УДК 631.416.2
Формы минеральных фосфатов
[1], можно констатировать, что исследуемые подзолистые типичные, подзоли- стые альфегумусовые и дерново-карбонатные почвы характеризуются в основ- ном как очень низко обеспеченные, а перегнойно-карбонатные и палево-бурые почвы – как низко обеспеченные подвижными фосфатами.
Т а б л и ц а 1 Содержание подвижных фосфатов в почвах Южной Якутии, мг Р2О5/100 г почвы
Тип почвы Горизонт n lim х± S х V, %
Подзолистые
альфегумусовые А2
Вfe 6
6 1,5–4,0
3,0–6,0 2,6 ± 0,4
4,7 ± 0,4 38 23 Подзолистые
типичные
А2 В
8 8
1,2–4,5 1,5–7,7
2,5 ± 0,6 3,2 ± 0,8
68 69 Палево-бурые А1(А1А2)
В
16 16
1,3–11,0 1,4–19,0
5,2 ± 0,9 6,7 ± 1,2
69 70 Дерново-карбонатные А1(А1А2)
В
10 10
1,7–7,8 1,7–5,1
3,6 ± 0,6 2,6 ± 0,4
55 50 Перегнойно-
карбонатные A1
B 10
10 0,8–15,3
0,9–11,5 6,4 ± 1,6
4,6 ± 1,2 80 87 Примечание. n – объем выборки; lim – пределы изменения содержаний; х ± S х – среднее и его ошибка; V – коэффициент вариации.
Согласно нашим расчетам среднее содержание подвижных форм Р в под- золистых почвах составляет 0,8–0,9%, дерново-карбонатных – 0,8–1,1%, палево- бурых – 0,9–1,3%, перегнойно-карбонатных – 1,1–1,8% и в целом не превышает 1–2% от общего количества данного элемента в почвах Южной Якутии. Поэтому не случайно отмечается, что особенностью фосфатного состояния мерзлотных почв Забайкалья является низкая степень подвижности их природных соедине- ний и низкое содержание легкодоступных растениям фосфатов [2].
Последнее положение также полностью подтверждается при анализе содер- жания и распределения форм минеральных фосфатов в почвах Южной Якутии. Так содержание рыхлосвязанных фосфатов, которые растворимы в воде и представляют легкодоступный резерв для растений, изменяется в изучаемых почвах от 0,5 до 9,2 мг Р2О5/100 г почвы. При этом абсолютное содержание фосфатов данной фрак- ции составляет всего 0,1–5,2% или менее 5% от их валового содержания. Основная часть минеральных фосфатов в исследованных почвах представлена фосфатами алюминия (Al-P) и фосфатами железа (Fe-P), то есть фосфатами 2 и 3 фракции (табл. 2). Содержание Al-P в данных почвах изменяется в широких пределах от 1,6 до 34,3 мг Р2О5/100 г почвы, их абсолютное количество увеличивается в гор. А2 под- золистой альфегумусовой и в гор. В палево-бурой почвы, составляя 19,7–20,2% или около 20% от их валового содержания. При этом максимальное количество Al-P от их общего содержания (37,8%) обнаружено в оглеенном гор. ВСg перегнойно- карбонатной глееватой почвы. Fe-P, которые в меньшей степени доступны для рас- тений, чем Al-P, составляют большую часть всех минеральных фосфатов исследо- ванных типов почв. Содержание Fe-P в данных почвах варьирует также в очень ши- роких пределах от 0,4 до 147,0 мг Р2О5/100 г и составляет минимально 0,5–5,9%, а максимально – 56,7–69,2% от их валового содержания.
Т а б л и ц а 2 Формы минеральных фосфатов в различных типах почв Южной Якутии,
мг Р2О5/100г почвы
Глубина,
см Горизонт
Формы минеральных фосфатов Валовой Рыхло- Р
связанные Al-P Fe-P Ca-P Оккл.
Al-P Оккл.
Al(Fe)-P
Подзолистая альфегумусувая, разр. 4БГ-03 4–10
10–18 20–30
А0А1 А2 Вfe
9,2*
1,7 1,7 2,8 0,6 0,3
21,6 3,9 12,1 20,2 7,0 3,0
62,5 11,4 12,8 21,3 13,6 5,9
0,6 0,1 0,9 1,5 6,6 2,9
0,9 0,2 0,3 0,5 1,0 0,4
1,3 0,2 1,8 3,0 3,3 1,4
550 100 60 100 230 100 Палево-бурая типичная, разр. 5БГ-03
15–25 30–37 40–50
А1 В ВС
1,5 0,5 1,6 1,2 1,6 1,3
34,3 11,4 25,6 19,7 16,8 14,0
44,8 14,9 44,4 34,2 25,8 21,5
0,6 0,2 4,3 3,3 10,4
8,7
19,0 6,3 4,0 3,1 2,7 2,3
4,3 1,4 0,6 0,5 0,2 0,2
300 100 130 100 120 100 Дерново-карбонатная типичная, разр. 3Т-08
2–6 10–20 40–50
А1 В ВССа
5,7 5,2 1,4 1,5 0,8 1,0
12,5 11,4 4,8 5,3 1,6 2,0
59,5 54,1 51,0 56,7 0,4 0,5
1,6 1,4 1,4 1,5 13,6 17,0
1,0 0,9 1,3 1,4 Сл -
1,8 1,6 4,3 4,8 1,1 1,4
110 100 90 100
80 100 Перегнойно-карбонатная глееватая, разр. 8А
0–7 7–10 40–50
Ah AB BCg
5,3 1,8 2,0 1,0 0,5 0,1
10,5 3,5 26,6 13,3 13,6 37,8
147,0 49,0 138,5
69,2 72,5 20,1
4,6 1,5 5,8 2,9 6,5 1,8
0,2 0,1 3,6 1,8 3,0 0,8
123,5 41,2
1,2 0,6 1,8 0,5
300 100 200 100 360 100 Примечание. Над чертой – мг Р2О5/100 г почвы; под чертой – в % от валового содержания;
Сл – следовое количество.
Количество Fe-P, также как и Al-P, относительно увеличивается в гор. А2 подзолистой альфегумусовой и в гор. В палево-бурой почвы, составляя 21,3- 34,2% от их валового содержания, но максимальное количество данной фракции обнаружено в гор. АВ и В дерново- и перегнойно-карбонатной почв, где оно со- ответственно достигало 60–70% от их валового содержания. При этом в относи- тельном исчислении Fe-P максимально составляют 77,9–79,4% или около 80% от суммы всех форм минеральных фосфатов в данных почвах. Уменьшение содер- жания рыхлосвязанных фосфатов, наряду с увеличением количества Al-P и Fe-P в почвах Южной Якутии является вполне закономерным явлением, так как со- гласно известным положениям химии почв, в слабокислых и кислых почвах фос- фаты связываются или осаждаются гидроксидами или ионами Fe и Al и при этом
доля усвояемых фосфатов понижается [3]. Общее количество фосфатов каль- ция, так же как и рыхлосвязанных, в исследованных почвах в целом незначи- тельно и изменяется от 0,6 до 10,4 мг Р2О5/100 г почвы, составляя 0,1–8,7%, а в большей степени меньше 5% от их валового содержания. Максимальное коли- чество Са-Р отмечается в гор. ВССа дерново-карбонатной почвы, и при этом оно составляет почти 80% от суммы всех фракций минеральных фосфатов, тогда как в других почвах максимальное относительное содержание Са-Р составляет 18,1–20,6% или около 20%. Окклюдированные Al-P и Al(Fe)-P 5 и 6 фракции минеральных почвенных фосфатов обычно представляют прочнозакрепленные полуторными оксидами Fe и Al соединения недоступные для растений. Сум- марное содержание данных фосфатов в изучаемых почвах изменяется, как пра- вило, незначительно от 2,1 до 23,3 мг Р2О5/100 г почвы, что составляет 3,5–
7,7% и в основном менее 5% от их валового содержания. Лишь только в гор.
Аh перегнойно-карбонатной почвы отмечалось значительное количество ок- клюдированных Al(Fe)-P, которое составляло 123,5 мг Р2О5/100 г почвы или около 40% от их валового содержания.
Литература
1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
2. Пигарева Н.Н. Особенности фосфатного фонда почв криолитозоны Забайкалья // Агро- химия. 2010. № 6. С. 3–12.
3. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М.: Высшая школа, 2005.
558 с.
Forms of mineral phosphates in the permafrost soils of Southern Yakutia O.G. Zakharova, A.P. Chevychelov
Were first forms mineral and mobile phosphates in five types of permafrost soils in Southern Yakutia, determined by Chang-Jackson and Ginsburg-Artamonova methods respectively. It was found that in these soils are also characterized by the very low and low content of mobile phosphates, and the total content of loosely linked phosphates and calcium phosphates is generally low. At the same time, in mineral phosphate composition of soils of Southern Yakutia prevail aluminum phos- phates and iron phosphates that are hardly available for plants.
УДК 631.445.12
Торфяные почвы, генезис и подходы к их изучению Л.И. Инишева
1, К.И. Кобак
2, Л. Шайдак
3, Н.В. Юдина
41 Томский государственный педагогический университет, г. Томск, inisheva@mail.ru
2 Государственный гидрологический институт, г. Санкт-Петербург, kobakkira@yandex.ru
3 Институт сельского хозяйства и лесных исследований Польской академии наук, szajlech@man.poznan.pl
4 Институт химии нефти СО РАН, г. Томск, natal@ipc.tsc.ru
На протяжении многих десятилетий велась дискуссия о процессе торфообразова- ния и что такое торфяная почва. Прошло много времени, появились новые данные, из- менились ранее, казалось бы, устоявшимися точки зрения. Предлагается вернуться к этим вопросам, может быть, с несколько других позиций.
Ключевые слова: торфяной профиль, процесс торфообразования, атмоземное почвообразование, торфообразователи, ботанический состав.
Торфяные почвы на 50–95% состоят из органических веществ и чрезвы- чайно переувлажнены. Это и определяет их полифункциональность. Ботаники и геоботаники изучают в них индивидуальность болотной растительности, а по стратиграфии торфяной залежи – климатические характеристики периода торфо- накопления и определяют их как болота; геологи разведывают запасы и границы промышленных залежей и называют торфяные болота торфяными месторожде- ниями; гидрологи, исследуя гидрологический режим болот, определяют его как водный объект; лесники изучают болото с позиций улучшения бонитета древо- стоя и называют их лесными болотами, а почвоведы – с позиций получения сель- скохозяйственных угодий с хорошим уровнем плодородия и называют их торфя- ными почвами. В каждой специальности свои цели и свои методы изучения.
А объект – один. Важно обратить особое внимание на эти почвы, так как каждый пятый гектар земельного фонда России принадлежит им.
Целью данной статьи ставится рассмотрение генезиса торфяных почв и не- которых методов их изучения. Но, прежде всего, заметим, что к торфяной почве мы относим полный их профиль до минеральной породы. Такое понятие много раньше высказывали В.Р. Вильямс, Д.Г. Виленский, С.П. Кравков, К.Д. Глинка.
Еще в 1886 г. В.В. Докучаев в классификации почв выделил класс типичных бо- лотных почв с полным их профилем до минеральной породы [1]. Такой же точки зрения придерживался Д.А. Герасимов [2] и в последующем В.Н. Ефимов [3], В.К. Бахнов [4] и др. Мы также согласны с выше перечисленными авторами, и доказательства изложены в статье [5]. Здесь же перечислим основные положения по этому вопросу:
1. Древняя почва, подвергшаяся заболачиванию, выполняет роль почвооб- разующей породы по отношению к формирующемуся на ней торфяному профи- лю, и в дальнейшем между ними сохраняется генетическая связь.
2. Известно, что почвообразовательный процесс характеризуется также пе- ремещением веществ в профиле почв. В болотных почвах происходит внутрибо-
лотный переток гравитационных вод вследствие неоднородности рельефа, и об- разуются автономные, транзитные и трансаккумулятивные геохимические мик- роландшафты [6]. Однако миграция воды происходит не только сверху вниз, но и снизу-вверх из-за особенностей торфообразовательного процесса.
3. Торфяная почва – субаквальная, инситная система со знаком минус (направлена вверх). Минеральная древняя почва служит почвообразующей поро- дой для нарастающего вверх профиля торфяных почв с образовавшейся уже зо- ной функционирования (зона, охваченная потоками вещества и энергии). Поэто- му верхний горизонт торфяных почв соответствует современным условиям, ниж- ний – предшествующим стадиям развития. В соответствии с этим в понятие тор- фяная почва включается вся торфяная залежь и верхние горизонты древней ми- неральной почвы. Вместе это субстантивно-функциональная система, представ- ляющая собой генетически единый почвенный профиль с фиксированной в нем историей их развития.
Свойства торфяной почвы задаются, прежде всего, ботаническим составом торфов, слагающих ее профиль. Все слои профиля торфяных почв, в определен- ное время прошедшие стадию болотного почвообразования, содержат микроор- ганизмы и питательные вещества и обладают потенциальным плодородием.
Традиционно считается, что в нижележащем слое отмечаются облигатно восстановительные условия. Но так ли это? Несмотря на постоянное затопление, в торфяном профиле всегда присутствует свободный кислород, который посту- пает, в том числе, и в результате происходящих в глубине профиля биохимиче- ских процессов. Известно, например, что содержание кислорода в торфяных поч- вах изменяется от 65–80 до 100–150 г/м3, или 5–11% по объему [7]. Проведенные нами исследования ОВП и энзимологической активности в торфяных почвах до подстилающих пород [8] показали, что в их профиле формируются микромоза- ичные анаэробно-аэробные условия, свидетельствующие о наличии в глубоких слоях торфяного профиля кислорода. Активность биохимических и микробиоло- гических процессов подтверждает формирование под сплошным поверхностным слоем влаги зон, содержащих кислород. Данная ситуация объясняется тем, что в процессе формирования торфяного профиля, в нижележащих слоях в процессе трансформации и полимеризации продуктов распада растений образуются труд- но проницаемые для молекул воды микроструктуры, в которых при участии био- химических процессов формируются мозаичные окислительные условия.
Кратко рассмотрим вопрос о появлении болот и их эволюции. Формы поч- вообразования – естественно-исторические категории, эволюция которых пред- ставляется как единый генетически связанный процесс последовательного появ- ления на Земле гидроземного, атмоземного и литоземного почвообразования [9].
Болотное почвообразование в истории биосферы выполнило своего рода роль переходного моста, по которому растения вышли из воды на сушу. Болото как раз и представляет ту благоприятную среду, которую можно рассматривать и как водоем, где вода связана с органическим веществом, и как сушу, содержащую 80–90% воды и 20–10% сухого вещества. При таком двуединстве болота эколо- гический контраст между водной средой и сушей в болоте являлся наименьшим.
Это делало болота благоприятным субстратом в период адаптации растений к
воздушной среде, а затем и к литосферной оболочке суши. Таким образом, выхо- ду растений из океана на сушу способствовали болота. Каждая вновь возникшая форма почвообразования не исчезала, а появлялась в лоне предыдущей и про- должала развиваться. К самым древним относятся подводные почвы (3 млрд лет), далее следуют болотные (400 млн лет) и литоземные почвы (60–70 млн лет). По- этому в настоящее время вместе с литоземными почвами, на Земном шаре распо- лагаются и подводные и болотные почвы. Важно отметить, что распространение последних в настоящее время прогрессирует.
Остановимся на некоторых особенностях методов изучения торфяных почв. В теории торфообразовательного процесса ведущее место должно отво- диться вопросам превращения растений-торфообразователей в торф, происхож- дению органической и минеральной частей в торфах и их трансформации, про- цессам накопления, превращения и передвижения веществ в торфяном профиле, раскрытию форм их миграции и аккумуляции. Под ботаническим составом торфа подразумевается совокупное сочетание всех ископаемых тканей, на основе кото- рого можно установить исходный фитоценоз и выяснить его генезис. Все выяв- ленные торфообразователи перечисляются в процентном отношении, по преоб- ладающему виду дается название. Например, в образце торфа содержится: сфаг- нума – 70%, пушицы – 20%, древесных остатков – 10%, название торфа – пуши- цево-сфагновый. Одновременно определяются степень разложения, зольность, так как эти показатели столь же важны, как и ботанический состав. Например, олиготрофный торф – торф, образовавшийся из растительности олиготрофного типа, примесь остатков растительности эвтрофного типа не превышает 5%; эв- трофный торф – торф, образовавшийся из растительности эвтрофного типа, при- месь остатков растительности олиготрофного типа не превышает 5%. И при этом четко известен видовой состав растений-торфообразователей каждого вида тор- фа. Характерные признаки видов торфа хорошо описаны и идентифицируются при определении ботанического состава, и этот процесс может быть компьюте- ризирован [10]. Подробно это описывая, мы подчеркиваем важность этого пока- зателя для работы с торфяными почвами, так как разный ботанический состав определяет их разный химический состав и, соответственно, все другие свойства.
Так, экспериментальное определение предполагает повторные измерения в пунк- те («точке») через определенные интервалы времени. И здесь возникают суще- ственные трудности в связи с невозможностью повторения отбора пробы в преж- ней «точке». Суть проводимой работы – чтобы отбор проводился в слоях, иден- тичных по ботаническому составу. Очень важно, когда имеешь дело с торфяны- ми почвами, соблюдать «попадание» при отборе образцов именно в одинаковые по ботаническому составу слои торфяного профиля. В ином случае сравнивать свойства торфов, их биохимическую и микробиологическую активности как в торфяном профиле, так и по территории будет невозможно. Заметим, что торфя- ной профиль имеет разный стратиграфический профиль, ботанический состав которого к тому же формируется в зависимости и от рельефа территории.
По поводу рельефа территории. В последнее время большое внимание уде- ляется изучению процессов трансформации ОВ торфов и болотных растений, помещаемых в болотную почву в мешочках-капсулах. Сам по себе метод недо-
статочно точный. Но очень важно учитывать уровни болотных вод при развитом микрорельефе на территории болота. Это связано с типично болотными услови- ями – малых глубин уровней болотных вод, при которых небольшие различия в средних значениях существенны для экологии растений, их микробного сообще- ства, и, соответственно, процессов трансформации ОВ. В ином случае – резуль- таты и выводы будут неверными. Имеется специальная литература по методам изучения торфяных почв, некоторые источники приводим [11–14].
Литература
1. Докучаев В.В. Разбор главнейших почвенных классификаций // Избранные сочинения (1846–1903). М.: Изд-во с-х литературы, 1954. С. 209–217.
2. Герасимов Д.А. О принципах классификации, разведки и картирования торфяных место- рождений // Почвоведение. 1937. № 10. С. 643–646.
3. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. Л: Агропромиздат, 1986. 264 с.
4. Бахнов В.К. Биохимические аспекты болотообразовательного процесса. Новосибирск:
Наука, 1986. 193 с.
5. Inisheva, L.I. Peat soils: Genesis and classification // Eurasian Soil Science. 2006. № 39 (7).
P. 699–704.
6. Инишева Л.И., Юдина Н.В., Инишев Н.Г., Головченко А.В. Распределение органических веществ в системе геохимически сопряженных болотных ландшафтов // Геохимия. 2005. № 2.
С. 1–9.
7. Смагин А.В. Почвенно-гидрофизическое обеспечение исследований газовой функции западносибирских болот в связи с проблемой парникового эффекта // Экологический вестник Северного Кавказа. 2007. Т. 3, № 3. С. 46–48.
8. Инишева Л.И., Шайдак Л., Сергеева М.А. Динамика биохимических процессов и окис- лительно-восстановительных условий в геохимически сопряженных ландшафтах олиготроф- ных болот. Почвоведение. 2016. № 4. С. 505–513.
9. Бахнов В.К. Почвообразование (взгляд в прошлое и настоящее). Новосибирск: Наука, 2000. 114 с.
10. Справочник по торфу. М.: Недра, 1982. 760 с.
11. Базин Е.Т., Копенкин В.Д., Косов В.И. Технический анализ торфа. М.: Недра, 1992.
431 с.
12. Раковский В.Е., Пигулевская Л.В. Химия и генезис торфа. М.: Недра, 1978. 231 с.
13. Маслов Б.С. Гидрология торфяных болот. М.: Россельхозакадемия, 2009. 266 с.
14. Базин Е.Т., Косов В.И. Физика и химия торфа // Водно-физические и структурно- механические свойства торфа и торфяных залежей. Калинин, 1982. 104 с.
Peat soils, genesis and approaches to their study L.I. Inisheva, K.I. Kobak, L. Szajdak, N.V. Yudina
This paper considers three topical problems – the definition of peat soils as nat- ural-historical formations and the estimation of their profile thickness, the analysis of the genesis of organic soils. Based on the experimental data of long-term studies, it was concluded that peat soils may include the whole peat layer and the upper ho- rizons of the surface mineral soil. The organic and mineral parts of the natural structures were found to be a genetically homogeneous soil profile, which has the same history of development. The upper layer of the peat soils should be considered as the horizon reflecting the contemporary stage of the soil formation. Methods of research of peat soils are given.
УДК 631.47+48