147
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ СТРУКТУРЫ
148
Методы. Томографические исследование структуры сравниваемых типов почв проведены в Почвенном институте им. В.В.
Докучаева методом компьютерной микротомографии на томографе SkyScan 1172. Числовые показатели по результатам анализа томографических данных получены при помощи программы CTan, моделирование объемных структур выполнено в программах CTvox и CTvol (штатном программном обеспечении, поставляемом производителем томографов SkyScan). Томографический масштаб всех фото 500 пикселей или 5,45мм по грани изображения (1 пиксель = 1 срезу).
Микростроение почв изучалось с помощью микроскопа Olympus BX51 с камерой Olympus DP26.
Цель. Комплексное изучение структуры, особенностей порового пространства и элементов микростроения почв, сформированных на разных элементах микрорельефа под различной растительностью сухостепной зоны. Ранее подобные исследования не проводились.
Результаты. Во всех сравниваемых почвах большая часть объема порового пространства приходится на мелкие поры размерами до 44 мкм. В ряду изученных почв только в солонце присутствуют поры крупнее 300 мкм. Так в гор. SEL выявлены поры размером от 305 до 436 мкм и в гор. BSN1 (в верхней осолоделой части солонцового столбика) в незначительном количестве присутствуют поры от 305 до 327 мкм. Гор.
SEL заметно отличается от нижележащих горизонтов по тонкоплитчатой структуре. Плитчатые структурные отдельности плотные, однородные, разделены порами разного размера и формы, но имеющих строго горизонтальную ориентацию. Так же обнаружены отдельные газовые поры - везикулы. Отчасти такой структурой объясняется большой разброс пор по размерности в диапазоне от 11 до 0,5 мм. Пористость в гор. BSN1 увеличивается до 12,7 по сравнению с гор. SEL 6,7%. Можно отметить, что по своей структуре и поровому пространству гор. BSN1 (по морфологии это представляет верхнюю часть столбчатого агрегата с признаками осолодения – осветленные округленные головки) практически не похожа на выше расположенный тонкоплитчатый гор. SEL. Структура гор. BSN1 плотная. Пор в 3-4 раза меньше, но они в целом крупнее и поэтому занимают значительно больший объем. Преобладают межагрегатные поры и поры-каналы. Более светлое томографическое изображение в серых тонах при тех же настройках съемки (т.е. поглощение рентгена явно выше из-за большей плотности) указывает на большую плотность и отсутствие микропор (Табл. 1). В более глубоких горизонтах солонца поровое пространство меняется - пор-каналов становится меньше. На отдельных срезах заметны следы солевых аккумуляций в виде кутан на стенках пор. На объемных моделях становится видно огромное количество замкнутых мелких пор. При этом система пор-каналов обособлена от мелких пор и пор упаковок. С глубиной такая структура
149
становится более плотной, показатели количества пор и пористости снижаются. Закрытых пор постепенно становится больше. В почве с гор.
Cdc,s,cs (70-100 см) наблюдаются поры, похожие на следы усадки почвенной массы - тонкие трещины внутри структурных отдельностей, по форме близкие к межагрегатным порам, что подтверждает исследования Конюшковой Абатурова (2016). Показатель связанности порового пространства в солонце заметно изменяется по горизонтам. В гор. SEL он минимален за счет субгоризотальной пористости, что предопределяет возможность застоя влаги как на водоупорном более глинистых солонцовых горизонтах. Максимальная связанность поровой сети отмечается в гор. BSN1 и BSN2 (за счет крупных межагрегатных пор и пор- каналов), хотя в BSN2 доминирующими становятся мелкие межагрегатные поры. Указанные закономерности отчетливо видны и на микроуровне.
Каштановая почва по томографическим данным отличается от солонца (Табл. 2). Для нее наблюдается тенденция снижения пористости с глубиной (как общей, так и открытой). Общая пористость каштановой почвы в гор. AJe заметно выше, чем в гор. SEL солонца. Микроплитчатая структура практически не заметна, но в объемной модели пор можно разглядеть элементы этой структуры, что отчетливо видно и на микроуровне в шлифе (Табл. 2). Но в отличие от солонца в верхнем горизонте каштановой почвы много мелких закрытых пор, находящиеся вне плиточек. Еще одной отличительной особенностью этого типа почв является повышение с глубиной по отношению к общей пористости таких показателей как открытая пористость и связанность порового пространства.
В каштановой почве по объемной модели пор и по показателю связности гор. CAT похож на сильно уплотненный вышележащий гор. BMK.
Однако, поры каналы в объемной модели порового пространства гор. CAT имеют множество разрывов, что позволяет предполагать их реликтовый генезис. По объемным показателям гор. BMK каштановой почвы похож на гор. BSN2 солонца, хотя по форме пор они различаются. В гор. BMK по наблюдаемой объемной реконструкции порового пространства (Табл. 2) явно доминирующим типом пор являются мелкие поры-каналы, при незначительном количестве межагрегатных пор, хотя в нем пор значительно меньше, чем в аналогичном по глубине горизонте солонца BSN2. Наиболее значимые различия по структуре порового пространства в сравниваемых почвах наблюдаются между гор. BMK и CAT в каштановой почве и гор. Cdc,s,cs в солонце. ней выявлены два уплотненных гор. ВI1 и ВI2 с более низкой пористостью и со значительно большим количеством мелких пор, чем в горизонтах выше и нижележащих. Однако, между собой гор. ВI1 и ВI2 различаются по связанности пор. В гор. ВI1 этот показатель заметно снижен до 50%, по сравнению с гор. BI2, в котором связность пор также очень высокая, как и в гор. AU и CAT достигая почти 90%.
150
Преобладающий тип порового пространства по всему профилю лугово- каштановой почвы – поры каналы, объединенные в обширную сеть, особенно это характерно для гумусового гор. АU, но они есть и в нижних горизонтах - CAT и BCAnc. Гор. CAT и BCAnc похожи друг на друга по объему пор и развитию сети пор-каналов. В горизонте CAT лугово- каштановой почвы существенно выше разнообразие пор по размерам, а связность пор выше на 13% по сравнению с аналогичным горизонтом каштановой почвой. По строению порового пространства ВI2 аналогичен ВМК каштановой почвы, но резко отличается от последнего по объемным показателям: в гор. BI2 преобладают мелкие порыв диапазона 11-33 мкм, в гор. ВМК, наоборот, основной объем порового пространства приходится на мелкие поры размерами 20-60мкм. Связанность так же резко различается: 85% для ВМК и 50% для BI2. Общая пористость сопоставима для обоих горизонтов – разница 1%, но закрытая пористость в BI2 в 2 раза выше, чем в ВМК. В ВI2 сеть каналов менее выражена и прерывиста, отмечено множество скоплений одиночных закрытых микропор. Лугово- каштановая почва по данным томографического исследования имеет свои специфические особенности (Табл. 3). Гор. АU лугово-каштановой почвы не имеет ничего общего по структуре с поверхностными горизонтами солонца и каштановой почвы, разница особенно видна по отсутствию в нем микроплитчатой структуры. Лугово-каштановая почва отличается наличием по всему профилю одних и тех же по форме пор - ветвистых фитогенных каналов. При этом объем порового пространства заметно больше в гор. АU по сравнению с нижними горизонтами.
Микроморфологический анализ позволяет говорить так же и об активной деятельности почвенной микро- и мезофауны, определяющих высокую пористость.
Заключение. Почвы солонцового комплекса обладают развитой сетью порового пространства, объемное моделирование которого позволило выявить их разный генезис – поры-каналы (корневая сеть различной сохранности), межагрегатные поры различных размеров, трещины и везикулярные газовые. Сопоставление данных микротомографических и микроморфологическими показателей этих разных типов почв комплекса показало, что они проходили общий этап осолонцевания при своем развитии. Это диагностируется по наличию текстурных горизонтов с признаками остаточной высокой оптической ориентации глины во внутрипедной массе и ряду показателей порового пространства. В настоящее время почвы комплекса находятся на разных этапах рассолонцевания, связанного в значительной степени с растительностью. В ряду солонец - каштановая - лугово-каштановая почва усиливается мощность зоны биогенной агрегированности и высокой пористости и снижается доля глинистых кутан. Солонец характеризуется наличием начальных микропризнаков деградации гор. BSN и уплотнением
151
подсолонцовых лессовидных «псевдопесчаных» (по Роде, Польский, 1961) горизонтов, что, как мы считаем, связано с оседанием территории около микрозападины с лугово-разнотравной растительностью. Поровое пространство и элементы микростроения солонца и каштановой почвы в поверхностных горизонтах более похожи между собой, чем с лугово- каштановой почвой. Это диагностировано по наличию плитчатой структуры, наиболее развитой в солонце за счет максимального осолодения.
Благодарности. Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-016-00129) с привлечением оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием «Функции и свойства почв и почвенного покрова» Почвенного института им. В.В.
Докучаева.
Литература.
1. Конюшкова М.В., Абатуров Б.Д. Особенности микрорельефа и свойства почв солонцового комплекса на поздних стадиях развития в Прикаспийской низменности // Бюллетень Почв. Ин-та им. Докучаева.
2016. Вып. 83. С. 53-76.
2. Роде А.А., Польский М.Н. Почвы Джаныбекского стационара, их морфологическое строение, механический и химический состав и физические свойства // Тр. Почв.ин-та им. В.В. Докучаева. Т. 56. Почвы полупустыни Северо-Западного Прикаспия и их мелиорация (по работам Джаныбекского стационара). М.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 3-214.