Характеристика химических свойств темно-серых почв на двучленных отложениях Тамбовской области

УДК 631.4

ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕМНО-СЕРЫХ ПОЧВ НА ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ

© Л.В. Степанцова, В.П. Волохина

Ключевые слова: темно-серые почвы; валовой состав; химические свойства; фракционный состав гумуса.

В лесостепной зоне Тамбовской равнины на двучленных почвообразующих породах формируется комплекс темно-серых почв, химические свойства которых обусловлены глубиной залегания карбонатного суглинка, гранулометрическим составом верхней толщи и продолжительностью застоя влаги на контакте пород. Они резко различаются по валовому содержанию элементов в верхней части и однородны по составу подстилающей породы, кислая реакция верхних горизонтов снижается по мере уменьшения глубины залегания нижней толщи. Легкий гранулометрический состав верхней толщи определяет формирование мощного гумусового горизонта с высоким содержанием органического вещества, в составе которого преобладают гуминовые кислоты.

ВВЕДЕНИЕ

Особенности почв, сформировавшихся под широколиственными лесами, привлекали внимание многих исследователей [1-3]. Подробные сведения о зональных особенностях серых лесных почв ЦЧР представлены в монографии Ахтырцева [4]. Однако в этих работах основное внимание уделялось почвам на однородных суглинистых отложениях. Сведения о темно-серых почвах на двучленных отложениях лесостепной зоны до настоящего времени в литературе отсутствуют. Данная работа посвящена изучению химических свойств и состава органического вещества темно-серых почв, сформированных на супесчаной водно-ледниковой толще, подстилаемой тяжелым карбонатным суглинком севера Тамбовской равнины.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Непосредственными объектами исследований послужили: темно-серая супесчаная почва на возвышенном участке; темно-серые контактно-глубокооглеенные легкосуглинистая и контактно-сильнооглеенные легкосуглинистая почвы - на склоне и дне открытой лощины; дерново-подзолистая контактно-глееватая легкосуглинистая почва - в центре замкнутого понижения. Почвы сформировались на двучленной толще. Верхний слой представлен флювиогляциальными отложениями от супесчаного до среднесуглистого гранулометрического состава, нижний - карбонатным безвалунным тяжелым суглинком, сходным с покровным суглинком, залегающим на водоразделах. Переувлажнение обусловлено кислыми поверхностными водами, застаивающимися на водоупорной нижней толще. Грунтовые воды расположены глубже на 10 м и не влияют на процесс почвообразования.

Комплекс исследований включал определение валового содержания элементов ^Ю2, Al2Oз, Fe2Oз, MnO, CaO, MgO, P2O5). Разложение почвы проводили сплавлением с карбонатом натрия, с последующим

определением элементов аналитическими методами:

- фосфор (с SnCl2 и аскорбиновой кислотой), железо - сульфосалицилатным методом, марганец (с формальдоксимом); окись кремния - гравиметрическим желатиновым методом, кальций и магний - ком-плексонометрически (трилон Б, кальцеин, хром темносиний), алюминий - комплексонометрически (с дити-зоном) [5-7];

- фракционный состав гумуса по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой [6];

- актуальную и обменную кислотность - потен-циометрически, гидролитическую - по Каппену [6], обменные основания вытесняли N^0 [5].

Определения выполнялись по каждому генетическому горизонту в четырехкратной повторности. Фракционный состав гумуса определяли только для гумусовых горизонтов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Дифференциация минеральной части профиля темно-серых почв определяется двучленностью почвообразующей породы. Рассматриваемые почвы резко различаются по валовому содержанию элементов в верхней части профиля и практически однородны по составу подстилающей толщи (табл. 1). Влияние водного режима и поверхностного оглеения проявляется в меньшей степени и лишь усиливает или ослабевает закономерности, обусловленные гранулометрическим составом.

Промывной водный режим и супесчаный состав верхней толщи темно-серой почвы определяют обеднение верхней части профиля всеми химическими элементами, кроме кремния. Минимальное содержание железа, алюминия и марганца наблюдается в осветленной нижней части гумусового горизонта. На контакте с подстилающей породой эти элементы оседают (табл. 1).

Более тяжелый гранулометрический состав верхней толщи темно-серых контактно-глееватых почв определяет повышение содержания полуторных окислов,

Таблица 1

Валовой состав мелкозема темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины

Разрез, почва Горизонт, глубина, см Валовой состав, % на прокаленную навеску

8І02 АІ2О3 РЄ203 МпО Р2О5 СаО М^О

Темно-серая Ап 0-20 86,5 10,0 1,30 0,06 0,14 1,13 0,50

А1 20-40 87,5 9,3 1,23 0,04 0,13 1,05 0,42

А1А2 40-75 91,4 6,5 0,65 0,02 0,08 0,98 0,29

А2В 75-95 93,1 5,0 0,49 0,02 0,05 0,84 0,14

В1 95-110 95,3 3,7 0,35 0,02 0,05 0,82 0,12

В2 110-130 87,1 9,8 1,23 0,03 0,08 0,92 0,44

В3 130-150 68,7 23,7 3,69 0,07 0,09 1,59 1,38

Сса 150-200 73,1 18,2 2,65 0,06 0,10 3,98 1,41

Почвы открытой депрессии

Ап 0-15 73,5 19,5 3,06 0,09 0,22 1,87 0,98

А1 15-45 75,6 18,1 2,93 0,07 0,21 1,66 0,96

Темно-серая А1А2 45-65 76,5 18,0 2,66 0,06 0,15 1,26 0,88

контактно- А2В 65-80 71,0 22,3 3,46 0,07 0,11 1,45 1,18

глубокооглеенная В1 80-100 69,8 22,9 3,73 0,07 0,11 1,49 1,21

В2^ 100-130 68,5 24,0 3,77 0,08 0,11 1,48 1,27

Сд" 130-150 72,0 21,5 3,28 0,08 0,11 1,44 1,22

Ап 0-20 73,1 19,9 3,01 0,08 0,20 2,13 0,92

Темно-серая А1^ 20-50 68,5 23,6 3,68 0,08 0,15 2,16 1,23

А1А2^ 50-70 68,5 24,0 3,66 0,06 0,11 1,70 0,17

контактно- А2Вд" 70-85 67,2 25,1 3,78 0,06 0,12 1,74 0,18

В1^ 85-115 68,3 23,5 4,00 0,09 0,16 2,00 1,20

В2д"115-150 77,4 17,0 2,54 0,11 0,14 2,33 0,32

Почвы замкнутой депрессии

Ап^ 0-10 80,8 14,3 1,82 0,06 0,18 1,27 0,59

А1^ 10-25 79,1 15,5 2,01 0,07 0,22 1,78 0,72

Дерново-подзолистая А2д" 25-45 83,3 12,1 1,50 0,06 0,16 1,21 0,60

А2Вд" 45-65 96,4 2,4 0,23 0,02 0,03 0,87 0,07

контактно-глееватая В^" 65-120 71,0 21,7 3,82 0,08 0,13 1,59 1,04

В2д'" 120-160 78,3 17,8 2,63 0,05 0,12 1,08 0,43

С^" 160-200 73,2 20,7 3,73 0,08 0,10 1,06 0,49

фосфора, кальция и магния по сравнению с автоморф-ной темно-серой почвой. Весенний застой влаги ведет к обеднению горизонтов с контрастным водным режимом контактно-глееватых почв полуторными окислами. В темно-серой контактно-глубокооглеенной почве железом, алюминием и марганцем обеднен горизонт А1А2. В темно-серой контактно-сильнооглееной почве вынос железа и алюминия происходит из пахотного горизонта. Пик содержания железа наблюдается на контакте двух толщ за счет оседания на плотной породе и диффузии из нижних длительно обводненных горизонтов.

Наиболее дифференцирован по элювиально-иллювиальному типу профиль дерново-подзолистой кон-тактно-глееватой почвы. Большая часть железа и марганца, перешедшая в подвижное состояние весной в восстановительных условиях, стягивается в ортштей-ны. Минимальное содержание железа, фосфора, марганца, алюминия наблюдается в мелкоземе горизонта А2В£з,§//.

Для гумусовых горизонтов темно-серых почв характерна кислая реакция, которая сменяется в подстилающей породе нейтральной (табл. 2). С уменьшением глубины залегания карбонатного горизонта происходит снижение актуальной и обменной кислотности.

Для дерново-подзолистой контактно-глееватой почвы, отмытой от карбонатов на глубину более 2 м,

характерна кислая реакция по всему профилю, причем значения рН водной и солевой вытяжек уменьшаются с глубиной. Среди обменных оснований доминирует кальций, доля магния невелика и составляет 10-25 %. Промывной водный режим и заболачивание пресными поверхностными водами способствуют практически полному вымыванию натрия из ППК. Обменный алюминий появляется только в дерново-подзолистой кон-тактно-глееватой почве. Именно его появление позволяет нам отнести почву, сформировавшуюся в лесостепи к совершенно другому типу, характерному для таежно-лесной зоны.

Многие исследователи [8-12] отмечают, что почвы под широколиственными лесами характеризуются небольшой мощностью гумусового горизонта (30-50 см), уменьшением содержания органического вещества при переходе от горизонта А1 к А1А2 и близким к единице соотношением Сгк:Сфк. Рассматриваемые нами почвы по содержанию и качественному составу органического вещества существенно отличаются от ранее изучен ных почв, сведения о которых представлены в использованной нами литературе.

Во-первых, общее содержание органического вещества в темно-серых почвах на двучленных отложениях высокое, только на 10-15 % уступает зональным черноземам. Это связано с биоклиматическими условиями почвообразования.

Таблица 2

Химические свойства темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины

Разрез, почва Горизонт глубина, см рНв рНс Нг Са2+ м82+ А1 Сумма, 5 V, %

Ммоль/ 100г почвы

Ап 0-20 6,2 4,3 5,6 5,5 1,4 7,1 55

А1 20-40 6,6 4,6 4,9 6,0 0,6 6,8 58

А1А2 40-75 6,8 5,1 2,6 3,0 0,8 4,0 60

АВ 75-95 6,6 4,8 1,6 1,4 1,1 2,6 61

Темно-серая В1 95-110 6,8 5,1 1,0 0,9 0,9 следы 1,9 65

В2 110-130 7,4 5,1 1,4 4,1 1,2 5,4 79

В3 130-150 8,0 6,8 0,5 11,5 5,2 17,1 97

Сса 150-200 8,0 7,1 0,5 19,9 4,3 24,5 98

Почвы открытой депрессии

Ап 0-15 6,6 4,6 7,5 11,7 3,8 15,8 67

А1 15-45 6,2 4,6 6,9 10,4 3,5 14,2 67

Темно-серая А1А2 45-65 6,8 4,5 5,6 8,2 4,4 12,9 69

контактно- А2В 65-80 6,9 4,2 3,3 8,6 3,1 следы 12,0 78

глубокооглеенная В1 80-100 7,1 4,2 2,8 7,8 2,0 10,1 78

В2д/ 100-130 7,2 4,3 3,6 8,8 3,1 12,3 77

Сд" 130-150 7,2 4,4 3,1 7,9 2,3 10,5 77

Ап 0-20 6,6 4,8 8,2 11,1 1,5 12,9 61

Темно-серая контактно- сильнооглеенная А1^ 20-50 А1А2д" 50-70 А2Вд" 70-85 В1^ 85-115 7.1 7.1 6,8 7,7 5.3 4,9 4,8 6.4 4,0 3,7 4,2 0,7 12,3 8,9 9,0 11,2 1.7 2.7 2.8 1,1 следы 14,3 12,0 12,1 12,6 78 76 74 94

0 5 -1 5 %£ 2, В 8,2 7,5 0,4 12,0 1,3 13,7 97

Почвы замкнутой депрессии

Ап^ 0-10 6,4 4,5 8,9 4,1 1,0 0,09 5,4 37

А1^ 10- 25 6,0 4,4 7,6 4,4 0,7 0,04 5,3 41

Дерново- А2д" 25-45 6,3 4,7 3,0 2,6 0,2 0,02 2,9 49

подзолистая А2Вд" 45-65 6,7 5,1 0,5 0,9 0,1 0,01 1,1 68

контактно-глееватая В1^" 65-120 6,5 4,2 2,7 5,1 4,4 0,56 9,9 78

0 6 -1 0 2 2 В 5,7 3,7 5,0 5,6 2,4 1,32 8,4 62

Ся/// 160-200 5,6 3,6 5,0 6,3 2,9 0,38 9,7 66

Таблица 3

Фракционный состав гумуса темно-серых почв на двучленных отложениях севера Тамбовской равнины

Почва Горизонт Соб, % ФК (С, % от Соб) ГК (С, % от Соб) С ост,% Сгк/Сфк

1а I II III I II III

Темно-серая 22 АА > п В 2 2,88 2,67 1,23 0,33 5,4 6,3 3,9 5,8 5,0 4,9 8,3 8,7 22,1 6.3 6.3 16,7 2,6 4.5 5.5 3.6 30,2 18,0 20,7 23,6 17.7 42.7 42.7 31,5 6,8 6,7 3,0 4,5 11,0 10,7 7,6 11,4 1,56 3,06 2,76 1,71

Темно-серая контактно- глубокооглеенная 22 АА > п В 2 3,42 3,06 1,62 0,27 4.6 6,3 2.6 8,9 6,8 3,5 8,1 13,3 1,9 5.4 9.5 0 4,4 2,9 10,2 6,7 20,1 21,6 14,3 5,6 40,6 41,5 30,1 3,3 7,9 7,4 21,3 66,7 16,8 13,3 13,6 47,8 3,87 3,89 2,15 2,61

Темно-серая контактно- сильнооглеенная Ап А1д/ А1А2д// А2Вд// 3.39 3.40 1,38 0,81 6.4 4.5 1.4 4.4 2,5 2,4 4.0 4.0 1,1 4,1 0 0 4,0 3.5 3.5 2,8 20,4 9.7 2,2 2.8 39,2 43.8 16,4 26.8 6,6 4,9 16,1 24,1 19.1 22,9 52,0 23.2 4,76 4,03 3,90 4,78

Дерново- подзолистая контактно-глееватая Апд/ А1д// А2д// А2Вд// 2,16 1,86 1,23 0,06 5,6 4,5 3,4 20 4.6 18,1 7.6 5 0,9 1,3 5,9 5 3,5 4.8 4.9 15 34,7 30,6 33,5 25 18,1 21,0 15,3 15 6.9 8.9 17,1 15 25,5 14,1 23,9 38,3 4,09 2,11 3,03 1,22

Во-вторых, групповой состав органического вещества характеризуется высокими значениями отношения Сгк:Сфк (табл. 3). Это связано с легким гранулометрическим составом верхней толщи, в результате чего из почвы вымываются более подвижные фульвокислоты,

а сам гумусовый горизонт характеризуется растянутостью и большой мощностью. Так как в составе органического вещества преобладают гуминовые кислоты, окраска гумусовых горизонтов темно-серая, почти черная. На качественный состав органического вещества и

его распределение по профилю влияют глубина залегания карбонатного горизонта, замкнутый или открытый характер депрессии и продолжительность застоя влаги в той или иной части профиля. Профильное распределение органического вещества определяется продолжительностью застоя влаги.

Для темно-серой почвы с промывным водным режимом характерно постепенное уменьшение содержания органического вещества вниз по профилю, в результате чего формируется очень мощный 90-95 см гумусовый горизонт. В темно-серых контактно-оглееных почвах открытой депрессии более тяжелый гранулометрический состав способствует увеличению общего содержания органического вещества в верхнем пахотном горизонте. Длительный застой влаги в нижней части гумусового профиля ведет к снижению в горизонте А1А2 содержания органического вещества. В результате распределение органического вещества по профилю из равномерно-аккумулятивного становится регрессивно-аккумулятивным. Дерново-подзолистая почва с ежегодным поверхностным застоем влаги характеризуется более низким содержанием органического углерода с поверхности и резким убыванием его в подзолистом горизонте.

Промывной или застойно-промывной водный режим и легкий гранулометрический состав определяет вымывание наиболее подвижных фракций органического вещества. В темно-серой почве отношение Сгк:Сфк изменяется от 1,5 до 3. Несмотря на то, что застоя влаги отсутствует, состав гумуса гуматный. В темно-серых контактно-глееватых почвах открытой депрессии вынос фульвокислот с поверхностными водами возрастает, и их доля в составе гумуса уменьшается. В результате отношение Сгк:Сфк возрастает до 3,8 и 4,7 - соответственно в почвах склона и дна депрессии. Для дерново-подзолистой почвы характерна несколько иная картина. В составе органического вещества верхнего горизонта преобладают гуминовые кислоты, вниз по профилю доля фульвокислот возрастает, и состав гумуса становится фульватно-гуматным. Большая часть подвижных органических соединений вымывается вниз по профилю. Об этом свидетельствуют оглеенные светло-серые гумусово-глинистые кутаны, покрывающие поверхности педов в иллювиальном горизонте. Доля нерастворимого остатка и органического вещества III фракции возрастает с ростом степени гидроморфизма рассматриваемых почв, согласно увеличению в гранулометрическом составе почве илистой фракции.

ВЫВОДЫ

1. В лесостепной зоне Тамбовской равнины на двучленных почвообразующих породах формируется комплекс темно-серых и темно-серых контактно-глееватых почв, химические свойства которых обусловлены глубиной залегания карбонатного подстилающего суглинка, гранулометрическим составом верхней толщи и продолжительностью застоя влаги на контакте пород.

2. Темно-серые почвы на двучленных породах резко различаются по валовому содержанию элементов в верхней части и однородны по составу подстилающей породы. В верхней части профиля содержание

железа, алюминия и марганца возрастает с увеличением содержания ила. Огленные и глееватые горизонты обеднены железом, пик содержания которого наблюдается на контакте двух толщ.

3. Темно-серые почвы на двучленных отложениях характеризуются кислой реакцией верхних горизонтов, снижающейся по мере уменьшения глубины залегания нижней карбонатной толщи. Дерново-подзолистые почвы замкнутых депрессий, отличаются от них кислой реакцией на всем протяжении профиля.

4. Легкий гранулометрический состав верхней толщи определяет формирование мощного (70-90 см) гумусового горизонта с высоким содержанием органического вещества, в составе которого резко преобладают гуминовые кислоты. Распределение содержания гумуса по профилю с нарастание степени оглеения изменяется от равномерно-аккумулятивного до регрессивно-аккумулятивного.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адерихин П.Г., Ахтырцев Б.П., Мусиков К.К Земельный фонд Тамбовской области и его качественная оценка. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1974. С. 182.

2. Зайдельман Ф.Р., Рыдкин Ю.И. Почвы ополий лесной зоны -генезис, гидрология, мелиорация и использование // Почвоведение. 2003. № 3. С. 261-274.

3. Прокашев АМ. Серые оглеенные почвы со сложным органопрофилем востока Русской равнины // Почвоведение. 2003. № 7. С. 786-796.

4. Ахтырцев А.Б. Влияние поверхностного оглеения на гумусное состояние почв в лесостепи // Почвоведение. 1985. № 4. С. 17-23.

5. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. С. 487.

6. Практикум по агрохимии / под ред. В.Г. Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. С. 689.

7. Теория и практика химического анализа почв / под ред. Л.А. Воробьевой. М.: Изд-во ГЕОС, 2006. С. 400.

8. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы Центральной России. Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1979. С. 233.

9. Бирюкова О.Н., Орлов Д.С. Содержание и состав гумуса в основных типах почв России // Почвоведение. 2004. № 2. С. 171-188.

10. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1963. С. 314.

11. Урусевская И.С., Мешалкина Ю.Л., Хохлова О.С. Географогенетические особенности гумусного состояния серых лесных почв // Почвоведение. 2000. № 11. С. 1377-1390.

12. Шевченко Г.А., Шевченко В.М. Гумус лесных почв Воронежской области // Почвоведение. 1979. № 4. С. 148-150.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 10-04-00027.

Поступила в редакцию 9 февраля 2012 г.

Stepantsova L.V., Volokhina V.P. CHARACTERISTIC OF CHEMICAL PROPERTIES OF DARK GREY SOILS ON TWO-LAYER ADJOURNMENT OF TAMBOV REGION

In a forest-steppe zone of the Tambov plain on two-layer breeds the complex of the dark grey soils which chemical properties are caused by depth of position of heavy loam, mechanical structure of the top thickness and duration of stagnation of a moisture on contact of breeds is formed. They sharply differ under the total maintenance of elements in the top part and are homogeneous for structure of spreading breed, sour reaction of the top horizons decreases in process of reduction of depth of position of the bottom thickness. The easy mechanical structure of the top thickness defines formation of powerful organic horizon with the high maintenance of organic substance in which structure the organic acids taken by alkali prevail.

Key words: dark grey soils; total structure; chemical properties; fractional structure of organic substance.