Влияние распределения влаги на дифференциацию профиля криометаморфических почв
THE EFFECT OF MOISTURE DISTRIBUTION ON THE DIFFERENTIATION OF THE CRYOMETAMORPHIC SOILS PROFILE
Коркина Е. А
Крюкова Ю. А.
Сафин А. Р.
Аннотация
Изучены суглинистые почвы криометаморфического отдела (Классификация и диагностика почв России) или Gray Brown Luvisolic Soils (WRB). Почвы сформированы на возвышенных формах рельефа, в условиях хорошего дренажа, однако в профиле практически не выделяются подзолистые горизонты. Ранее исследовали предполагали, что слабая дифференциация почвенного профиля связана с низкими температурами. Эти наблюдения объясняются длительным и глубоким промерзанием криометаморфических почв. С помощью геодезической съемки рельефа, систем автоматического мониторинга за температурами, влажностью почв, а также методов изучения гидрологического режима почв, было выявлено, что в почвы криометаморфического отдела обладают неудовлетворительной водопроницаемостью и слабой дифференциацией почвенного профиля. Талые воды скатываются вниз по склону, образуя в ложбинах застойный гидрологический режим, способствуя торфонакоплению. Внутрипочвенные (латеральные) движения воды по склону выносят оксиды железа, тонкодисперсный материал и формируют подзолистый горизонт. Мерзлотные процессы в криометаморфических горизонтах в результате подтягивания гигроскопической влаги и тонких минеральных кварцевых зерен образуют скелетаны на поверхностях педов. Влага в почве является важным веществом для создания почвенных растворов и передвижения питательных веществ к корням растений, для перемещения тонкодисперсных минеральных частиц и образования особых физических свойств, формирующих элементарные процессы почвообразования. Мониторинг влаги в почве важен для описания регулирующих функций произрастания ценных хвойных пород, таких как Pinus sibirica и Picea obovata.
Ключевые слова: содержание воды в почве, лювисоли, криосоль.
Abstract
In this research investigation is loamy soils. Cryometamorphic division is diagnosed according to the Classification and Diagnostics of Soils of Russia or Luvisolic Souls according to WRB. These soils are formed on uplands, uvals, in conditions of good drainage. However, the eluvial process is difficult and there is practically no podzolic horizon in the soil profile. Earlier research attributed the weak differentiation of the soil profile to low temperatures and prolonged soil freezing. With the help of trigonometric levelling of the relief surface, automatic monitoring system for temperatures, soil humidity, as well as methods that study the hydrological regime of soils, it was revealed that the soils of the cryometamorphic department have unsatisfactory water permeability of soil. Meltwater rolls down the slope, forming a stagnant hydrological regime in the runnels, contributing to peat accumulation. A differentiated profile forms on the slopes. Lateral water movements along the slope carry iron oxides, fine material and form an eluvial horizon. The lower cryometamorphic horizons do not currently freeze, but their formation has been influenced by permafrost processes in the past. As a result of pulling hygroscopic moisture and thin mineral quartz grains to the freezing front, skeletans were formed on the surfaces of pedas. Coatings are formed on the surface of the units at a depth of 1 m. Moisture in the soil is an important factor for the formation of soils with a differentiated profile and an undifferentiated profile. Soil moisture monitoring is important to describe the regulatory growing functions of valuable conifers such as Pinus sibirica and Picea obovate.
Keywords: soil water content, Luvisols, Cryosols.
Введение
Одним из факторов формирования почв таежной зоны Западно-Сибирской равнины являются гидротермические режимы, которые менялись в голоцен-плейстоценовое время, о чем свидетельствуют стратиграфические разрезы и исследования генезиса и эволюции почвенного покрова Западно-Сибирской равнины. Выровненный рельеф, увеличение гумидности и температур привело к активизации болотообразовательных процессов, на месте водоемов, возникавших в эпоху трансгрессии моря [1].
В бореальный и атлантический периоды времени (с возрастом торфа 8900±90 -- 9900±100 в работах [2-5]) активизировались процессы торфообразования за счет деградации мерзлых пород [6]. По экспедиционным исследованиям в 1923 г. Б. Н. Городкова и С. С. Неуструева [7] таежная зона Западно-Сибирской равнины описана как «равнина со слабыми повышениями неправильной формы, нивелируемыми болотами, где господствуют глубокие сфагновые торфяники, на которых отдельными островами по более дренированным местам встречаются хвойные леса урманного типа. Ослабленность подзолообразования связано с низкими температурами почв». Исследуемые суглинистые среднетаежные почвы описывались как кислые недифференцированные элювиально-глеевые и глееватые [8], как слабоподзолистые суглинистые автоморфные почвы [9].
Элювиально-иллювиальные процессы в почве происходят в результате движения воды в условиях хорошего дренажа. Формирование промывного режима характерно для автономных позиций, здесь вода создает условия в почве, позволяя почвенному профилю развиваться по подзолистому типу. В работах отечественных ученых рассматриваются несколько концепций дифференциаций почвенного профиля. Поверхностный гидроморфизм является частью процесса внутрипочвенного выветривания и образованию оподзоленного профиля [10]. Возвышенности, сложенные суглинистыми породами, обладают слабой дифференциацией почвенного профиля. В настоящем исследовании описаны результаты гидрологического режима в почвах криометаморфического отдела и влияние распределения влаги на дифференциацию почвенного профиля.
Материал и методы исследования
Объектом исследования движения и распределения влаги в почвах стали суглинистые почвы Аганского увала, относящиеся к отделу криометаморфических почв [11] по классификации и диагностики почв России (2004) [12], по Международной классификации почв WRB (2020) [13] почвы можно отнести к Luvisol.
Исследуемый участок почвенного покрова водораздельной поверхности располагается в юго-западной части Аганской возвышенности, на 80 м абсолютной высоты БС и представляет собой одну из вершин гребневой части увала, тянущегося с северо-востока на юго-запад. Аганский увал представляет собой холмисто-увалистый расчлененный водораздел рек Аган-- Вах. Водораздел, занимая автоморфные позиции, сложенный с поверхности пылеватыми суглинками создает недостаточные условия промывного режима. Абсолютные высоты возвышенности от 65 м в южной части увала и до 130 м в северной части увала.
Среднестатистические данные влажности обрабатывались в MS Excel. Данные снимались системой автоматического мониторинга “САМ-НМ2”, фиксирующая атмосферное давление, температуру и влажность воздуха, скорость и направление ветра, количество жидких осадков, солнечную радиацию, температуру и влажность грунта, высоту снежного покрова. Влажность почв изучалась термостатно-весовым методом: образцы из почвенных шурфов отбирались по генетическому принципу, высушиваются при температуре 105°С до постоянносухого состояния, после чего определяется объемная масса воды и сухого вещества почвы. Нужно отметить, что влажность определяемая “САМ-НМ2” дает точные значения для минеральных горизонтов, для органических горизонтов, значения относительные не выше 100%, хотя известно, что гидрофильные растения способны впитывать в себя воду до 800%.
Для изучения движения и распределения влаги в криометаморфических почвах и степени выраженности элювиального горизонта в зависимости от положения в рельефе выбран полигон площадью 2,2 га, включающий водораздел, заболоченную пойму и склон между ними (Рисунок 1). На выбранном полигоне заложены площадки для метода малых заливных площадей (метод рам) и описано девять разрезов.
Учет водопроницаемости производился методом рам [14]. Рамы, имели форму квадрата. Внешняя рама размером 50x50 см, внутренняя рама 25x25 см. Рамы врезались в почву, в них заливалась вода. учет производили по интенсивности впитывания ее в почву при постоянном или переменном напоре за определенные интервалы времени. Подача воды и поддержание определенного уровня ее осуществляют вручную (мерным сосудом). В каждой раме было установлены водомерные линейки, для учета впитываемой воды. Температура воды измерялась температурным щупом «САМ-Щуп» (изготовитель ИП С. А. Кураков [15]).
На мезорельефном уровне изучения дифференциации почвенного профиля и распределения влаги по склону Аганского увала был использован метод нивелирования с помощью нивелира и приемника Leica Viva GS10 с контроллером Leica CS15.
гидрологический почва криометаморфический
Результаты и обсуждение
Исследуемая территория - поверхность склона юго-западной части Аганского увала имеет видимый уклон к ручью. Растительный покров склона сформирован елово-кедровой зеленомошной ассоциацией с примесью пихты. В напочвенном покрове преобладают гипновые мхи. Широко представлены гипоарктические кустарники: багульник, голубика, брусника, черника. Геоботаническими особенностями произрастания растительного покрова являются почвенные условия: Pinus sibirica и Picea obovata достаточно холодостойкие и морозостойкие виды, теневыносливые и влаголюбивые. Урманная растительность леса меняется на участке, где сформированы торфяные эутрофные почвы, сложенные торфом из Sphagnum squarrosum и Equisetum palustre. Исследуемый склон имеет угол наклона поверхности 3° (Рисунок 1). Превышение верхней части склона над ручьем составляет 17 м.
Рисунок 1. Схема склона Аганского увала от вершины к ручью
Проявление дифференциации почвенного профиля фиксировали в разрезах с помощью GPS и соотносили с нивелирной съемкой склона. Было выявлено, что подзолистый горизонт светлозема иллювиально-железистого формируется благодаря плоскостному внутрипочвенному смыву в трансэлювиальном положении склона, верхние позиции в рельефе не способны дифференцировать профиль почвы. Морфологическое описание почв изучаемого склона представлены на Рисунке 1.
Изученные разрезы показывают дифференциацию по элювиально-иллювиальному типу почвообразования, выделением подзолистого горизонта для светлозема иллювиальножелезистого на Рисунке 2 (фото b). Отсутствие горизонта E для органо-криометаморфической почв показано на Рисунке 2 (фото а). Криометаморфический гоизонт CRM для этих почв резкие угловатые грани агрегатов, угловато-крупитчатая структура, уплотненный, тонкопористый, на стенках агрегатов заметны формирующиеся скелетаны, присыпки очень мелких кварцевых зерен на поверхности педов.
Рисунок 2. Усредненное морфологическое описание для почв криометаомрфичекого отдела: а) ограно-криометаморфическая почва; b) светлозем иллювиально-железистый
CRM 50-94. Свежий, бежевый 5Y 5/2, легкий суглинок, хорошо оструктуренный, горизонтальная делимость, резкие угловатые грани агрегатов, угловато-крупитчатая структура, уплотненный, тонкопористый, на стенках агрегатов заметны формирующиеся скелетаны, присыпки очень мелких кварцевых зерен на поверхности педов, с 80 см структура выражена четче, с более резкими гранями агрегатов
AO 0-5(8). Влажный, темно-коричневый, 10YR 3/1, сложен накопившимися гипновыми мхами, средняя степень разложенности, вниз степень разложения увеличивается, включения корней древесной и кустарничковой растительности 40%, хвои, скорлупы кедровых орехов, граница ровная или волнистая по склону, переход резкий по окраске и составу E для светлозема 5(8)-10(12). Свежий, светло-серый, 2,5YR 6/2, средний суглинок, мелко-комковатая структура, пластичный, включения мелких корней, рыхлый, граница волнистая, переход заметный по окраске
BF 5(8)-26. Свежий, желтовато-бежевый, 5YR 4/6, тяжелый суглинок, мелкокомковатая структура, рыхлый, обилие корней средней степени разложенности, пористый, мелкие и средние корни 10%, граница ровная, переход заметный по окраске
BCRM 26-30 (50). Свежий, бежевый 10YR 5/4, средний суглинок, комковато-мелкокрупитчатая структура, тонкопористый, единичные корни, ходы червей, граница ровная, переход заметный по плотности и структуре
[BT] 94-... Холодный, охристокоричневый, суглинок, структура
крупноореховатая, оскольчатая, агрегаты в форме скорлупы, границы и сколы педов имеют железисто-марганцевые и илистые кутаны, в большом количестве железисто- марганцевых оруденелых конкреций 1,5-2 см
Годовое распределение влаги в органо-криометаморфической почве подчиняется законам сезонного промерзания: в осенне-зимний период среднемесячная влажность органического горизонта составляет от 40% до 45%, серединного горизонта BF составляет от 18% до 21%, криометаморфического горизонта CRM составляет 8%.
Ситуация изменяется в весенний период в апреле-мае. Влажность криометаморфического горизонта приближена к влажности грубогумусового горизонта 40%, иллювиально-железистый горизонт имеет влажность 36%.
Рисунок 3. График среднемесячных значений годового распределения влаги в органо - криометаморфической почве Аганского увала
Максимальной влажности во всем профиле и водопроницаемости в мае способствуют талые воды от снега, жидкие осадки в весенне-летний период, оттаявшая сезонная мерзлота, плотность и гранулометрический состав минеральной части почв. Распределение запасов воды в снежном покрове, в третьей декада марта -- первой декаде апреля за период составляет 128 мм [16].
Испарения достигают максимума в начальный период таяния. Суммарное испарение в равнинных районах не превышает 26-30 мм [17].
Таким образом, в почву просачивается около 100 мм талых вод. Количество осадков за 2021 г выпало 280 мм в год, из них 83,4 мм -- в весенне-летний период. Распределение количества влаги по склону неравномерно. На высоких, автономных позициях вода не впитывается она растекается по склону, перемещаясь в основном в верхнем органическом горизонте. Грубогумусовый горизонт светлозема задерживают воду около 500%, в тоже время грубогумусовый горизонт органо-криометаморфической почвы имеет влажность около 180%. Движение воды заметно в горизонтах под органическими горизонтами: в светлоземе влажность выше на 10%, чем в органо-криометаморфической почве (Рисунок 4).
Рисунок 4. Диаграмма процентного криометаморфического отдела
соотношения важности в горизонтах почв
Влажность становится равномерной в серединных горизонтах BF и CRM. Смена положения склона на мезорельефном уровне ниже на 33 м, приводит к формированию торфяных эутрофных почв в ложбине стока, сложенных хорошо разложившимся торфом; здесь торф задерживает влагу около 740% (Рисунок 1), благодаря водоудерживающей способности торфа.