Влияние растительных сообществ на характеристики гумуса серой лесной почвы г. Красноуфимска

1. Гумусовые вещества – особый класс природных соединений, состав и структура которых обуславливается термодинамической (климатогенной) обстановкой их формирования.
2. Гумусовые кислоты – гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК) – продукт процесса гумификации, который протекает везде, где есть органическая мортмасса. То есть это природные соединения, формирующиеся везде, где есть отмершие растительные остатки, независимо от их количества и качеств, а также гидротермических условий (за исключением гляциальных).
3. Гуминовые кислоты и фульвокислоты образуют в почве единую транс-аккумулятивную систему, где первые являются аккумулятивным компонентом и закрепляются минеральной частью почв там, где они непосредственно образовались, а вторые – частично связываются в комплексы с гуминовыми кислотами, а частично мигрируют в глубину.

     Количество фульвокислот, которые  гуминовые кислоты способны связывать  в комплексы, обусловливается  составом и структурой гуминовой  кислоты, а вернее, ее термодинамическим  потенциалом. Поэтому в разных  биоклиматических условиях система ГК-ФК имеет разное соотношение компонентов. Именно это соотношение четко отражает экологические условия формирования системы гумусовых веществ и используется для генетической диагностики современных почв.

4. Выявлено, что состав и соотношение компонентов гумуса        сохраняются  во времени (или изменяются на столько, что эти изменения не приводят к переходу показателей из одной типовой градации в другую) и в палеопочвах они соответствуют той природной обстановке, в которой образовалась система гумусовых кислот. Состав гумуса зависит не от возраста почв, а лишь от типа гумусо- и почвообразования. Почвы разного геологического возраста (в пределах плиоцен – голоценового периода) могут иметь весь спектр возможных показателей состава и свойств гумуса. 

        Процесс гумусообразования зонален, и в соотношении компонентов гумуса отражаются особенности источника гумификации, а также условий тепло- и влагообеспеченности. При прочих равных условиях чем влажнее климат, тем больше образуется при гумификации фульвокислот, чем теплее – тем больше гуминовых кислот. Соотношение их в составе гумуса зависит от сочетания термического и влажностного режимов.

        Особенности структуры, соотношение элементов и свойства гуминовых кислот, так же как и состав гумуса, зависят от сочетания термического и влажностного режимов. При этом какой бы длительности процесс гумификации и гумусообразования ни был, каково бы количество гумусовых (гуминовых) кислот ни накопилось, состав компонентов, их соотношение, структура и свойства этих природных веществ обусловливаются термодинамической обстановкой в момент их формирования. Поэтому любое количество гуминовых кислот дает возможность проводить диагностику условий природной среды времени их формирования, отражающихся в их составе и свойствах (естественно, если определяемые параметры лежат в пределах чувствительности применяемых методов).

        Таким образом, повсеместность протекания процесса гумификации при наличии любого количества растительной мортмассы, аккумулятивный характер гуминовых кислот, термодинамическая обусловленность количественных соотношений в системе гумусовых веществ и сохранность ряда ее свойств во времени позволяют использовать их в качестве индикатора палеоприродной среды и применять при реконструкциях экологических условий человека в любой период его существования – от плиоцена до голоцена включительно.

        Не все признаки состава и свойств гумуса сохраняются во времени, и не все характеристики его могут быть одинаково значимы и надежны при диагностике условий природной среды в разные временные отрезки, но предложенный комплекс диагностических признаков гумуса и связанных с гумусообразованием признаков минеральной части почв и(или) отложений позволяет вполне удовлетворительно проводить реконструкцию палеоприродной среды всего периода, охватывающего существование человека от его истоков до исторического времени, независимо от сохранности почв. Причем эти реконструкции в целом не противоречат таковым, проведенным другими методами, имеющимися в арсенале не только палео- и современного почвоведения, но и палеографии.      

        Далее будут рассмотрены основные характеристики органического вещества, используемые в педогумусовом методе по монографии М.И. Дергачевой (1997).

1.5.1 Содержание и распределение  органического углерода (гумуса);  спектральная отражательная способность

        Изучение общего содержания органического углерода дает основание проследить изменение его содержание в пределах исследуемой стратиграфической колонки отложений, выделить горизонты наиболее интенсивной аккумуляции гумуса, а также другие горизонты почв, то есть провести более детальную стратификацию изучаемых отложений, независимо от того, представляют они погребенные почвы или хроноряд ископаемых почв. Определение содержания общего органического углерода позволяет выявить даже те горизонты с относительным накоплением гумуса, которые не имеют морфологической выраженности. Поскольку абсолютное содержание гумуса в горизонтах аккумуляции ископаемых почвы, как правило, невелико, а разница в количестве органического углерода двух соседних горизонтов может не превышать 0,1%, для более уверенного выделения горизонтов (слоев) с повышенным содержанием гумуса, используют спектральную отражательную способность педогенно переработанной массы осадка. Совместное параллельное получение характеристик обуглероженности и спектральной отражательной способностей отложений дает возможность расчленять толщу осадка более детально, выделять горизонты, отличающиеся по вещественному составу, а также при необходимости проводить предварительное вычленение сохранившихся профилей отдельных почв как совокупности почвенных горизонтов. Минимальные величины коэффициента отражения при длине волны 750 нм должны соответствовать максимумам содержания гумуса. Если говорить о почвенном профиле, то максимальные величины этого коэффициента могут соответствовать элювиальным горизонтам или материнским породам.

1.5.2  Групповой состав  гумуса

        Кроме того, отношение С_гк:С_фк , доля гуминовых кислот в составе гумуса Качественный состав гумуса, одним из наиболее ярких показателей которого является соотношение групп гумусовых веществ, дает возможность точного вычленения в толще отложений гумусово-аккумулятивных горизонтов, поскольку даже в случае крайне низкого содержания общего органического углерода этот признак вполне адекватно отражает условия формирования гумуса., содержание гуминов (негидролизуемых форм гумуса) отражают зональную направленность почвообразования и поэтому являются признаками, по которым можно восстанавливать биоклиматические условия осадконакопления и (или) почвообразования.

        Сочетание относительно высокого для ископаемых почв содержания гумуса и широкого отношения С_гк:С_фк свидетельствуют об интенсивном процессе гумусообразования в теплых условиях, фульватный состав гумуса при низком его содержании может трактоваться неоднозначно, и в этом случае требуется привлечение дополнительных признаков состава и свойств гумуса и т.д. Важно подчеркнуть, что соотношение компонентов вполне удовлетворительно позволяет проводить диагностику условий протекания процесса гумусообразования и в том числе органо-минеральных взаимодействий даже в случае морфологической невыраженности горизонта относительной аккумуляции гумуса и выявлять реликтовые признаки в погребенных и ископаемых почвах.

        Стоит еще отметить то, что из наиболее существенных сложностей при диагностике палеоприродных условий, с использованием достаточно надежного в целом показателя  С_гк:С_фк  в качестве самостоятельного признака, состоит в том, что соотношение компонентов гумуса – гуминовых кислот и фульвокислот – может быть в ряде случаев близким в зональной почве одной зоны и почве подчиненного положения – другой зоны, или это отношение может по абсолютным величинам близко в почвах разных типов, развивающихся в гумидных и аридных условиях. Пределы флуктуации признака также могут в определенной мере перекрывать друг друга в некоторых типах и (или) подтипах почв. В этих случаях диагностическую надежность признака можно повысить, используя его комплекс с другими признаками, в частности, с признаками, отражающими состав и свойства гуминовых кислот. Тем не менее, тесная связь качественного состава гумуса с биоклиматическими показателями в современных условиях и сохранность этого показателя в течении длительного времени позволяют считать его основным в палеоэкологических реконструкциях.   

1.5.3 Элементный состав  гуминовых кислот

        Изучение элементного состава гуминовых кислот дает существенную информацию о принципах строения макромолекул гуминовых кислот, их компановки (Орлов, 1990). Элементный состав отражает особенности мактомолекул, связанный с их генезисом, направленностью палеопроцесса гумусообразования (Дергачева, 1984).

        Как говорит Орлов: «Состав и свойства гуминовых кислот, так же как и состав гумуса почв, являются функцией биоклиматических условий гумусообразования и почвообразования в целом». От биоклиматических условий формирования макромолекул гуминовых кислот зависят соотношение в них основных элементов (т.е. химический (элементный) состав), соотношение негидролизуемой и гидролизуемой частей (т.е. компоновка макромолекул), оптические свойства, специфика ароматических и алифатических компонентов макромолекул, степень бензоидности, полидисперсность, способность образовывать органо-минеральные комплексы и т.д. Практически гуминовые кислоты наиболее четко отражают в своем составе и свойствах особенности природных условий гумусообразования как процесса формирования и функционирования системы гумусовых веществ (Дергачева, 1989).

        В зависимости от целей исследования, сохранности и (или) преобразованности погребенных или ископаемых почв под влиянием экзогенных процессов можно использовать либо всю совокупность генетико-временных признаков гуминовых кислот (элементного состава, оптических свойств, ИК-спектров, прочности связи с минеральной частью и др.) или один (два) из них. Большую значимость, как показали исследования, имеют характеристики органо-минеральных соединений почв: гумино-глинистых соединений. Закономерности изменения их химического состава четко отражают условия формирования и позволяют изучать непрерывную историю палеоэкологических условий в период формирования исследуемой стратиграфической колонки отложений, погребенной почвы, хроноряда вложенных и (или) наложенных профилей почв или совокупности только дериватов отдельных горизонтов и (или) слоев, даже переотложенных.  

        Таким образом, показатели элементного состава гуминовых кислот несут в себе информацию о генетических особенностях почв, что позволяет применять их как один из основных признаков при реконструкции палеоэкологических условий (Дергачева, Зыкина, 1988).

        Таким образом, наиболее информативными характеристиками гумуса для проведения палеореконструкций являются: содержание и распределение органического углерода (гумуса), спектральная отражательная способность, групповой состав гумуса и элементный состав гуминовых кислот. 
 

Глава 2. Физико-географический очерк района исследования

        Изучаемые почвы формируются в окрестностях города Красноуфимска, под пологом разной растительности.

        Город Красноуфимск расположен в юго-западной части Свердловской области на возвышенном правом берегу р. Уфы в живописной местности, окаймленной цепью невысоких гор.

       Гидрографическая сеть развита довольно слабо. Основная река, дренирующая местность, – Уфа – имеет равнинный характер с падением около 20 м ( 200-180 м по абсолютным отметкам ). В среднем течении ширина р. Уфы 100-120 м, глубина 1-1,5 м (Бурданов Н.Д., 1964).

        Климат исследуемого района континентальный с продолжительной и холодной зимой, с коротким и сравнительно теплым летом, значительным количеством осадков, преобладающих над испарением, резкими температурными колебаниями. Рекордный перепад температур наблюдался в 1979 г.: мах +37⁰, мin –53,6⁰.  Весна короткая, умеренно влажная, с неустойчивой погодой. Осенний период характеризуется частыми заморозками. 

        Средняя годовая температура воздуха имеет положительные значения и колеблется от 0,3 до 1,1⁰. Самый холодный месяц – январь (средняя температура – 16,2⁰), самый теплый – июль (средняя температура + 17,6⁰). Продолжительность вегетационного периода составляет 155 – 165 дней.

        Среднегодовое количество выпадаемых осадков составляет 494 мм, из них осадки теплого сезона составляют 322 мм, т.е. 76%, испарение 300 мм, т. е. увлажнение избыточное.

        Снежный покров сохраняется в течение 6 месяцев. Средняя толщина снежного покрова в лесу достигает 1,5 м, на полянах 83 см, на открытых местах 69 см. Средняя годовая относительная влажность воздуха 66%, число дней с осадками 186.

        В целом зональные особенности климата вполне благоприятны для произрастания хвойных, мелколиственных и многих широколиственных

пород.

        Почвенный покров территории г. Красноуфимска сформировался в условиях резко континентального климата под покровом лесостепной растительности.

        Растительный мир окрестностей г. Красноуфимска представлен богатыми лесами. Среди лесообразующих пород первое место занимает береза – 31,1%, второе – ель – 30,4%. Из других пород деревьев присутствуют хвойные – сосна, пихта, лиственница, кедр; лиственные – липа, ольха, осина, тополь, ива.