребенных темно-серых гумусовых, почти черных прослоек с наносами мелкого светло-коричневого аллювиального песка с ржаво-охристыми пятнами, увлажненный, уплотненный, непрочнокомковатый, легкосуглинистый, бурно вскипает от НС1; переход резкий, выражен по цвету, гранулометрическому составу, граница мелковолнистая.

3Cca, s~~┴(130–145 см). Серый со слаборжаво-охристыми пятнами, увлажненный, уплотненный, бесструктурный, супесчаный, бурно вскипает от НС1, с глубины 145 см мерзлота.

Классификационное положение изученной почвы достаточно сложное. Это связано с отсутствием выраженной призматической, столбчатой или глыбистой структуры, которая является одним из важнейших диагностических признаков солонцов. По комплексу физико-химических свойств эту почву можно диагностировать как солонец темногумусовый засоленный, гипссодержащий, криотур-бированный, мерзлотный [Классификация …, 2004; Полевой…, 2008]. Исследуя засоленные почвы зон разломов в Казахстане, Н.С. Касимов (1980) предложил относить такие почвы к солонцам зон разломов. В этих почвах проявляется, наряду с классическими факторами почвообразования, мощное влияние эндогенного процесса в виде дополнительного привноса легкорастворимых соединений со значительных глубин. Почвы, сформированные в зонах влияния разгрузки гидротермальных вод, имеют ряд отличий от классических вариантов солонцов, что мы и отмечаем для изученных почв.

Физико-химические и химические свойства определяли общепринятыми методами [Аринушкина, 1970]. Минералогический состав определен рентгендифрак-тометрическим методом с использованием универсального рентгендифрактометра HZG-4A фирмы Carl Zeiss Yene (Германия). Приготовление препаратов осуществлено методом седиментации на покровные стекла [Горбунов, 1971]. Минералы диагностированы на основе ряда руководств по минералогии [Руководство…, 1975; Градусов, 1976; Соколова и др., 2005]. Полуколичественное содержание основных минеральных фаз во фракциях <1 мкм установлено по методике Биской (Biscaye, 1964), в пылеватых фракциях — по методу Кука (Cooketal, 1975).

Результаты и обсуждение исследований

Морфологическое строение изученной почвы характеризуется в верхней части профиля наличием процессов гумусонакопления, глинистой дифференциации и криотурбаций. Плитчато-призматическая структура солонцового горизонта выражена очень слабо. В нижней части профиля морфологически слабо проявляются процессы квазиглееватости. С глубины 145 см фиксируется многолетняя мерзлота. Генетическое сложение верхних — гумусового, надсолонцового и солонцового — горизонтов нарушено криотурбационными процессами, что осложняет визуальную диагностику данной почвы в полевых условиях. Тем не менее распределение и уровни содержаний в профиле легкорастворимых солей и илистой фракции дают четкое представление о проявлении в изученных почвах щелочно-глинистодифференцированных процессов.

В гранулометрическом составе почвы преобладают фракции крупной пыли и мелкого песка, на долю которых по профилю приходится суммарно от 53 до 83% общего количества фракций (табл. 1).

Таблица 1

Гранулометрический состав солонца зон разлома

Горизонт	Глубина, см	Содержание фракций, мм, %
		1 0,25	0,25 0,05	0,05 0,01	0,01 0,005	0,005 0,001	<0,001	<0,01
AUs, cs	0–20/32	9	27	38	7	11	8	26
[AU,SEL,ASN]@,s,cs	20/32–54	9	23	33	7	11	17	25
Cs,q~~	54–63/77	2	42	36	6	6	9	21
2Cs~~	63/77– 91/98	33	44	14	1	2	7	10
[AU]Cs,q~~	91/98– 130	0	38	40	7	7	9	23
3Cca,s~~ ┴	130–145	3	66	17	3	3	8	14

Верхние горизонты до глубины 54 см имеют очень близкий состав со слабой сортировкой, что может свидетельствовать о выветривании песчаных частиц insitu и очень длительном периоде функционирования почвы без свежих аллювиальных или эоловых наносов. По следам криотурбации и возросшей доле крупной пыли можно предполагать криогенное выветривание частиц. В солонцовом горизонте было отмечено также выраженное иллювиирование ила.

Наиболее важную информацию имеют фракции менее 1 мкм. В почвообразующей породе (130–145 см) и на глубинах 54–145 см в изученных почвах встречаются гидрослюды биотитового (триоктаэдрического) типа, упорядоченные смешанослойные слюда-смектитовые образования (ректорит), хлорит и каолинит. Солонцовый процесс привел к текстурной дифференциации илистого материала по элювиально-иллювиальному типу (табл.1), в результате чего произошло разрушение глинистых минералов, прежде всего наиболее выветриваемого компонента ила – упорядоченного смешанослойного образования ректоритового типа. Этот минерал довольно редко встречается в почвах [Градусов, Чижикова, 1967; Градусов и др., 1967, 1968]. Он определен по наличию целочисленной серии отражений, кратных 24 Å(2,4 нм), 12Å (1,2 нм) и т.д. Элювиальная часть профиля относительно обогатилась хлоритом и гидрослюдой биотитового типа. Однако структурное состояние минералов, фиксируемое по интенсивности рефлексов и их асимметрии, свидетельствует о существенном изменении кристаллической решетки этих минералов под действием солонцового процесса. Последнее подтверждается наличием рентгеноаморфных веществ, которые создают фон на рентгендифрактограммах в пределах от 18 до 31° 2Ɵ.

В иллювиальной части профиля, в образце с глубины 20–54 см, количество фракции менее 1 мкм увеличено до 17%. Основными компонентами являются гидрослюды биотитового типа, хлорит и сильно разупорядоченное слюда-cмектитовое образование, т.е. солонцовый процесс привел к изменению струк- турной организации чередования пакетов, превратив ректорит (упорядоченное смешанослойное образование) в неупорядоченное смешанослойное образование слюда-смектитового типа с различной сегрегацией пакетов слюдистого и смектитового типа. Именно это образование мигрирует из элювиальной части с формированием иллювиального горизонта под влиянием солонцового процесса.

Изученная почва слабощелочная, диапазон варьирования значений рН по профилю от 7,7 до 8,5, с пиком в нижних слоях в серии погребенных гумусированных прослоек (табл. 2). Карбонаты (CO2) присутствуют с поверхности, максимум их приурочен к солонцовому горизонту (6,4 %), а ниже концентрации стабилизируются на уровне 3,1–3,8%.

Таблица 2

Физико-химические свойства солонца зон разлома

Горизонт	Глубина, см	рН водн	СО 2	Гумус	Плотн. остат.	Сумма токс. солей	ЕКО*, мг.экв./ 100 г
			%
AUs, cs	0–20(32)	7,7	1,31	5,04	1,44	0,34	24,0
[AU,SEL,A SN]@,s,cs	20(32)–54	7,8	6,38	1,62	1,86	1,03	17,1
Cs,q~~	54–63(77)	8,1	3,66	0,62	1,08	0,19	15,8
2Cs~~	63(77)– 91(98)	7,7	3,10	0,11	0,60	0,51	11,4
[AU]Cs,q~~	91(98)–130	8,5	3,57	0, 42	0,41	0,24	10,2
3Cca,s~~ ┴	130–145	8,1	3,76	0,39	0,34	0,19	6,3

* – емкость катионного обмена.

Содержание легкорастворимых, в т.ч. токсичных, солей достаточно высокое (табл. 3). Наибольшие их концентрации (1,1–1,9%) отмечены в верхних горизонтах. По соотношению анионов во всех горизонтах, кроме 2Сs, доминируют сульфаты, составляя 59–92% от общей суммы анионов. Доля сульфатов с глубиной постепенно снижается. Гидрокарбонаты, как правило, не превышают четверти (6– 26%) от суммы анионов, но в гор. Сs, q их количество возрастает более чем до двух третей (68 %). Среди катионов выделяются кальций и натрий, в меньшей степени — магний. Доля кальция наибольшая в гумусовом горизонте (70%), а глубже она варьирует от 27 до 45%. Участие натрия, напротив, минимально в верхней части профиля (8%), а глубже составляет около половины от суммы катионов (от 45– 51 до 65%). Доля магния заметна только в двух верхних горизонтах (17–21%), что может быть обусловлено криогенным выветриванием [Ясько, 1975].

Химизм засоления смешанный и меняется по профилю (табл. 4). По щелочности он нейтральный или карбонатно-щелочно-земельный, по соотношению катионов — в гумусовом горизонте магниево-кальциевый, глубже — кальциево-натриевый, а по анионам — в основном сульфатный. В верхнем слое отмечается присутствие гипса. Солонцы засолены, условная степень их засоления по плотному остатку — сильная, а в зависимости от суммы токсичных солей и химизма засоление среднее и сильное в верхних слоях и слабое — в нижних.

Таблица 3

Результаты анализа водной вытяжки солонца зон разлома

Слой, см	СО 3 2-	Общая щелочн. (HСО 3 -)		Сl-	SО4 2-		Сa2+	Mg2+	Na+	K+
					общ.	токс.
	ммоль(экв)/100 г почвы
0-20/32	0,00	1,10		0,28	16,9	5,20	12,8	3,90	1,55	0,03
20/32–54	0,00	4,87		0,24	17,0	14,87	7,00	3,80	11,3	0,02
54–63/77	0,24	4,00		1,25	0,35	0,00	2,80	0,60	2,87	0,05
63/77–91/98	0,16	2,40		0,24	9,97	7,07	5,30	1,00	6,53	0,02
91/98–130	0,16	1,20		0,32	4,82	3,12	2,90	0,40	3,18	0,02
130–145	0,16	1,06		0,44	2,38	2,34	1,10	0,30	2,62	0,02
Кучигерские гидротермальные источники, мг/дм3 [Будагаева и др., 2005]
«Колодец»	54,00	52,46	14,20		126,0 0	0,00	8,02	2,43	117,07
«Грифон»	60,00	31,72	10,65		97,00	0,00	8,02	3,65	95,45

Источником солей в изученном солонце являются расположенные рядом минеральные кучигерские источники. В составе солей вод источников и солонцов и выявлено сходство, которое заключается в высокой доле натрия и сульфатов, но есть и различия: в источниках очень мало кальция, но существенно больше карбонатов и гидрокарбонатов. Очевидно, что в ходе педогенных процессов исходный состав солей, поступающих с грунтовыми водами, трансформируется, т. к. почвы аккумулируют кальций, что характерно для степных и остепненных луговых почв региона. Поэтому доля этого элемента в почвах возрастает, а легкорастворимых карбонатов — снижается при их осаждении в виде кальцита.

Таблица 4

Химизм и степень засоления зон разлома

Слой, см	Химизм засоления по			Степень засоления в зависимости от химизма по: [Базилевич, Панкова, 1972]
	щелочности	соотношению анионов	соотношению катионов
0–20/32	нейтральный	сульфатный	магниево-кальциевый	средняя
20/32–54	карбонатно-щелочноземельный	не установлен	кальциево-натриевый	сильная
54–63/77	не установлен	не установлен	кальциево-натриевый	средняя

63/77–91/98	нейтральный	сульфатный	кальциево-натриевый	средняя
91/98–130	нейтральный	сульфатный	кальциево-натриевый	слабая
130–145	карбонатно-щелочноземельный	не установлен	кальциево-натриевый	слабая

Заключение

Развитие засоленных почв в условиях севера Бурятии связано с разломной тектоникой и выклиниванием минерализованных термальных вод Кучигерского источника. Солонцы зон тектонических разломов формируются на высоких ос-тепненных пойменных участках и на низких надпойменных террасах с неглубоким залеганием многолетней мерзлоты на довольно однородном литологическом субстрате, состоящем из гидрослюд биотитового (триоктаэдрического) типа, упорядоченных смешанослойных слюда-смектитовых образований (ректорит), хлоритов и каолинита. Солонцовый процесс приводит к изменению структурной организации чередования пакетов, превратив ректорит (упорядоченное смеша-нослойное образование) в неупорядоченное смешанослойное образование слюда-cмектитового типа с различной сегрегацией пакетов слюдистого и смектитового типа.

Процесс сильного засоления почв севера Бурятии связан с рядом факторов, основным из которых является дополнительный источник легкорастворимых солей из разгружающихся кучигерских гидротерм. Задержка солей в профиле почв происходит в значительной степени из-за наличия мерзлотного водоупора.