Варьирование показателей кислотности в почвах поймы реки Амур
Автор: Мартынов А.В.
Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil
Рубрика: Статьи
Статья в выпуске: 98, 2019 года.
Бесплатный доступ
Понимание изменчивости кислотных свойств в почвенном покрове пойм необходимо для обеспечения рационального управления пойменными территориями, так как уровень pH является фундаментальным показателем, определяющим концентрацию растворимых и доступных для растений элементов. Выполнено определение актуальной, потенциальной и обменной кислотности в 87 почвенных разрезах, заложенных в пределах верхнего и среднего течения р. Амур. Для характеристики кислотности использовались методы описательной статистики, корреляция и линейная регрессия. Установлено, что кислотность снижается в пойме верхнего и среднего Амура в направлении: аллювиальные болотные (торфяно-глеевые и перегнойно-глеевые) почвы, остаточно аллювиальные (ржавоземы и брунеземы) почвы, аллювиальные серогумусовые глееватые почвы, аллювиальные серогумусовые. Почвы поймы верхнего Амура, в сравнении с почвами среднего Амура, более кислые, в среднем значение рНKCl в почвах одного генезиса меньше на 0.2-0.4. Выявлено, что коэффициент регрессии позволяет судить о кислотно-основных функциональных группах почвенных компонентов, формирующих реакцию среды в почвах. Коэффициент больше единицы указывает на органическую природу кислотности, ниже единицы - на преобладание минеральных кислот.
Актуальная, потенциальная, обменная кислотность, линейная регрессия, река амур, аллювиальные почвы
Короткий адрес: https://sciup.org/143168550
IDR: 143168550 | DOI: 10.19047/0136-1694-2019-98-57-76
Текст научной статьи Варьирование показателей кислотности в почвах поймы реки Амур
Поймы и сформированные на них аллювиальные почвы – уникальный природный объект. Представляя собой равнинные территории, прилегающие к рекам и подверженные периодическому затоплению, поймы являются одним из наиболее важных географических континуумов на Земле (Bayley, 1995). Также пойма – одна из самых динамичных, сложных и разнообразных экосистем во всем мире (Wälder et al., 2008). Чередование циклов затопления и осушения обуславливает накопление в почвенном покрове поймы богатых питательными веществами осадков, что гарантирует высокое биоразнообразие пойм и приводит к пространственной и временной неоднородности структуры и функциональности поймы (Amoros, Bornette, 2002). Уже давно проводятся исследования экосистемных функций пойм для контроля обмена питательными и органическими веществами между водными и наземными экосистемами (Pinay et al., 1988; Cristofor et al., 1993). Научной основой для этих исследований служит изучение изменчивости почвенных переменных (Ahmed et al., 2017). Особенно это актуально в отношении такой почвенной переменной как pH, без изучения которой добиться устойчивого управления в области пойменного почвообразования невозможно.
Уровень pH считается фундаментальным показателем, определяющим концентрацию растворимых и доступных для растений элементов (Caritat, 2011) . Однако важность уровня pH определяется не только сама по себе, но и тем фактом, что pH влияет на множество других функций почв: адсорбционную способность силикатных глин, органических веществ и оксидов железа и алюминия; на реакции осаждения и растворения; на окислительновосстановительный потенциал; на подвижность и распределение коллоидных веществ и образование металлоорганических комплексов. Например, при низких значениях pH оксиды алюминия блокируют соединения фосфора, снижая его доступность для растений, а биодоступность алюминия, железа и марганца может достигать токсического уровня (Blume et al., 2016; Onwuka, 2016) . Поэтому кислотность и характеризующие ее химические и агрохимические показатели широко исследуются и обсуждаются в российской и зарубежной литературе (Koptsik, 2003; Kokotov, 2004; Чевердин, 2009; Shamrikova et al., 2011; Shamrikova et al., 2013; Caritat, 2011; Onwuka, 2016; Blume et al., 2016) .
В отношении кислотного состояния почвенный покров поймы р. Амур, одной из крупнейших рек мира, изучен очень слабо. Частично это связано с ее трансграничным положением, разделением по фарватеру между Россией и Китаем. Также в Амурской области, в пределах которой расположено верхнее и среднее течения р. Амур, основной акцент почвенных исследований смещен в сторону черноземовидных почв и буроземов. Систематические исследования пойменных почв в Амурской области, несмотря на их значительную вовлеченность в хозяйственную сферу, почти не проводились. Сложившаяся ситуация диктует необходимость в детальном изучении pH как почвенного фактора, от которого зависит биоразнообразие и плодородие пойменных почв. Поэтому цель данной работы – охарактеризовать актуальную, потенциальную и обменную кислотность в различных типах пойменных почв верхнего и среднего течения р. Амур.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования послужили аллювиальные и остаточно-аллювиальные почвы, сформированные на территории пяти ключевых участков, расположенных в верхнем и среднем течении р. Амур (рис. 1). Поймы в верхнем течении небольшие по размеру (до 2 км шириной) и относятся к адаптивному типу. Поймы в среднем течении относятся к широкопойменному типу и достигают 15 км в ширину. Всего было заложено 87 почвенных разрезов: 59 в среднем течении и 28 в верхнем течении. Несмотря на то, что в почвенных профилях часто присутствовали переходные горизонты, в данной работе они не учитывались. Были использованы только образцы по генетическим горизонтам, присутствующим во всех пойменных почвах. Образцы взяты в период с 2011 по 2015 гг. в различные месяцы полевого сезона. Названия почв давались в соответствии с классификацией и диагностикой почв России (Классификация…, 2004) . Кислотные свойства почв определялись стандартными методами: актуальная и потенциальная кислотности – потенциометрически по ГОСТ 26483-90; обменная кислотность и подвижный алюминий – методом А.В. Соколова (Новицкий и др., 2009) .

Рис. 1. Карта-схема южной части Амурской области с указанием участков исследования.
Fig. 1. Map of the southern part of the Amur Region indicating the study sites.
Определение свойств почв проводилось в аналитическом центре минералого-геохимических исследований ИГиП ДВО РАН. Классификация почв по кислотности определялась в соответствии со шкалой где: pH < 4.0 – очень сильнокислая; pH 4.1–4.5 – сильнокислая; pH 4.6–5.0 – среднекислая; pH 5.1–5.5 – слабокислая; pH 5.6–6.0 – близкая к нейтральной; pH 6.1–7.1 – нейтральная; pH 7.2–7.5 – слабощелочная (Почвоведение, 1989) . Описательная статистика (среднее значение, минимум и максимум выборки, коэффициент вариации, стандартное отклонение и стандартная ошибка), расчет уравнений регрессии и коэффициентов корреляции проводился в программе Excel v. 2010.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Показатели кислотного состояния почв характеризуются значительной пространственной и временной изменчивостью. Соотношение размаха пространственного и временного варьирования изменяется в зависимости от особенностей почв и условий почвообразования (климатических условий, уровня грунтовых вод) (Shamrikova et al., 2011). Но, несмотря на высокую динамику показателей кислотности, зависимых к тому же от многочислен- ных почвенных факторов, их изучение позволяет провести первичную оценку кислотного состояния почв.
Аллювиальные торфяно-глеевые и аллювиальные перегнойно-глеевые почвы
Формируются в пойменных депрессиях, чаще всего в пределах притеррасного понижения, вдоль стариц и высохших проток. В структуре почвенного покрова пойм крупных рек Амурской области они могут занимать до 40 % (Мартынов, 2013). Разница в типе органического горизонта этих почв определяется климатическими условиями, в которых они формируются. В пределах верхнего течения р. Амур суммы положительных температур не достаточно для разложения органического вещества, что наряду с высоким уровнем грунтовых вод способствует консервации органических остатков и формированию торфяного горизонта. В среднем течении р. Амур более высокие температуры приводят к разложению органического вещества до перегноя. Кроме того, разница в скорости разложения органического вещества в болотных почвах может быть обусловлена составом и свойствами грунтовых вод: минерализацией воды, насыщенностью кислородам, величинами pH и Eh (Рассказов, 2005). Постоянная переувлажненность почв способствует развитию закисных условий и проявлению признаков глеевого процесса. Развитие глеевого процесса, в свою очередь, способствует увеличению содержания подвижного алюминия, закисного железа и снижению содержания кальция (Зайдельман, 2009), что вызывает значительное подкисление почв. Это подтверждают данные, приведенные в таблице 1, показывающие, что аллювиальные торфяно-глеевые почвы в среднем характеризуются как очень сильнокислые – сильнокислые. Кислотные свойства сильнее проявляются в глеевых горизонтах. Утверждать, что они вызваны увеличением катионов алюминия и водорода затруднительно. Максимальные концентрации Al3+ и H+ отмечаются в менее кислом торфяном горизонте. Вероятно, повышенная кислотность глеевых горизонтов в данном случае вызвана содержанием различных форм железа, которые являются более сильной кислотой, чем алюминий (Shamrikova et al., 2011). Также можно отметить, что участие обменного водорода в формировании кислотно- сти этих почв незначительно. Содержание Al3+ превышает H+ минимум в 30 раз. Коэффициенты вариации содержания Al3+ и H+ достигают 95 и 117 соответственно, что отражает высокую пестроту почвенных свойств, характерную для почвенного покрова пойменных массивов (Wälder et al., 2008). Коэффициент варьирования содержания алюминия увеличивается вниз по профилю, а водорода – вверх по профилю. Это обусловлено приуроченностью ионов водорода к органическому веществу, а ионов алюминия – к глинистым минералам (Shamrikova et al., 2013). Торфяные горизонты характеризуются более однородными условиями в сравнении с минеральными горизонтами, на что указывают более низкий коэффициент варьирования (V) и стандартная ошибка (SD) актуальной и потенциальной кислотностей. Следует отметить, что значения pH вследствие их логарифмирования характеризуются минимальным варьированием, V для торфяно-глеевых почв не превышают 10 %.
Аллювиальные перегнойно-глеевые почвы среднего течения р. Амур характеризуются сильнокислой реакцией среды, т. е. они менее кислые, чем почвы, формирующиеся в аналогичных условиях в верхнем течении р. Амур (табл. 2). Вероятно, понижение кислотности связано с более теплым климатом и, как следствие, особенностями биологического круговорота Ca2+, Mg2+ и K+, участвующих в нейтрализации кислотных компонентов в почвах разных зон и подзон. Суммарное количество основных элементов, ежегодно поступающих с растительными остатками на единицу площади, увеличивается в направлении с севера на юг (Shamrikova et al., 2011) . В отдельных случаях в минеральных горизонтах pH достигает значений выше 7.0, т. е. идет подщелачивание горизонтов. В условиях застойного водного режима, характерного для перегнойно-глеевых почв, подщелачивание горизонтов может происходить вследствие вытеснения в раствор щелочноземельных металлов из кристаллической решетки алюмосиликатов (Зайдельман, 2009) . В случае минерализации грунтовых вод в минеральных горизонтах может происходить обменное поглощение ионов натрия, вызывающее их подщелачивание (Чевердин, 2009) .
Таблица 1. Варьирование показателей кислотности почв поймы р. Амур
Table 1. Variation of acidity values in floodplain soils of the Amur River
Показатель |
Горизонт |
n |
µ |
x min |
x max |
SD |
V |
n |
µ |
x min |
x max |
SD |
V |
Верхний Амур |
Средний Амур |
||||||||||||
Аллювиальные то |
рфяно-глеевые почвы |
Аллювиальные перегнойно-глеевые почвы |
|||||||||||
pH вод |
T |
6 |
5.3 |
5.1 |
5.5 |
0.20 |
3.7 |
18 |
5.5 |
4.6 |
6.3 |
0.46 |
8.3 |
G |
6 |
5.2 |
4.8 |
5.9 |
0.49 |
9.3 |
12 |
5.9 |
4.7 |
6.7 |
0.67 |
11.2 |
|
CG |
6 |
5.5 |
5.2 |
6.2 |
0.39 |
7.1 |
12 |
5.9 |
4.6 |
7.4 |
0.86 |
14.5 |
|
рН KCl |
T |
6 |
4.2 |
4.1 |
5.4 |
0.16 |
3.8 |
18 |
4.5 |
3.7 |
5.2 |
0.41 |
9.2 |
G |
6 |
3.9 |
3.7 |
4.4 |
0.32 |
8.1 |
12 |
4.4 |
3.6 |
5.2 |
0.53 |
12.3 |
|
CG |
6 |
4.1 |
3.7 |
4.4 |
0.33 |
8.2 |
12 |
4.5 |
3.1 |
6.7 |
0.96 |
21.5 |
|
+ H обм |
T |
6 |
0.4 |
0.1 |
1.2 |
0.42 |
95.3 |
18 |
0.6 |
0.1 |
5.5 |
1.26 |
197.8 |
G |
6 |
0.2 |
0.05 |
0.6 |
0.21 |
94.2 |
12 |
0.6 |
0.03 |
5.6 |
1.59 |
268.9 |
|
CG |
6 |
0.1 |
0.05 |
0.2 |
0.07 |
50.1 |
12 |
0.6 |
0.0 |
5.6 |
1.61 |
282.7 |
|
3+ Al обм |
T |
6 |
10.8 |
2.6 |
30.4 |
10.08 |
93.1 |
18 |
4.2 |
0.0 |
30.4 |
7.17 |
171.5 |
G |
6 |
5.8 |
1.3 |
16.9 |
5.85 |
100.7 |
12 |
1.3 |
0.0 |
4.8 |
1.89 |
140.2 |
|
CG |
6 |
6.0 |
0.3 |
18.0 |
7.10 |
117.6 |
12 |
1.1 |
0.0 |
4.2 |
1.28 |
118.5 |
|
Аллювиальные серогумусовые глееватые почвы |
Аллювиальные серогумусовые глееватые почвы |
||||||||||||
pH вод |
AY |
5 |
5.4 |
5.1 |
5.5 |
0.17 |
3.3 |
8 |
5.9 |
4.8 |
7.4 |
0.82 |
13.8 |
Cg |
5 |
5.4 |
5.1 |
5.6 |
0.25 |
4.4 |
8 |
6.1 |
5.5 |
6.9 |
0.48 |
8.0 |
|
рН KCl |
AY |
5 |
4.2 |
3.7 |
4.6 |
0.34 |
8.3 |
8 |
4.8 |
3.9 |
6.2 |
0.73 |
15.3 |
Cg |
5 |
3.9 |
3.6 |
4.4 |
0.32 |
8.4 |
8 |
4.5 |
3.7 |
5.2 |
0.51 |
11.3 |
|
+ H обм |
AY |
5 |
0.3 |
0.2 |
0.6 |
0.17 |
54.7 |
8 |
0.1 |
0.04 |
0.3 |
0.11 |
65.5 |
Cg |
5 |
0.1 |
0.1 |
0.8 |
0.02 |
21.8 |
8 |
0.06 |
0.02 |
0.1 |
0.04 |
66.6 |
|
3+ обм |
AY |
5 |
10.3 |
0.1 |
22.6 |
10.18 |
98.5 |
8 |
0.7 |
0.0 |
2.7 |
0.93 |
137.1 |
Cg |
5 |
5.6 |
0.7 |
21.8 |
9.11 |
161.6 |
8 |
0.6 |
0.0 |
2.1 |
0.89 |
148.3 |
Показатель |
Горизонт |
n 1 |
µ |
x min |
x max |
SD |
V |
n |
µ |
x min |
x max |
SD |
V |
Верхний Амур |
Средний Амур |
||||||||||||
Аллювиальные серогумусовые почвы |
Аллювиальные серогумусовые почвы |
||||||||||||
pH вод |
AY |
19 |
5.8 |
4.9 |
6.5 |
0.43 |
7.4 |
35 |
6.1 |
4.7 |
7.4 |
0.68 |
10.9 |
C |
19 |
5.7 |
4.9 |
6.5 |
0.46 |
8.1 |
41 |
5.9 |
4.7 |
8.1 |
0.75 |
12.8 |
|
рН KCl |
AY |
19 |
4.8 |
3.8 |
5.9 |
0.60 |
12.4 |
35 |
5.2 |
3.3 |
7.0 |
0.81 |
15.6 |
C |
19 |
4.3 |
3.5 |
5.3 |
0.52 |
12.0 |
41 |
4.3 |
3.2 |
6.6 |
0.72 |
16.5 |
|
+ H обм |
AY |
19 |
0.22 |
0.03 |
1.4 |
0.30 |
136.3 |
35 |
0.2 |
0.0 |
0.7 |
0.17 |
80.8 |
C |
19 |
0.09 |
0.01 |
0.2 |
0.07 |
72.7 |
41 |
0.1 |
0.0 |
1.1 |
0.2 |
149.9 |
|
3+ обм |
AY |
19 |
1.3 |
0.0 |
10.0 |
2.29 |
172.1 |
35 |
0.9 |
0.0 |
7.2 |
1.80 |
184.9 |
C |
19 |
2.08 |
0.1 |
15.8 |
3.87 |
186.0 |
41 |
1.3 |
0.0 |
9.5 |
2.3 |
172.4 |
|
Ржавоземы остаточно-аллювиальные |
Брунеземы остаточно-аллювиальные |
||||||||||||
pH вод |
AY |
4 |
5.5 |
5.3 |
5.7 |
0.18 |
3.2 |
5 |
5.8 |
5.0 |
6.4 |
0.59 |
10.1 |
BFM |
4 |
5.4 |
5.2 |
5.8 |
0.24 |
4.8 |
7 |
5.8 |
5.3 |
6.2 |
0.27 |
4.7 |
|
C |
4 |
5.6 |
4.9 |
6.1 |
0.48 |
8.6 |
5 |
6.0 |
5.4 |
6.6 |
0.47 |
7.9 |
|
рН KCl |
AY |
4 |
4.6 |
3.7 |
5.2 |
0.64 |
14.0 |
5 |
4.8 |
3.9 |
5.2 |
0.51 |
10.8 |
BFM |
4 |
4.1 |
3.7 |
4.6 |
0.39 |
9.8 |
7 |
3.9 |
3.4 |
4.5 |
0.40 |
10.2 |
|
C |
4 |
4.1 |
3.7 |
4.7 |
0.42 |
10.2 |
5 |
4.2 |
3.9 |
4.8 |
0.34 |
8.0 |
|
+ H обм |
AY |
4 |
0.4 |
0.09 |
0.9 |
0.39 |
103.3 |
5 |
0.2 |
0.1 |
0.4 |
0.11 |
49.1 |
BFM |
4 |
0.2 |
0.06 |
0.4 |
0.13 |
72.2 |
7 |
0.2 |
0.03 |
1.2 |
0.43 |
178.6 |
|
C |
4 |
0.2 |
0.03 |
0.5 |
0.21 |
104.6 |
5 |
0.1 |
0.03 |
0.4 |
0.15 |
115.5 |
|
3+ обм |
AY |
4 |
1.1 |
0.2 |
0.2 |
1.12 |
104.5 |
5 |
0.8 |
0.1 |
2.7 |
1.13 |
148.6 |
BFM |
4 |
0.6 |
0.2 |
1.2 |
0.49 |
76.4 |
7 |
1.5 |
0.02 |
4.8 |
1.64 |
110.2 |
|
C |
4 |
1.5 |
0.09 |
4.9 |
2.21 |
141.8 |
5 |
0.6 |
0.04 |
2.2 |
0.95 |
160.3 |
Повышению рН может способствовать восстановление Fe3+, входящего в состав гидроксидов, которое происходит с потреблением H+ (Ponnamperuma, 1967) . В сравнении с торфяно-глеевыми почвами верхнего Амура, в перегнойно-глеевых почвах снижена значимость в формировании обменной кислотности катионов Al3+. Содержание Al3+ варьирует от 1 до 4 мг-экв на 100 г почвы, тогда как содержание H+ увеличилось и может достигать 5–6 мг-экв/100 г почвы. Более того, для показателей кислотности почв среднего Амура характерны более высокие значения V, достигающие 21 для рН КCl , для H+ – 280 и для Al3+ – 170. Это может свидетельствовать как о более разнородных условиях почвообразования, так и являться следствием более крупной выборки. Доверительный интервал для рН и H+ в перегнойно-глеевых почвах выше, чем в торфяно-глеевых, но SD Al3+ почти в два раза ниже. Следовательно, несмотря на высокий V, в перегнойно-глеевых почвах содержание алюминия чаще близко к среднему значению.
Большую важность имеет информация о соотношении рН Н2О и рН КCl , определяемом природой кислотно-основных функциональных групп почвенных компонентов и отражающим специфику процессов почвообразования (Shamrikova et al., 2013; Ефремо ва, 2018) . В кислых почвах чем больше разница в значениях рН, тем кислее почва (Соколова, 1993) . Эта разница наглядно отражается в сильно кислых аллювиальных торфяно-глеевых и перегнойно-глеевых почвах, где линейная корреляция между этими показателями варьирует по профилю с 0.80 до 0.91, а тангенс угла наклона – от 0.7 до 0.9, составляя в целом для почвы 0.7 (табл. 2). Поскольку Н+ и Al3+ вытесняются катионами К+, можно ожидать линейную зависимость между концентрацией Н+ и Al3+ в растворе и в ППК. Близость тангенса угла наклона к единице свидетельствует о равной селективности преобладающего катиона в горизонте к K+ (H+ – в органогенных горизонтах, Al3+ – в минеральных) (Shamrikova et al., 2013) . Снижение тангенса угла ниже единицы указывает на подкисление почв, выше единицы – на подщелачивание. Поскольку в болотных почвах наблюдается низкое содержание катионов H+, то данный тангенс угла отражает селективность почвы по отношению к катионам Al3+.
Таблица 2. Показатели взаимосвязи значений рН H2O и pH KCl в аллювиальных почвах
Table 2. The relationship between pH H2O and pH KCl in alluvial soils
Горизонты |
Уравнение линейной регрессии |
Коэффициент детерминации |
Коэффициент корреляции |
Аллювиальные торфяно-глеевые и перегнойно-глеевые почвы |
|||
T-Н |
y = 0.72 pH H 2 O + 0.50 |
R² = 0.65 |
0.80 |
G |
y = 0.67 pH H 2 O + 0.40 |
R² = 0.83 |
0.91 |
CG |
y = 0.95 pH H 2 O ‒ 1.18 |
R² = 0.77 |
0.88 |
Почва в целом |
y = 0.73 pH H 2 O + 0.21 |
R² = 0.65 |
0.81 |
Аллювиальные серогумусовые глееватые почвы |
|||
AY |
y = 0.94 pH H 2 O ‒ 0.78 |
R² = 0.91 |
0.95 |
Cg |
y = 0.92 pH H 2 O ‒ 1.07 |
R² = 0.81 |
0.89 |
Почвы в целом |
y = 0.91 pH H 2 O ‒ 0.79 |
R² = 0.78 |
0.88 |
Аллювиальные серогумусовые почвы |
|||
AY |
y = 1.16 pH H 2 O ‒ 1.88 |
R² = 0.86 |
0.93 |
C |
y = 0.84 pH H 2 O ‒ 0.64 |
R² = 0.77 |
0.88 |
Почва в целом |
y = 1.02 pH H 2 O ‒ 1.39 |
R² = 0.69 |
0.84 |
Буроземы и брунеземы остаточно-аллювиальные |
|||
AY |
y = 0.86 pH H 2 O ‒ 0.19 |
R² = 0.53 |
0.73 |
BFM–BM |
y = 0.39 pH H 2 O + 1.77 |
R² = 0.17 |
0.41 |
C |
y = 0.55 pH H 2 O + 0.97 |
R² = 0.59 |
0.77 |
Почва в целом |
y = 0.58 pH H 2 O + 0.96 |
R² = 0.24 |
0.49 |
Также значительную роль в подкислении могут играть соединения Fe3+ (Shamrikova et al., 2013) , в большом количестве содержащиеся в аллювиальных почвах Приамурья (Зимовец, 1967) .
Аллювиальные серогумусовые почвы
Самый распространенный тип почв в поймах крупных рек Амурской области. Может занимать до 80 % от площади поймы. Формируются на пологих равнинных участках и на вершинах пойменных гряд в пределах центральной и прирусловой пойм. Уровень залегания грунтовых вод в большинстве случаев расположен ниже почвенного профиля.
В верхнем течении значения pH аллювиальных серогумусовых почв изменяются в среднем от сильнокислой до близкой к нейтральной реакции среды с усилением кислотности вниз по профилю. Обменная кислотность представлена преимущественно Al3+, содержание которого снижается вниз по профилю в среднем от 1 до 2 мг-экв/100 г почвы, с максимумом в минеральном горизонте до 15 мг-экв/100 г. Содержание Н+ варьирует от 0.1 до 1.4 с максимумом в гумусово-аккумулятивном горизонте. В среднем течении, так же, как у болотных почв, наблюдается снижение кислотности, обусловленное более высокой биомассой растительности и, как следствие, повышенным содержанием оснований, попадающих в почву. Максимальная величина pH достигает 7, минимальная – 3.2 с подщелачиванием в гумусово-аккумулятивном горизонте. Обменная кислотность варьирует от 0 до 10 с преобладанием обменного алюминия.
Линейная корреляция между рНН20 и рНKCl и по горизонтам и в почвах в целом высокая, составляя в среднем 0.88. Кислотность в гумусово-аккумулятивном горизонте преимущественно обусловлена органическими кислотами, способными в равной мере растворяться в водной и солевой вытяжках, что подтверждается величиной тангенс угла больше единицы. Коэффициенты вариации и SD рНН20 и рНKCl более высокие в среднем течении. Варьирование значений Al3+ и Н+ в среднем также выше в почвах среднего течения, но их SD ниже. Высокие значение V и SD в почвах среднего течения, в сравнении с почвами верхнего течения, можно связать с геоморфологическим строением и возрастом пойменных массивов. В верхнем течении поймы адаптивно-врезанные, небольшие по размеру, чаще подвержены затоплению и, как следствие, обновлению почвенного профиля и усреднению почвенных параметров. В среднем течении почвы поймы широкопойменного типа, развивающиеся на протяжении длительного времени и испытывающие значительное влияние зональных процессов в области центральной поймы, при сохранении влияния интразональных процессов в прирусловой пойме, что в совокупности привело к сильной пестроте почвенного покрова и варьированию почвенных свойств.
Аллювиальные серогумусовые глееватые почвы
Являются подтипом аллювиальных серогумусовых почв и служат промежуточным звеном между серогумусовыми и серогумусовыми глеевыми почвами. Формируются в небольших понижениях центральной и прирусловой поймы и могут составлять до 20–30 % от территории занимаемой аллювиальными серогумусовыми почвами. Основное их отличие от типичных серогумусовых почв – это наличие слабых признаков глеевого процесса в их почвенном профиле, что предполагает незначительный застойный режим. В этой связи следует ожидать повышения кислотности почв и увеличение содержания обменного алюминия.
В аллювиальных серогумусовых глееватых почвах верхнего Амура средняя реакция среды снижается вниз по профилю с 4.2 до 3.9 с минимумом в 3.7 и максимум 6.2. Обменная кислотность представлена обменным алюминием, содержание которого более чем в 10 раз превышает содержание обменного водорода. Сравнивая с серогумусовыми почвами верхнего Амура, видно, что даже незначительное развитие глеевого процесса приводит к снижению рН в среднем на 0.4 и увеличению обменного алюминия в два раза.
В среднем течении разрыв между pHKCl серогумусовых почв и серогумусовых глееватых почв меньше чем в почвах верхнего Амура и в среднем составляет 0.2. Обменная кислотность варьирует от 0 до 3 мг-экв/100 г с преобладанием Al3+. Характерной особенностью аллювиальных серогумусовых глееватых почв является сниженное в два раза содержание катиона Al3+ в сравнении с серогумусовыми почвами. Следовательно, подкисление почв осуществляется за счет других компонентов, вероятно, за счет более высокого содержание Fe3+.
Корреляция между рН Н20 и рН KCl и по горизонтам и в почвах в целом высокая, составляя в среднем 0.90. Общее уравнение линейной регрессии для аллювиальных серогумусовых почв подтверждает преимущественно кислую – слабокислую реакцию среды с незначительным преобладанием вклада минеральных и органо-минеральных кислот и компонентов. Значения V и SD для всех исследуемых переменных более высокие для почв поймы среднего Амура.
Ржавоземы остаточно-аллювиальные и брунеземы остаточно-аллювиальные
Эти почвы представляют собой заключительный этап эволюции аллювиальных почв после их выхода из сферы влияния ин-тразональных процессов. Ржавоземы формируются на аллювии преимущественно в северных районах Амурской области под лесной растительностью. Брунеземы развиваются в южных районах под луговой растительностью. Брунеземы или лугово-бурые почвы отсутствуют в классификации и диагностике почв России и фигурируют преимущественно в дальневосточных классификациях почв (Ознобихин, 1994) . Характерная черта этих почв заключается в их развитии под одновременным влиянием лугового и буроземообразующего процессов.
Для ржавоземов характерно изменение реакции среды от очень сильнокислой до среднекислой. Обменная кислотность небольшая, до 5 мг-экв/100 г с преобладанием Al3+. Сильнокислая реакция среды при незначительном содержании обменных Al3+ и Н+, вероятно, обусловлена накоплением большого количества железа в этих почвах и фульватным составом гумуса (Иванов, 1976). Брунеземы менее кислые, чем ржавоземы, и характеризуются варьированием значений рНKCl от 3.9 до 5.2 с минимумом в структурно-метаморфическом горизонте. В брунеземах также слабо развито присутствие Al3+ и Н+, суммарное содержание которых достигает максимум 6 мг-экв/100 г почвы с преобладанием Al3+. Кислая реакция среды в них обусловлена оглиниванием средней части профиля по монтмориллонитовому типу с высвобождением свободных оксидов железа, придающих почвам буроватые тона, и формированием фульватно-гуматного типа гумуса (Куликов, 2013).
Корреляция между рН Н20 и рН KCl высокая в гумусовоаккумулятивном и почвообразующем горизонте, но низкая в структурно-метаморфическом и в почве в целом. Вероятно, в структурно-метаморфическом горизонте компоненты, отвечающие за наличие связей между рН Н20 и рН KCl , к которым относятся органическое вещество и алюмоорганические соединения (Shamrikova et al., 2013) , слабо участвуют в формировании кислотности. Слабая корреляция между рН Н20 и рН KCl в структурнометаморфическом горизонте и почвы в целом отразилась и на уравнении линейной регрессии, в котором тангенс угла указывает на очень сильно кислую реакцию среды, но низкий коэффициент детерминации говорит о недостоверности этого уравнения. В гумусово-аккумулятивном горизонте уравнение линейной регрессии указывает на кислую реакцию среды, а в почвообразующем горизонте на сильно кислую с преобладанием минеральных кислот. Коэффициент вариации рН Н20 и рН KCl в ржавоземах и буроземах ниже, чем в аллювиальных почвах, что указывает на более однородные условия формирования этих почв в сравнении с аллювиальными почвами. Для Al3+ и Н+ показатель V остается высоким, сопоставимым с аллювиальными почвами. Доверительные интервалы для всех переменных в ржавоземах и брунеземах также сопоставимы с аллювиальными почвами и не позволяют сделать каких-либо заключений.
ВЫВОДЫ
Генезис аллювиальных почв отражает высокую степень варьирования значений рНН20 и рНKCl, а также содержания Al3+ и Н+, что выражается в высоких коэффициентах вариации, которые для рН составляют от 3 до 20 и для Al3+ и Н+ – от 50 до 280. В целом кислотность снижается в пойме верхнего и среднего Амура в направлении: аллювиальные болотные (торфяно-глеевые и перегнойно-глеевые) почвы (3.9–4.2), остаточно аллювиальные (ржа-воземы и брунеземы) почвы (3.9–4.6), аллювиальные серогумусо- вые глееватые почвы (3.9–4.8), аллювиальные серогумусовые (4.3–5.2). Почвы поймы верхнего Амура более кислые, в среднем значение рНKCl меньше на 0.2–0.4, тогда как почвы среднего течения характеризуются более интенсивным варьированием значений рН, Al3+ и Н+, что указывает на более разнородные условия почвообразования. В аллювиальных почвах кислотность преимущественно обусловлена органическими кислотами и катионами Al3+, в остаточно-аллювиальных ржавоземах и брунеземах, вероятно, – соединениями железа. Коэффициент регрессии позволяет судить о кислотно-основных функциональных группах органического вещества, формирующих реакцию среды почв. Коэффициент больше единицы указывает на органическую природу кислотности, ниже единицы – на преобладание минеральных кислот.
Список литературы Варьирование показателей кислотности в почвах поймы реки Амур
- Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Мелентьева Н.В., Аврова А.Ф. Высотная дифференциация кислотно-основных свойств долинных торфяных почв Кузнецкого Алатау // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018. № 41. С. 135-155. DOI: 10.17223/19988591/41/8
- Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. М.: КДУ, 2009. 720 с.
- Зимовец Б.А. Почвенно-геохимические процессы муссонно-мерзлотных ландшафтов. М.: Изд-во "Наука", 1967. 165 с.
- Иванов Г.И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. М.: Изд-во "Наука", 1976. 200 с.
- Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 341 с.
- Куликов А.Я. Почвенные ресурсы. Минск: Высшая школа, 2013. 319 с.
- Мартынов А.В. Структура почвенного покрова поймы крупных рек Амурской области (на примере рр. Зея и Селемджа) // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2013. № 2. С. 108-116.
- Новицкий М.В., Донских И.Н., Чернов Д.В. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. СПб: Проспект Науки, 2009. 320 с.
- Ознобихин В.И., Синельников Э.П., Рыбачук Н.А. Классификация и агропроизводственные группировки почв Приморского края. Владивосток: ДВО РАН, 1994. 93 с.
- Почвоведение / Под ред. Кауричева И.С. М.: Агропромиздат, 1989. 719 с.
- Рассказов Н.М. Основные особенности химического состава болотных вод (на примере юго-восточной части Западной Сибири) // Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308. № 4. С. 55-58.
- Соколова Т.А. Химические основы мелиорации кислых почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. 182 с.
- Чевердин Ю.И., Зборищук Ю.Н. Закономерности изменения показателей кислотности черноземов каменной степи // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2009. № 4. С. 22-25.
- Ahmed H.M.T., Siddique M. Iqbal, Hussain F. Comparative study of interpolation methods for mapping soil pH in the apple orchards of Murree, Pakistan // Soil and Environment. 2017. Vol. 36. No. 1. P. 70-76.
- DOI: 10.25252/SE/17/41154
- Amoros C., Bornette G. Antagonistic and cumulative effects of connectivity: a predictive model based on aquatic vegetation in riverine wetlands. // Arch. Hydrobiol. Suppl. 1999. Vol. 11. No. 3. P. 311-327.
- DOI: 10.1127/lr/11/1999/311
- Bayley P.B. Understanding large river - floodplain ecosystems // Bioscience. 1995. Vol. 45. No. 3. P. 153-158.
- Blume H.-P., Brummer G.W., Horn R., Kandeler E., Kogel-Knabner I., Kretschmar R., Stahr K., Wilke B.-M. Scheffer / Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde. Berlin: Springer. Heidelberg. 2000. 574 p.
- Caritat P., Cooper M., Wilford J. The pH of Australian soils: field results from a national survey // Soil Research. 2011. Vol. 49. No. 2. P. 173-182.
- DOI: 10.1071/SR10121
- Cristofor S., Vadineanu A., Ignat G. Importance of flood zones for nitrogen and phosphorus dynamics in the Danube Delta // Hydrobiologia. 1993. Vol. 251. No. 1-3. P. 143-148.
- DOI: 10.1007/BF00007174
- Kokotov Y.A., Sukhacheva E.Y., Aparin B.F. Acidity field of soils as ion-exchange systems and the diagnostics of genetic soil horizons // Eurasian Soil Science. 2014. Vol. 47. No. 12. P. 1227-1237.
- DOI: 10.7868/S0032180X14120077
- Koptsik G.N., Livantsova S.Yu. Acidity and cation exchange properties of forest soils in the Russkii Sever National Park // Eurasian Soil Science. 2003. Vol. 63. No. 6. P. 599-609.
- Onwuka M.I., Ozurumba U.V., Nkwocha O.S. Changes in Soil pH and Exchangeable Acidity of Selected Parent Materials as Influenced by Amendments in South East of Nigeria // Journal of Geoscience and Environment Protection. 2016. Vol. 4. P. 80-88.
- DOI: 10.4236/gep.2016.45008
- Pinay G., Black V.J., Planty-Tabacchi A.M., Gumiero B., Décamps H. Geomorphic control of denitrification in large river floodplain soils // Biogeochemistry. 2000. Vol. 50. P. 163-182.
- DOI: 10.1023/A:1006317004639
- Ponnamperuma F.N. Effects of Flooding on Soils, In: Flooding and plant growth, London: Academic Press. 1984, P. 9-46.
- Shamrikova E.V., Kazakov V.G., Sokolova T.A. Variation in the acid-base parameters of automorphic loamy soils in the taiga and tundra zones of the Komi Republic // Eurasian Soil Science. 2011. Vol. 44. No. 6. P. 641-653.
- DOI: 10.1134/S1064229311060111
- Shamrikova E.V., Sokolova T.A. Correlations between different acidity forms in amorphous loamy soils of the tundra and taiga zones // Eurasian Soil Science. 2013. Vol. 46. No. 5. P. 505-517.
- DOI: 10.1134/S1064229313050116
- Thomson C.J., Marschner H., Romheld V. Effect of nitrogen fertilizer form on ph of the bulk soil and rhizosphere, and on the growth, phosphorus, and micronutrient uptake of bean // Journal of Plant Nutrition. 1993. Vol. 16. P. 493-506.
- DOI: 10.1080/01904169309364548
- Wälder K., Wälder O., Rinklebe J., Menz J. Estimation of soil properties with geostatistical methods in floodplains // Archives of Agronomy and Soil Science. 2008. Vol. 54. P. 275-295.
- DOI: 10.1080/03650340701488485