Влияние вертикальной зональности почв на интенсивность и скорость протекающих почвообразовательных процессов

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 631.42

В. И. Савич, М. Е. Котенко, С. Л. Белопухов, М. Е. Снагинский, Б. А. Мансуров, В. В. Гукалов

ВЛИЯНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ПОЧВ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ И СКОРОСТЬ

ПРОТЕКАЮЩИХ ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Ключевые слова: вертикальная зональность почв, плодородие почв, взаимосвязи в почвах.

В работе показано, что в пределах вертикальной зональности почв в горных и предгорных районах изменяется скорость и интенсивность протекающих почвообразовательных процессов, эрозии. Это проявляется и на разных элементах микрорельефа, в пределах структуры почвенного покрова. При этом важное значение, наряду с климатическими факторами, имеют локальное изменение литологии территории и интенсивность влияния геофизических полей Земли.

Keywords: vertical zoning of soils, soil fertility, the relationship in soils.

It is shown that within the vertical zonation of soils in mountain and foothill areas varies the speed and intensity of soil formation processes occurring erosion. This is manifested in different elements of the microrelief within the soil structure. At the same time the importance, together with climatic factors, have a local change in lithology territory and the intensity of the influence of geophysical fields of the Earth.

Введение

Влияние абсолютной высоты местности на формирование почв, интенсивность и скорость протекающих почвообразовательных процессов имеет важное значение для выбора оптимальных путей сельскохозяйственного использования территорий. Данное обстоятельство обусловлено разным водным и воздушным режимом отдельных поясов вертикальной зональности, неодинаковыми породами, отличием в зависимости от абсолютной высоты местности интенсивности геофизических полей Земли. Как следствие, на определенных абсолютных высотах преобладают и свои растительные ассоциации, протекают разные почвообразовательные процессы [1, 2, 7].

На разных абсолютных высотах задерживаются воздушные массы разного химического состава. Выпадающие из них компоненты изменяют свойства почв и химический состав вод. Так, например, задерживаемые высокими горами радиоактивные воздушные массы попадают в реки и мигрируют вниз по склону на равнины. Это имеет большое экологическое значение при оценке качества воды горных рек и использования их на равнине для различных хозяйственных целей. Подобные процессы отмечены в литературе при миграции радионуклидов в воздушных потоках от мест испытания ядерного оружия и с территорий аварий атомных электростанций.

Однако, влияние вертикальной зональности на особенности протекания почвообразовательных процессов и на агрономическую характеристику почв почти не рассматривается [4].

Объекты и методы исследования

Объектом исследования выбраны почвы вертикальной зональности Дагестана, Карачаево-Черкесии, Таджикистана [5, 6, 8, 10, 11].

Методика исследования состояла в определении физико-химических и агрохимических свойств почв общепринятыми методами [4], микробиологической активности почв [8], в оценке взаимосвязей между свойствами почв [9].

Обсуждение результатов

Интенсивность и скорость протекающих процессов отличается на разных элементах макрорельефа. Проведенными исследованиями показано значительное влияние на формирование почв почвообразующих пород. Это обусловлено, как их химическим и минералогическим составом, так и влиянием на тепловой, водный и воздушный режим почв, устойчивость их к эрозии, трансформацией геофизических полей Земли. По полученным нами данным, отдельные породы горной территории Карачаево-Черкесии обладали разной

устойчивостью к подкислению и неодинаковой депонирующей способностью к биофильным элементам и токсикантам.

С нашей точки зрения, этот показатель является важной агрономической и экологической характеристикой пород. Так, например, повышенное содержание подвижного алюминия при подкислении среды приводит к повышенной его миграции в воды и воздушную среду, что важно с экологической точки зрения.

Оценка почв вертикальной зональности и предгорных районов Дагестана, Карачаево-Черкесии, Таджикистана показала, что значительное влияние на почвообразовательные процессы оказывают почвообразующие породы. Их влияние на почвы даже в одном поясе высот в ряде случаев превышает различия, обусловленные климатом. С агрономической точки зрения, выделение пород на самом низком иерархическом уровне - уровне

разряда не соответствует требованиям агрономии и экологии.

Отдельные почвы вертикальной зональности, развиваясь на разных абсолютных высотах, испытывают неодинаковое влияние

гравитационного и эклектического полей. При увеличении абсолютной высоты величина гравитационного поля уменьшается, и увеличивается градиент электрического поля, т.к. атмосфера заряжена положительно, а Земля -отрицательно. С увеличением высоты местности изменяется длина волны и интенсивность солнечной радиации.

Все почвы горных районов испытывают влияние полей динамических напряжений с проявлением на ряде пород пьезоэлектрического эффекта. Это сказывается на соотношении корневой и надземной частей растений, на особенностях миграции вниз по профилю отдельных ионов, на биохимическом составе растений. При меньшей величине гравитационного поля уменьшается доля корневой системы, по сравнению с надземной частью, изменяется соотношение высоты и основания пирамид масс, энергии и информации. При увеличении высоты растений увеличивается и селективность поглощения ими анионов [3]. При уменьшении гравитации уменьшается при прочих равных условиях интенсивность миграции вниз ионов с большей молекулярной массой.

По полученным нами данным, миграция ионов в почвенном профиле определялась градиентами гравитационного, магнитного и электрического полей. При этом вектора миграции были направлены в разные стороны. В связи с этим, эффект миграции определялся по правилу сложения векторов. Это проявляется для калия и для железа [8, 12]. Интенсивность действия на почву указанных полей и продолжительность их действия определяют дифференциацию почвенного профиля, состав грунтовых вод и воздушной среды.

По полученным нами данным, с высотой местности коррелировали не только свойства почв, но и количество отдельных групп микроорганизмов [8]. Так, отношение в почвах Сгк/Сфк (У) в зависимости от абсолютной высоты (Х) описывалось уравнением У = А - В/Х, при г = -0,61; А = 1,01; В = -419,7. Количество актиномицетов

Таблица 1 - Изменение взаимосвязей между свой

Streptomyces (У) от высоты местности (Х) описывалось аналогичным уравнением при г = 0,55; А = -29,0; В = 106813. Количество актиномицетов Micromonospora от высоты местности описывалось уравнением У = А + ВХ при г = 0,57; А = -40,5; В = 0,06. Четкая дифференциация состава микроорганизмов отмечалась не только по почвенному профилю, но и в разных ярусах растительности и в разных ярусах конкретных древесных растений.

Для почв вертикальной зональности характерно не только их развитие за счет почвообразовательных процессов в глубину почвенного профиля, но и нарастание профиля сверху. Аналогичное явление отмечает Л.О. Карпачевский [4]. Оно в значительной степени проявляется для пойменных почв. Однако в горных условиях существенное значение имеет перемещение почв с больших абсолютных высот вниз по склону и отложение их на поверхности почв более низких высот. Значительную роль играет и внутрипочвенная миграция веществ по склону. Так как горы на разных абсолютных высотах задерживают воздушные массы определенного химического состава, то и выпадения веществ из этих потоков в почву на разных высотах отличаются. Протекающие процессы влияют и на экологическое состояние почв более низких абсолютных высот.

Для почв отдельных вертикальных поясов характерны свои взаимосвязи между свойствами почв. Так, по полученным нами данным, для горнолуговых и горных бурых лесных почв Карачаево-Черкесии коэффициенты корреляции кальция, магния и рН с гумусом составляли соответственно 0,77±0,17; 0,32±0,05 и 0,01; а для темно-серых лесных почв и выщелоченных черноземов, развитых на меньших высотах, соответственно 0,21±0,10; 0,56±0,11 и 0,44.

По полученным данным, в кислых почвах высокогорий коэффициент корреляции гумуса с кальцием был выше, чем с магнием, для нейтральных почв характерна противоположная зависимость. Коэффициенты корреляции между свойствами почв характеризуют тесноту связи между ними и, в первом приближении, степень термодинамического равновесия. Это

иллюстрируют данные следующей таблицы.

бурых и темно-серых лесных почв при оглеении

Степень оглеения Коэффициенты корреляции

рН-Са рН-Мд рН-Г Са-Г &

неоглеенные почвы оглеенные почвы 0,75±0,13 0,23±0,06 0,68±0,17 0,39±0,06 0,47±0,11 0,37±0,16 0,43±0,18 0,20±0,09 0,40±0,15 0,19±0,09 3,13±0,63 1,97±0,45

Как видно из представленных данных, оглеенные бурые и темно-серые почвы характеризуются меньшей суммой коэффициентов корреляции рН с Са, Мд, гумусом, чем неоглеенные почвы, что характеризует их менее равновесное состояние со средой.

Вертикальная зональность почв в значительной степени определяет особенности водной и ветровой эрозии почв. Это обусловлено сменой в пределах высотных поясов растительности, климата, пород, интенсивности гравитационного поля и полей динамических напряжений, формированием в разных высотных зонах специфических почв. В

почвах разных высотных зон отличается распределение по профилю гумуса, илистой фракции, биофильных элементов. Так, в темных сероземах Таджикистана убывание содержания гумуса с глубиной описывалось уравнением У = 1,27 - 0,01Н, r = -0,90; а в дерново-карбонатных У = 5.12 - 0,09Н; r = -0,78. Убывание содержания Р2О5 с глубиной описывалось уравнением в темных сероземах У = 0,23 - 0,001Н; r = -0,19; а в дерново-карбонатных почвах У = 0,25 - 0,002Н; r = -0,7.

С нашей точки зрения, оценка смытости почв по потере массы почвы с 1 га неточна. Необходима оценка степени эродированности почв по суммарному показателю потери плодородия почв. При этом при развитии эрозии в отдельных почвах вертикальной зональности изменяется и соотношение элементов. Так, градиент изменения свойств почв по профилю (отношение в Ап и В) составлял для темных сероземов в несмытых, смытых и намытых почвах по гумусу 5,0; 4,5 и 2,4; по азоту 2,9; 3,1 и 1,6. При этом отношение С/N в неэродированных смытых и намытых почвах составляло соответственно 8,2; 7,4 и 7,2; отношение N/Р - 0,98; 0,73 и 0,72.

По полученным нами данным, для отдельных поясов вертикальной зональности характерны свои специфические черты развития эрозии, а, следовательно, свой оптимум плодородия и определенные системы земледелия.

2. Интенсивность и скорость протекающих почвообразовательных процессов отличается на разных элементах мезорельефа. Так, по полученным нами данным, на обыкновенных неэродированных черноземах в нижней трети склона, на северном и южном склонах содержание подвижных форм меди составляло в слое 0-40 и 80-120 см соответственно

4,3±1,0 и 4,9±0,8, на северном склоне - 4,2±0,4 и 3,6±0,3; на южном склоне - 4,3±0,3 и 3,7±0,4; содержание подвижных форм свинца в нижней трети склона в слое 0-40 см и 80-120 см соответственно 4,2±0,2 и 3,5±0,7, на северном склоне 3,9±0,2 и 2,9±0,3; на южном - 3,8±0,4 и 2,8±0,2 мг/кг.

В нижней трети склона содержание N03, №Н4 и Р205 мг/100 г, гумуса в % составляло в слое 0-20 см соответственно 18,6; 33,3 и 119 мг/100 г, 4,3%; на южном склоне 20,0; 33,3 и 28,5 мг/100 г, 3,4%; на северном склоне 10,1; 44,1 и 33,0 мг/100 г и 3,3% гумуса.

Изменение скорости и интенсивности почвообразовательных процессов обусловлено не только мезорельефом, но и микрорельефом поверхности. Это обусловливает развитие структуры почвенного покрова, сложность и контрастность которой в значительной степени определяют плодородие и агрономическую ценность почв. Однако важное значение имеет не только форма поверхности почв, но и форма, и глубина залегания уровня грунтовых вод (пресных и соленых). В условиях сухих степей при более близком залегании пресных грунтовых вод формируются более плодородные почвы, а при более близком залегании соленых вод - менее плодородные почвы.

Таким образом, свойства почв существенно изменяются на микроповышениях и микропонижениях, что обусловливает структуру почвенного покрова (изменение свойств почв в пространстве). Это иллюстрируют следующие полученные нами результаты.

Таблица 2 - Зависимость свойств лугово-каштановых почв Терско-Суланской низменности Дагестана в зависимости от микрорельефа

Содержание гумуса и поглощенных катионов

Са Mg Na Ca/Mg Гумус, %

мг-экв/100 г

лугово-каштановая почва

18,0±0,8 1,4±0,5 0,7±0,2 12,8 3,4±0,5

микроповышения

16,7±0,7 0,7±0,4 0,4±0,1 23,8 3,2±0,1

микропонижения

19,2±1,4 2,0±1,0 1.1±0,2 9,6 3,6±0,6

лугово-каштановая солончаковатая

16,2±2,8 0,8±0,3 0,4±0,1 19,0 3,9±0,9

микроповышения

16,0±2,8 0,9±0,2 0,4±0,1 17,7 4,4±1,1

микропонижения

17,3±0,4 1,2±0,6 0,4±0,1 14,4 2,8±0,9

Как видно из представленных данных, в микропонижениях лугово-каштановых почв при наличии пресных грунтовых вод отмечается увеличение содержания подвижных форм кальция, магния и гумуса, сужение отношения Са/Mg, по сравнению с почвами микроповышений. При наличии близко к поверхности засоленных

грунтовых вод в лугово-каштановых солончаковых почвах по кальцию и магнию отмечается аналогичная тенденция. Однако содержание натрия не изменяется, а содержание гумуса уменьшается.

Состав почв в значительной степени определяет миграцию водорастворимых органических веществ в воды и эмиссию СО2 и О2, соединений азота в

воздух. Это определяет взаимовлияние почв, расположенных на более высоких и более низких высотах. Для разных высот эти процессы существенно отличаются, что определяет и экологическое значение соответствующих ландшафтов.

В связи с большим градиентом гравитационного поля на больших высотах и в низине миграция веществ в почве возрастает. При этом в большей степени выражена и миграция по склону в самой почве, особенно по плотным породам, близко расположенным к поверхности. Это приводит к развитию локального промывного типа водного режима, а, следовательно, и элюирования элементов.

Заключение

Таким образом, вертикальная зональность почв, а также ее изменения, связанные с явлениями инверсии, интерференции и миграции, обусловлены влиянием внешних факторов (Х1), пропорциональны степени их воздействия на определенные почвообразовательные процессы и свойства почв (к1): У = ЕкХ Информативно также изменение внешнего фактора в долях от стандартного соотношения: У1 = У0 • Ек • АХ1П • t, где t -продолжительность воздействия, п - показатель, показывающий в первом приближении экспоненциальный характер зависимости.

Учитывая, что в почвах отдельных вертикальных поясов на разном иерархическом уровне протекают неодинаковые почвообразовательные процессы различной интенсивности, модели плодородия почв вертикальной зональности и особенности их сельскохозяйственного использования должны быть

дифференцированы, в т.ч. и в пределах бассейна, ландшафта, катены.

При оценке пригодности почв вертикальных поясов под отдельные с/х культуры предлагается использовать зависимость:

У = fSk;X1 + k2X2 + ... knXn, где k - степень влияния фактора Xt на возможность выращивания культуры. Ekt = 1; Xt - величина фактора, влияющего на возможность выращивания культуры в долях от оптимума (от 0 до 1).

Литература

1. А.С. Владыченский, Особенности горного почвообразования, Наука, М., 1998. 191 с.

2. Г.В. Добровольский, И.С. Урусевская, География почв, 2-е изд., перераб. и доп., Изд-во «КолосС», М., 2004. 460 с.

3. З.И. Журбицкий, Физиологические и агрохимические основы применения удобрений, АН СССР, М., 1963. 386 с.

4. Л.О. Карпачевский, Экологическое почвоведение, МГУ, М.: 1993, 184 с.

5. М.Е. Котенко, Т.А. Зубкова, Почвоведение, 10, 11711178 (2008).

6. М.Е. Котенко, Т.А. Зубкова, Вестник Алтайского ГАУ, 12(2), 21-24 (2009).

7. С.Л. Белопухов, Н.К. Сюняев, М.В. Тютюнькова, Химия окружающей среды, Проспект, М., 2016. 240 с.

8. В.И. Савич, Ж. Норовсурэн, А.К. Саидов, М.Е. Снагинский, Известия ТСХА, 3, 9-23 (2009).

9. В.И. Савич, В.Н. Жуланова, В.С. Кащенко, С.Н. Якимов, Агроэкологическая оценка почв Тувы (19702010 гг.), РГАУ-МСХА, М., 2012. 440 с.

10. В.И. Савич, В.И. Гукалов, Б.А. Мансуров, Плодородие, 3, 40-43 (2015).

11. M.E. Kotenko, Arid Ecosystems, 1, 2, 115-118 (2011).

12. В.И. Савич, С.Л. Белопухов, В.А. Седых, Д.Н. Никиточкин, Известия ТСХА, 6, 5-11 (2013).

©В. И. Савич - д.с/х.н., профессор кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, тел.: (499)976-32-16; М.Е. Котенко - к.б.н., доцент, Дагестанский государственный технический университет, Тел./факс: (8722) 623761; С. Л. Белопухов - д.с/х.н., профессор, заведующий кафедрой химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, тел.: (499)976-32-16. belopuhov@mail.ru; М. Е. Снагинский - аспирант кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева; Б. А. Мансуров - к.с/х.н., старший научный сотрудник, Институт почвоведения Таджикской АН; В. В. Гукалов - к.с/х.н., кафедра общей биологии и экологии, Кубанский государственный аграрный университет.

© V. 1 Savich - Ph.D, professor, Department of Soil Science, Geology and Landscape RGAU-ICCA name K.A. Timiryazev, tel .: (499) 976-32-16; M .E. Kotenko - PhD, Associate Professor, Dagestan State Technical University, tel/fax: (8722) 623761; S. L. Belopukhov - Ph.D., Professor, Head of Department of Chemistry RGAU-ICCA name K.A. Timiryazev, tel.: (499) 976-32-16, belopuhov@mail.ru; M. E. Snaginsky - graduate student of the Department of Soil Science, Geology and Landscape RGAU-ICCA name K.A. Timiryazev; B. A. Mansurov - Ph.D., Senior Research Fellow, Institute of Soil Science of the Tajik Academy of Sciences; V. V. Gukalov - Ph.D., Department of General Biology and Ecology, Kuban State Agrarian University.