Онтогенез почв на земляных беллигеративных сооружениях ленинградской области

Э. И. Гагарина, А. Н. Шелемина, Е. В. Абакумов

онтогенез почв

на земляных беллигеративных сооружениях ленинградской области

Введение

С развитием человечества все более возрастают площади территорий с нарушенным или полностью уничтоженным почвенно-растительным покровом, что сопровождается появлением на поверхности слабоизмененных горных пород, при зарастании которых формируются молодые почвы. Это можно наблюдать при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, каналов, военных укреплений. Общим для почв техногенных экосистем является точно датированное начало их формирования, что делает эти объекты хорошей моделью для исследования скорости и направления развития почвообразовательных процессов.

Рабочая группа по почвам городских, транспортных, горнодобывающих и военных территорий при международном обществе почвоведов на конгрессе в Нанкине (октябрь 2007 г.) постановила, что изучение почв военных территорий является приоритетным для современного почвоведения. Военные нарушения почвенного покрова по всей земле огромны, и в силу объективных причин их площадь не может быть оценена с точностью. Тем не менее процессы восстановления почв (регенерационного, рецент-ного, инициального почвообразования) на нарушенных территориях идут активно и представляют интересную модель онтогенетического развития почв на различных породных субстратах.

Изучению почвообразования на техногенно-нарушенных территориях посвящено немало работ [1-5]. Выявлено, что скорость формирования почвенного профиля значительно выше, чем принято было считать в классическом почвоведении [6]. С момента появления на поверхности свежих пород в них одновременно начинают протекать различные процессы преобразования минеральных субстратов, что ведет к гипергенной трансформации техногенных субстратов и перемещению ее продуктов в результате выщелачивания, лессиважа, склоновых процессов.

На начальных этапах почвообразования особо важна роль исходных субстратов, что определяет не только морфологические особенности молодых техногенных почв, но также скорость и направленность их развития. Ранее почвы окопов были изучены П. В. Голеусовым [7], где они были названы почвами беллигеративных сооружений. Сам процесс образования молодых почв на отвалах окопов Голеусов предложил называть рецентными (от англ. recent — недавний, свежий).

В связи с вышесказанным задачей данного исследования было изучение молодых почв на земляных военных сооружениях линии обороны Ленинграда с целью выявления специфики начальной фазы почвообразования на различных исходных породах в современных биоклиматических условиях.

© Э. И. Гагарина, А. Н. Шелемина, Е. В. Абакумов, 2011

В задачи исследования входили морфологический анализ почвенных профилей и их аналитическая характеристика.

объекты и методы исследования

Объектами исследования послужили почвы трех участков в районе Балтийско-Ладожского глинта. Первый участок расположен на Дудергофских высотах — край глин-та, пос. Можайское (гора Ореховая, верхняя часть склона юго-восточной экспозиции), второй — в районе пос. Гостилицы на вершине горы Колокольня, приуроченной к склону глинта. Обе возвышенности представляют собой крупные холмы, четко выраженные на местности и имеющие гляциодислокационное происхождение. Они сложены ледниковыми брекчиями: гора Ореховая — мореной с обильным включением отторженцев различных осадочных пород главным образом доломитовых известняков, а гора Колокольня — мореной с крупными блоками синих кембрийских глин. Третий участок приурочен к подножью восточного склона горы Колокольня. Здесь распространены флювио-гляциальные пески. Возраст почв в момент исследования был около 63 лет.

На каждом участке заложено по два разреза: один на насыпи военного укрепления вскрывал погребенный органогенный горизонт, другой — на ненарушенной поверхности. Все сооружения созданы осенью 1941 г. и имеют возраст 60 лет. Проводилось изучение морфологии почв, гранулометрического состава, физико-химических показателей, различных форм железа, фракционно-группового состава органического вещества.

Дополнительным объектом, изученным позже, был полигенетический профиль почвы с беллигеративного участка времен советско-финской войны в окрестностях д. Заостровье Лодейнопольского р-на Ленинградской области. Здесь среднеголоценовая почва (подзол) погребена озерной супесью, где сформировался подзол, который, в свою очередь, также был погребен при сооружении окопов. На материале окопа сформировался эмбриональный профиль подзола возрастом около 70 лет.

результаты и обсуждение исследования

Исследования показали, что на щебне доломитового известняка развивается маломощная рендзина, имеющая в естественных условиях следующее строение профиля: О — А — АС — С (табл. 1). На отвалах за 60 лет сформировался профиль почвы аналогичного строения и мощности. По своим свойствам молодая почва незначительно отличается от исходной (табл. 2). Она имеет щелочную реакцию среды, что согласуется с высоким содержанием в ней карбонатов (СО2 = 24,8%). В гумусовом горизонте исходной почвы рН 7,5, что свидетельствует о заметной выщелоченности от карбонатов (СО2 = 7,8%). По гранулометрическому составу исходная почва щебнистая, тяжелосуглинистая песчано-иловатая. Гумусовый горизонт молодой почвы отличается более высокой щеб-нистостью, пылеватостью и меньшим содержанием ила, что подтверждает его меньшую выветренность. Содержание гумуса в горизонте А исходной почвы очень высокое, в погребенной — несколько ниже, в молодой — низкое. Однако соотношение основных фракций гумусовых веществ в молодой почве уже аналогично типичной рендзине.

Таким образом, в молодой почве отчетливо проявляются процессы гумусообразова-ния и гумусонакопления, что объясняется богатством и обилием опада, благоприятными условиями его гумификации, высокой биогенностью почв, богатством основания-

СЗ и Генетические горизонты, их мощность, см

& и В" >- Почва Порода Растительность Органо- генный Гуму- совый Элюви- альный Пере- ходный Иллюви- альный Переходный к породе Порода Погребенный гумусовый

1 Рендзина, окоп Рендзина, фон Отвалы известкового щебня Элюво-делювий доломитовых известняков Широколиственный лес, неморальный напочвенный покров 0,5 0,5 9.5 18.5 - - - 20 11 10 14

2 Слаборазвитый псевдоглей, окоп Псевдоглей, фон Отвалы кембрийских глин Кембрийская глина Ельник разнотравный черничный, неморальное разнотравье 2 3 3 19 8 20 8 20 27 40 20

3 Подзол, окоп Отвалы водно-ледниковых супесей Ельник березовый сфагновый 0,1 15 19 43 13

Подзол, фон Водно-ледниковые супеси 3 9 10 - 58 - 20 -

Разрез, Глубина, Гумус, Сгк -л % си Е Еео, % Ее,,- РН ГК, Частицы

горизонты см % Сфк -Л % ,о е Е Н2О КСЬ мг-экв 100 г <0,01 <0,001

а н и з д н е на отвале окопа

О 0-0,5 70,44* - - - - 6,6 - - - -

А 0,5-10 2,75 0,78 1,12 0,14 0,06 8,0 - - 40,45

АС 10-30 1,43 0,74 1,23 0,13 0,05 8,1 - - 36,64 19,95

С 30-40 1,28 - 1,20 0,18 0,11 8,3 - - 33,41 20,82

А 40-54 8,40 - 1,52 0,29 0,09 8,0 - - 49,14 21,91

АС 54-75 2,46 - 1,40 0,23 0,07 8,3 - - 65,82 25,14

С 75-90 1,86 - 1,33 0,16 0,09 8,4 69,92 27,32 21,41

Фоновая рендзина

О 0-0,5 75,63* - - - - 6,5 - - - -

А 0,5-19 10,65 0,79 2,55 0,51 0,05 7,5 - - 47,86 26,00

ВС 19-31 4,81 - 2,66 0,52 0,06 7,7 - - 49,14 26,73

Слаборазвитый псевдоглей на отвале окопа

О 0-2 70,63* - - - - 6,1 5,3 16,5 - -

Ае 2-5 2,86 0,97 3,09 0,22 0,19 5,4 4,8 5,2 64,81 30,45

ВСg 5-13 0,61 0,80 3,94 0,24 0,22 4,9 3,6 5,6 72,45 41,27

Cg 13-40 0,66 - 3,80 0,29 0,35 4,9 3,8 5,2 70,27 33,45

А 40-60 2,50 - 3,01 0,28 0,19 4,7 3,7 7,4 36,27 19,09

Фоновый псевдоглей

О 0-3 65,95* - - - - 6,1 5,4 16,5 - -

А 3-22 3,61 0,43 2,95 0,24 0,24 5,2 4,1 6,0 71,91 32,55

ВІ 22-30 1,12 - 3,36 0,15 0,20 4,9 3,8 6,2 77,18 38,00

В^ 30-50 1,12 - 4,67 0,16 0,41 5,0 3,9 6,1 81,45 43,09

BCg 50-70 0,84 - - - - 5,2 3,8 4,9 - -

Cg 110 0,34 - 3,96 0,14 0,14 5,0 3,8 3,9 82,27 41,45

Подзол на отвале окопа

О 0-0.1 54,84* - - - - 5,1 4,3 17,0 - -

Ае 0-15 0,96 0,63 1,20 0,18 0,27 5,3 4,7 2,6 12,5 6,98

ВГ 15-34 1,09 0,52 1,06 0,20 0,42 5,6 4,7 2,1 13,41 7,36

С 34-77 1,04 - 0,98 0,12 0,36 5,2 4,6 3,2 8,15 5,73

А 77-90 5,66 - 1,17 0,33 0,55 4,4 3,9 10,9 21,70 11,52

С 115 0,80 - 0,34 0,05 0,11 5,3 4,4 2,0 12,27 5,59

Фоновый подзол

О 0-3 52,54* - - - - 5,1 4,6 20,0 - -

Аао 3-12 5,10 0,49 1,10 0,39 0,51 4,7 3,9 10,4 21,64 11,07

Ае 12-22 3,24 0,70 0,98 0,41 0,52 4,8 4,3 6,9 21,93 10,84

Е 22-33 0,70 - 0,19 0,06 0,11 4,9 4,4 2,1 11,81 4,25

ВЕ 22-42 1,99 - 1,21 0,63 0,84 5,1 4,8 2,9 18,52 7,77

ВЕ 42-80 2,36 - 1,19 0,48 0,55 5,3 4,6 3,6 9,75 5,09

Cg 100 0,77 - 0,38 0,06 0,11 5,0 4,4 2,1 9,41 6,09

* Потеря при прокаливании.

ми, способствующими закреплению гумуса в почве. Молодая почва, судя по мощности горизонта А и содержанию гумуса, еще не пришла в равновесное состояние с окружающими условиями, но характеризуется высокой скоростью развития (скорость формирования горизонта А — 1,5 мм в год, средняя скорость развития профиля 5 мм в год, накопления гумуса в горизонте А — 0,05 % в год, в нижележащем горизонте — 0,02% в год).

Активное участие в формировании почв принимают процессы трансформации минеральной массы, связанные, прежде всего с выветриванием доломитового известняка. О выветривании силикатов и алюмосиликатов можно судить по содержанию различных форм железа, которого значительно меньше в почве окопов.

По имеющимся классификационным разработкам [4, 8] молодая почва относится к классу почв техногенно-преобразованных, подклассу насыщенных, типу доломити-зированных рендзин. По мнению Ф. Дюшафура [9], подобные рендзины являются переходными между типичными рендзинами (на известняках) и бурыми почвами, что позволяет предположить их дальнейшую эволюцию в бурые лесные почвы.

Вторым объектом исследования является почва на кембрийской глине. Эти почвы широко развиты на вершине и верхней части склона горы Колокольня. Их профиль слабодифференцирован на горизонты: О — Ае — ВСв — Сг По строению профиля почвы напоминают псевдоглей. За 60 с лишним лет на отвалах этих пород сформировался маломощный профиль с неполным набором горизонтов, характерных для фоновой почвы. Общая мощность профиля составляет всего 13 см, что свидетельствует о низкой скорости его развития, обусловленной высокой плотностью материала отвалов.

Обе почвы характеризуются кислой реакцией среды по всему профилю. Верхние органогенные горизонты выделяются несколько большими показателями рН, что связано с накоплением в них обменных оснований. В погребенном гумусовом горизонте наблюдается подкисление, что, вероятно, связано как с диагенетической трансформацией органического вещества, так и с отсутствием притока биогенных оснований.

В фоновой и молодой почвах наиболее резко выделяются гумусово-аккумулятивные горизонты. Псевдоглей характеризуется низким содержанием гумуса и постепенным снижением его количества по профилю, что свидетельствует о подвижности органического вещества. В молодой почве содержание гумуса ниже и распределение его более контрастное. В погребенном горизонте А содержание гумуса заметно понижается и даже становится ниже, чем в молодой почве. Состав гумуса в фоновой почве значительно более фульватный, чем в молодой (см. табл. 2).

По гранулометрическому составу обе почвы глинистые, причем более тяжелой является фоновая почва, в которой содержание фракции физической глины с глубиной постепенно возрастает. Распределение ила по профилю исследуемых почв аналогичное: отмечается слабое накопление его в срединных горизонтах. Гранулометрический состав почвы окопа менее однородный, по сравнению с фоновой, в ней отмечается примесь скелетной фракции и большее содержание песка, что свидетельствует о присутствии моренного материала. Особенно резко выделяется погребенный гумусовый горизонт, гранулометрический состав которого среднесуглинистый.

Профиль исходной почвы заметно дифференцирован по содержанию железа. В целом отмечается его элювиальное распределение с незначительным накоплением в иллювиальном горизонте, что хорошо согласуется с распределением илистых частиц в профиле. В молодой почве дифференциация железа выражена слабее.

В формировании профиля молодой почвы принимают участие следующие процессы: гумусообразование и гумусонакопление, выветривание и лессиваж. Скорость формирования горизонта А значительно ниже, чем в рендзине и составляет всего 0,5 мм в год, а скорость накопления гумуса — 0,05% в год (как в рендзине). Основными ограничителями развития биогенных процессов почвообразования являются высокая плотность породы, низкое содержание в ней оснований, меньшее поступление органического вещества в почву и менее благоприятные условия его гумификации.

Таким образом, молодая почва развивается по типу псевдоглеевой, но скорость развития профиля низкая и составляет в среднем всего 2 мм в год. Дальнейшая эволюция молодых почв на глинах, вероятно, будет направлена в сторону развития более дифференцированного профиля с полным набором горизонтов псевдоглея.

Фоновой почвой третьего участка является альфегумусовый подзол с резко дифференцированным строением профиля: О — Аао — Ае — Е — ВБ — С. За 60 лет на песчаных отвалах сформировался аналогичный профиль, но меньшей мощности и без торфянистого горизонта. Сразу под подстилкой развивается гумусовый оподзоленный горизонт, а ниже расположен иллювиально-железистый. Погребенный профиль включает четко выраженные гумусовый и подзолистый горизонты.

Свойства формирующейся почвы аналогичны свойствам фоновой почвы (см. табл. 2). Обе они кислые. Распределение гумуса по профилю резко дифференцировано. В фоновой почве распределение гумуса аккумулятивно-элювиально-иллювиальное. В молодой почве — элювиально-иллювиальное. По составу и соотношению основных фракций и типу гумуса органическое вещество молодой почвы имеет много общего с фоновой. По гранулометрическому составу почвы супесчаные. Преобладают фракции песка, распределение которых свидетельствует о слабой сортировке и слоистости отложений. Распределение ила по профилю согласуется с распределением железа и носит аккумулятивно-элювиально-иллювиальный характер, что в молодой почве выражено менее отчетливо.

Итак, за 60 лет на песчаных отвалах сформировался наиболее дифференцированный профиль с основными горизонтами подзолистой альфегумусовой почвы. Отсутствует лишь грубогумусированный горизонт, что объясняется лучшими условиями дренажа на отвалах. Скорость формирования профиля очень высокая, в среднем 5 мм в год. Это связано с рыхлым сложением исходного субстрата, бедностью его коллоидным материалом и основаниями. Формирование профиля молодой почвы происходит в основном под влиянием подзолистого альфегумусового процесса, вызывающего растворение пленок на песчаных частицах и кислотный гидролиз минералов в верхней толще, вынос продуктов выветривания и неусредненных органических кислот в нижележащую толщу с формированием иллювиального гумусо-железистого горизонта и слабым накоплением в нем ила. Процессы гумусообразования и гумусо-накопления проявляются очень слабо ввиду неблагоприятных условий для их развития.

Результаты исследования полигенетического профиля подзола отражены в табл. 3. Приведенные данные свидетельствуют о достаточно быстрой дифференциации профилей подзолов, об увеличении актуальной и потенциальной кислотности почв с возрастом, а также о развитии системы гумусовых веществ по фульватному или фульватно-гуматному типу. Результаты химического анализа почв подтвердили обоснованность морфологической диагностики горизонтов полигенетического профиля.

Таблица. 3. химические параметры полигенетического профиля

Горизонт Глубина Сор„ г/кг рНвод Нг, мг-экв/100 г Сгк/Сфк

70-летний подзол на песчаном отвале окопа

О 0-5 355,3 5,6 19,2 -

Е 5-7 2,5 4,7 2,3 0,38

ВБ 7-10 4,0 4,9 2,0 0,25

С 10-25 1,5 4,9 1,5 -

Подзол на озерных трансгрессионных супесях

[О,] 25-28 453,5 4,1 - -

[О2] 28-31 475,0 4,1 26,7 -

[Оз] 31-35 489,5 4,2 20,0 -

[Е] 35-41 2,2 4,5 4,5 0,41

[ВБ] 41-57 9,8 4,7 6,7 0,65

[ВС] 57-69 4,5 4,8 3,0 -

[С] 69-98 2,0 4,9 2,2 -

Подзол оглеенный на водно-ледниковых песках, погребенный трансгрессионными супесями

[Н] 98-100 256,0 4,7 32,1 -

[Е] 100-111 3,5 4,2 4,7 0,27

№] 111-132 4,1 4,5 7,4 0,35

1ВСв] 132-145 3,8 4,6 3,4 0,37

[Св] 145| 1,2 4,9 1,2 -

Приведенные сведения о химических параметрах почв, формирующихся на легких породах окопов, свидетельствуют о сравнительно высокой скорости развития альфегу-мусового процесса.

заключение

Таким образом, в сходных биоклиматических условиях на различных породах формируются молодые почвы, имеющие строение и свойства аналогичные фоновым почвам. В южно-таежной подзоне онтогенез почв за относительно небольшие промежутки времени осуществляется по зональному типу почвообразования. На самых разнообразных почвообразующих породах отвалов формируются эмбриональные почвы, соответствующие по тренду развития зрелым зональным почвам на тех же породах. Эволюционная дивергенция почв на начальных стадиях их развития обусловлена в основном литологическим фактором почвообразования.

Работа выполнена при поддержке РФФИ и Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы, госконтракт № 16.512.11.2161».

Литература

1. Пономаренко С. В., Таргульян В. О., Шоба С. А. Начальные этапы формирования почв в лесной зоне на суглинистых отложениях // Микроморфология антропогенного изменения почв. М.: Наука, 1982. 215 с.

2. Трофимов С. С., Таранов С. А. Особенности почвообразования в техногенных экосистемах // Почвоведение, 1987. № 11. С. 95-99.

3. Бурыкин А. М., Засорина Э. В. Некоторые закономерности гумусонакопления и гумусооб-разования в молодых почвах техногенных экосистем // Тез. докл. VIII Всесоюз. съезда почвоведов. Новосибирск, 1989. Т. 1. С. 184-185.

4. Другов А. Н., Крапцов А. П., Келеберда Т. Н. Почвообразование на ранних стадиях онтогенеза биогеоценозов техногенных ландшафтов Донбасса // Тез. докл. VIII Всесоюз. съезда почвоведов. Новосибирск, 1989. Т. 1. С. 180-184.

5. Андроханов В. А., Овсянникова С. В., Курачев В. М. Техноземы, свойства, режимы, функционирование / Под ред. И. М. Гаджиева. Новосибирск: Наука, 2000. 200 с.

6. Абакумов Е. В., Гагарина Э. И. Почвообразование в посттехногенных экосистемах карьеров на северо-западе Русской равнины. СПб.: СПбГУ, 2006. 206 с.

7. Голеусов П. В., Лисецкий Ф. Н. Воспроизводство почв в антропогенных ландшафтах лесостепи. Белгород: Изд-во БГУ, 2005. 230 с.

8. Келеберда Т. Н., Другов А. Н. О систематике и классификации почв, образованных в процессе техногенеза // Почвоведение. 1983. № 11. С. 17-21.

9. Дюшафур Ф. Основы почвоведения. Эволюция почв. М.: Изд-во «Прогресс», 1970. 591 с.

Статья поступила в редакцию 14 октября 2010 г.