Geochemical Features of Organo-Accumulative Soils of Subtaiga and Subtaiga-Forest-Steppe Light Coniferous Forests of Northern Mongolia

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Органо-аккумулятивные почвы в Северной Монголии образуют основной фон почвенного покрова в подтаежном и подтаежно-лесостепном высотно-поясных комплексах (ВПК) типов леса в Прихубсугулье, Северо-Восточном и Восточном Хангае, Хэнтэйском нагорье. Они занимают преимущественно средние и нижние части склонов северной румбы на контакте со степями в интервале высот 700–1800 м над ур. м. В травяном покрове наибольшее ценотическое значение имеют лесные и лугово-лесные мезофиты. В нижней части этих ВПК, в связи с сухостью климата и контактами лесов с зональными степями, в сложении подчиненных ярусов большое участие принимают степные и лесостепные травы [21].

Широкий диапазон высот и орографических условий ареала распространения рассматриваемых почв обусловливает и довольно широкую амплитуду экологических условий в его пределах. Количество осадков варьирует от 300 до 450 мм в год, из них 75–80% выпадает в летний период. Многолетняя среднегодовая температура воздуха изменяется от –0.1 до –3.8°C. Сумма активных температур воздуха выше +10°С на высоте 700–1800 м составляет от 1280 до 1670°C. Средняя продолжительность безморозного периода 69–84 дня. В зависимости от геокриологических условий среди органо-аккумулятивных почв выделяются длительно-сезонномерзлотные и глубокомерзлотные, последние наиболее широко распространены в Восточном Хэнтэе [23].

Формирование органо-аккумулятивных почв связано с дерновым почвообразовательным процессом. Данный процесс развивается под воздействием травянистой растительности и характеризуется интенсивным гумусообразованием, связанным с особенностями биологического круговорота веществ в этой растительной формации.

В Сибири выделение самостоятельного типа дерновых почв в южно-таежной подзоне было обосновано автором [27]. Их происхождение он связывает, прежде всего, с богатством пород основаниями и первичными минералами. Многие исследователи [29, 32] придерживаются взгляда, что почвы, развивающиеся в южной тайге в наиболее континентальных районах Сибири, являются биоклиматическим образованием, а не литологическим.

Несмотря на имеющийся научный материал, органо-аккумулятивные почвы Северной Монголии остаются еще слабо изученными. В большинстве работ говорится о специфике почвообразования, связанной с горным рельефом, сложностью геологического строения и высотно-поясной дифференциацией гидроклиматических и геокриологических условий [3, 4, 6, 14, 22, 28, 31, 33, 36]. Все это в значительной степени оказывает влияние на геохимическую миграцию продуктов почвообразования как в пределах, так и за пределами лесорастительного пояса [9, 13, 16, 26, 37, 39, 42, 44].

Микроэлементный состав является важным показателем эколого-геохимического состояния почв. Добровольский [12, с. 3] отмечал, что “химические элементы, находящиеся в рассеянном состоянии, – важное, но еще не полностью осознанное наукой явление природы. Их изучение – одна из актуальных проблем современного естествознания”.

Каждый природный ландшафт характеризуется определенными значениями концентрации микроэлементов в почве [2, 15, 18]. Особенно отчетливо эти закономерности проявляются в горах, где распределение ландшафтов подчинено закономерностям высотной поясности, в пределах которых формируются различные почвы, часто маломощные, неполнопрофильные, в которых отсутствуют срединные горизонты, в профиле в большом количестве содержится щебень и обломки горных пород часто разного минералогического и петрографического состава. Изучение особенностей содержания и распределения микроэлементов в почвах различных ландшафтов является актуальной проблемой и имеет большое теоретическое и практическое значение. Почвенно-геохимические исследования позволяют установить особенности поведения химических элементов и выявить провинциальные особенности почвенного покрова в границах выделенных лесорастительных поясов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Многолетними комплексными маршрутными исследованиями охвачены основные лесорастительные пояса в среднегорной части Западного, Северо-Западного и Восточного Хэнтэя – хребты Дэлгэр-Хан-Уул, Мунгэлэг-Нуру, Их-Хэнтэй и Бага-Хэнтэй, в Восточном Прихубсугулье – Джидинский хр., Бурсын-Нуру, Бутэлийн-Нуру и Хантайн-Нуру, в Хангае – в Северо-Восточной и Восточной низкогорной части. В пределах ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов, образующих нижний лесорастительный пояс, на склонах разной крутизны и экспозиции заложено около 60 почвенных разрезов. Сделано их морфологическое описание и отобраны почвенные образцы из разрезов на химический и физико-химический анализ. В лабораторных условиях проанализировано более 20 почвенных профилей, с использованием следующих методов: гранулометрический состав – по Качинскому [7], рН солевой и водной суспензий – потенциометрически, содержание обменных катионов (Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺) – по Гедройцу, общий гумус – по Тюрину, общий азот – по Къельдалю, гидролитическая кислотность – по Каппену, СО₂ карбонатов – по Бауэру [1, 8]. Групповой состав гумуса – по схеме Кононовой–Бельчиковой [20]. Валовое содержание микроэлементов определено спектральным методом. Рассчитаны коэффициенты радиальной дифференциации (К_рд) и концентрации (КК) микроэлементов [10, 34]. Названия почв даны по Классификации и диагностике почв России [17], а также Международной классификации WRB [41]. Для статистической обработки данных использовали программы Excel 2013 и Statistica 12.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Микроэлементы в почвообразующих породах ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов. Сведения о содержании микроэлементов в широко распространенных горных породах Северной и Центральной Монголии имеются в работах [5, 11, 25]. Однако они не дают представления о современном геохимическом состоянии основных типов почв региона.

В Северной Монголии, в пределах рассматриваемых ВПК типов леса, почвы формируются на продуктах выветривания горных пород разного генезиса, минералого-химического и гранулометрического состава. В одном случае это маломощные остаточные (элювиальные) и переотложенные (элювиально-делювиальные и делювиальные) коры выветривания, сформированные на плотных кристаллических породах, преимущественно кислых магматических (граниты, биотитовые граниты, диориты, гранодиориты, габбро-диориты) или карбонатых (известняки, доломиты), в другом – в горных условиях коренные породы часто перекрыты мощным песчано-щебнистым или щебнисто-суглинистым инородным материалом, который генетически не связан с ними. Это обстоятельство отмечено в работах [35, 38]. Верхний горизонт перечисленных кор выветривания является субстратом, на котором развиваются современные почвы.

В пределах ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов гранулометрический состав почвообразующих пород варьирует от супесчаного до тяжелосуглинистого. В зависимости от степени выветрелости содержание щебня неодинаково и колеблется от 10 до 80%. В отложениях верхних частей склонов преобладают фракции песка и крупной пыли. Отложения средних и нижних частей склонов отличаются повышенным содержанием фракции физической глины, содержание которой достигает 37–45%. Утяжеление гранулометрического состава связано с тем, что в процессе переотложения обломков коренных пород происходит их разрушение и измельчение. Кроме этого, оно может быть обусловлено вымыванием тонких фракций поверхностным и внутрипочвенным стоком, в том числе надмерзлотным в весенний период, с верхних частей склонов.

По химическим свойствам почвообразующие породы значительно отличаются друг от друга. Реакция среды колеблется от кислой до щелочной. Содержание обменных катионов варьирует от 2.8–17.5 в отложениях остаточной коры выветривания гранитов до 21.0–42.5 смоль(экв)/кг в отложениях коры выветривания известняков и доломитов [23].

Парагенетическая ассоциация микроэлементов в исследуемых почвообразующих породах подтаежного и подтаежно-лесостепного лесорастительного пояса представлена Pb, Cu, Zn, Co, V, Cr, Ni, Mn, Mo, Ba, Sr, Zr и В. Ее состав отражает региональные геолого-геохимические особенности территории, связанные с широким развитием здесь кислых магматических интрузий, а также карбонатных осадочных пород. Так, остаточные и переотложенные коры выветривания магматических пород в среднем содержат (мг/кг): Pb – 15.4; Cu – 45.7; Zn – 95.7; Co – 14.3; V – 94.3; Cr – 185.7; Ni – 55.7; Mn – 1142.8; Mo – 1.14; Ba – 300.0; Sr – 214.2; Zr – 130.0; B – 15.0 (рис. 1а).

Рис. 1. Среднее содержание (а) и коэффициенты концентрации (b) микроэлементов в остаточных и переотложенных корах выветривания магматических (1) и карбонатных (2) почвообразующих породах в подтаежном и подтаежно-лесостепном лесорастительном поясе

По сравнению со средним содержанием в литосфере в пределах подтаежного и подтаежно-лесостепного лесорастительного пояса остаточные и переотложенные коры выветривания магматических пород обогащены Zn, Cr, Mo, B, в то же время в них меньше Pb, Co, Mn, Ba, Sr, Zr, о чем свидетельствуют коэффициенты концентрации (рис. 1b).

Остаточные и переотложенные коры выветривания карбонатных пород содержат (мг/кг): Pb – 23.6; Cu – 52.4; Zn – 102.4; Co – 12.6; V – 137.4; Cr – 98.0; Ni – 23.8; Mn – 450.0; Mo – 1.02; Ba – 400.0; Sr – 400.0; Zr – 112.4; B – 21.2. По сравнению со средним содержанием в литосфере они обогащены Pb, Cu, Zn, V, Cr, Sr, B, меньше в них содержится Co, Ni, Mn, Mo, Ba, Zr.

Следует отметить, что почвообразующие породы подтаежного и подтаежно-лесостепного лесорастительного пояса в большей степени обогащены микроэлементами по сравнению с породами верхних лесорастительных поясов (подгольцово-таежный, горно-таежный кедровый и лиственничный, псевдотаежный лиственничный), что объясняется значительным выносом этих элементов из верхних поясов и относительное накопление их в нижних [23, 24].

Основной фон почвенного покрова в ВПК подтаежных и подтаежно-лесостепных лиственничных и сосновых лесов в Северной Монголии образуют серогумусовые почвы.

Морфологический профиль серогумусовых типичных почв (Eutric Regosols (Loamic, Ochric)) представляет собой сочетание нескольких генетических горизонтов: поверхностного органогенного горизонта О (лесная подстилка), мощностью 1–3 см, гумусово-аккумулятивного горизонта AY – темно-бурого, серовато-бурого цвета, мощность 6–20 см. Он имеет хорошо выраженную зернистую, ореховато-комковатую или мелкокомковатую структуру. Часто ниже горизонта AY выделяется переходный горизонт AC серовато- или коричневато-бурого цвета. Горизонт Сf мощностью 8–25 см имеет признаки аккумуляции гумусово-железистых соединений за счет осаждения железистых пленок на поверхности минеральных зерен и агрегатов. В нижней части профиля почв много включений щебня и обломков горных пород разного минералогического и петрографического состава. Морфологический профиль типа O–AY–AC–Cf–С.

Серогумусовые элювиированные глинисто-иллювиированные (Eutric Regosols (Loamic, Ochric, Lamellic)) почвы по морфологическому строению характеризуются наличием лесной подстилки (1–2 см), состоящей из растительного опада; серогумусового горизонта AY темно-бурого цвета, зернисто-комковатой структуры, мощностью 6–10 см; ниже выделяется маломощный (2–4 см) элювиированный горизонт AYel серовато-бурого, с седоватостью, цвета, при подсыхании он становится более светлых тонов. Глинисто-иллювиированный горизонт Сi буро-коричневого цвета, обычно уплотнен, постепенно переходит в материнскую породу. Профиль типа O–AY–AYel–Ci–C.

По гранулометрическому составу изученные почвы легко-, среднесуглинистые (табл. 1). В составе мелкозема преобладают песчаные и крупнопылеватые фракции. Илистая фракция имеет тенденцию к накоплению в серогумусовом горизонте. В физической глине более половины составляют илистые частицы.

Таблица 1. Некоторые химические и физико-химические свойства серогумусовых почв

* Потеря при прокаливании.

Примечание. S – степень насыщенности основаниями; прочерк – не определяли.

Отличительной чертой серогумусовых глубокомерзлотных почв является более высокое содержание в составе мелкозема фракций средней и мелкой пыли. По данным [19], в формировании гранулометрического состава почв подобного типа могли принять участие как процессы внутрипочвенного физического выветривания скелета, так и криогенные явления, которые обусловливают диспергирование почвообразующих горных пород и гомогенизацию минеральной части профиля криогенных почв на уровне крупнопылеватых частиц.

В целом для профилей изученных почв характерны облегчение гранулометрического состава с глубиной, высокое содержание ила и физической глины в верхних горизонтах.

Гумус сконцентрирован в горизонте AY, где его количество колеблется от 4 до 10%, за пределами гумусового горизонта он резко снижается. Судя по отношению С/N, равному для гумусового горизонта 7.2–12.6, гумус представлен собственно гумусовыми веществами, связанными с минеральной массой почвы. Распределение и характер гумуса целиком является результатом дернового лесного почвообразовательного процесса. Этим объясняется и качественный состав гумуса данных почв.

Исследованиями, приведенными в работах [30, 33], установлено, что в составе гумуса рассматриваемых почв гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами только в горизонте AY (С_гк/С_фк = 1.10–1.47). Преобладают гуматы, связанные с кальцием.

Подобные почвы с фульватно-гуматным типом гумуса формируются обычно в низкополнотных или разреженных древостоях с обильным травяным покровом, где ценотическая роль травянистого яруса намного выше, чем древесного.

В верхней и средней части подтаежного пояса, под высоко- и среднеполнотными древостоями обычно серогумусовые почвы характеризуются гуматно-фульватным типом гумуса. Отношение С_гк/С_фк в серогумусовых горизонтах равно 0.75–1.00 [33, 43].

Кривые распределения обменных оснований в целом согласуются с кривой распределения гумуса. Обменные катионы интенсивно аккумулируются в лесной подстилке и верхнем серогумусовом горизонте. В материнской породе содержание кальция и магния убывает, что подчеркивает их биогенное происхождение в аккумулятивной части профиля.

Почвы характеризуются слабокислой и кислой реакцией среды, высокой гидролитической кислотностью. По степени насыщенности почвенного поглощающего комплекса среди серогумусовых почв выделяются ненасыщеные основаниями (<80%). Ненасыщенность большой группы серогумусовых почв основаниями, по-видимому, связана как с гуматно-фульватным типом гумуса, характером материнских пород, так и со спецификой растительного покрова, а также преобладанием в опаде древесных остатков (хвои, мелких сучьев, коры, шишек), которые при разложении поставляет в почву достаточное количество иона H⁺.

В пределах подтаежных разнотравных светлохвойных лесов в почвенном покрове распространены и серогумусовые глинисто-иллювиированные почвы с признаками оподзоливания. Обычно развиваются они на почвообразующих породах легкого гранулометрического состава в верхней части рассматриваемого лесорастительного пояса.

Серогумусовые глинисто-иллювиированные оподзоленные почвы характеризуются высоким содержанием гумуса в верхнем горизонте (9.6%) и слабокислой реакцией среды. Почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием. Наименее насыщены катионами горизонты AY и AYе.

Содержание и поведение микроэлементов в почве контролируется многими факторами: это гранулометрический и минералогический составы твердой фазы, обогащенность ее органическим веществом, направление и глубина процесса почвообразования, окислительно-восстановительные условия и др. [9, 10, 13, 26, 34, 40, 45].

Для серогумусовых типичных почв характерен аккумулятивный тип распределения микроэлементов в почвенном профиле. Пределы колебания широкие, т. е. для почв характерна высокая пространственная неоднородность относительно концентрации в них микроэлементов (табл. 2). Наибольшей аккумуляцией микроэлементов отличаются органогенные и гумусово-аккумулятивные горизонты.

Таблица 2. Изменчивость содержания микроэлементов в органо-аккумулятивных почвах

Примечание. lim – пределы изменчивости; M – среднее арифметическое, мг/кг; +m – ошибка среднего; V – коэффициент вариации, %; n – число данных в выборке.

В органогенных горизонтах очень высокие коэффициенты вариации (V ≥ 40%) характерны Ba, V, B, Cr и Ni. В гумусово-аккумулятивных горизонтах AY – Cu, Pb, Mn, Zr и Sr. В минеральном горизонте С – Ba, Mn, Sr и Ni.

Коэффициент радиальной дифференциации (К_рд), как известно, предложен для исследования неоднородности вертикального распределения концентрации химических веществ в почвенных профилях [9, 34]. Он отражает количественную оценку влияния почвообразования на накопление или вынос отдельных химических элементов в горизонтах почвенного профиля. Концентрация элемента в почвообразующей породе принята за 1.

Относительно почвообразующей породы, в органогенных горизонтах рассматриваемых почв резко возрастает концентрация элементов биофилов: B (К_рд = 24.93), Mn (К_рд = 19.23) и Ba (К_рд = 13.75). Для Sr, Zn, Pb и Mo характерна относительно меньшая концентрация (К_рд = 1.36–4.08). Эти элементы являются постоянными компонентами в органическом веществе почв и участвуют в малом биологическом круговороте. Наиболее сильным рассеянием в этом горизонте отличаются Cr, Ni и V, несколько меньшим – Zr и Co (рис. 2). В горизонтах AY и AC выявлено преобладание аккумуляции большинства микроэлементов, однако в отличие от их накопления в поверхностном органогенном горизонте (горизонт О) этот процесс выражен здесь менее интенсивно. Наблюдаются слабый и средний вынос из горизонтов AY Zn, V и Cr; из горизонта AC – Sr.

Рис. 2. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в серогумусовых типичных почвах

Рассчитанные коэффициенты концентрации свидетельствуют, что в органогенных горизонтах серогумусовых почв резко возрастает концентрация B (КК = 24.31), Mn (КК = 8.33) и Ba (КК = 5.64). Заметно концентрируются Zn (КК = 3.01), Sr (КК = 2.60) и Pb (КК = 2.39). В незначительном количестве накапливаются Cu и Mo. Очень понижен коэффициент концентрации Zr и Ni (КК = 0.37).

В гумусово-аккумулятивном горизонте AY концентрируются Mn (КК = 4.17) и Ba (КК = 2.15). В меньшем количестве – Zr, Co, Mo и B. Слабым накоплением отличаются Cu, Cr, Sr и Zn. Содержание остальных элементов невысокое. Относительные коэффициенты концентрации составляют от 0.66–0.96 для Ni, V и Pb, что свидетельствует о слабом и среднем рассеянии этих элементов.

В горизонте AC в отличие от поверхностных органогенных и гумусово-аккумулятивных отмечено увеличение концентрации практически всех микроэлементов, за исключением Zr, Ba и Sr. Коэффициенты концентрации этих элементов относительно литосферных кларков ниже 1. В почвообразующей породе слабым накоплением обладают Cr, Zn, Cu, Pb и V.

По интенсивности накопления микроэлементов в почвенных горизонтах серогумусовых типичных почв составлены следующие геохимические формулы (здесь и далее: числитель – элементы, имеющие КК ≥1; знаменатель – КК < 1):

O  $\frac{{\text{B}}_{24.31},{\text{ Mn}}_{8.33},{\text{ Ba}}_{5.64},{\text{ Zn}}_{3.01},{\text{ Sr}}_{2.60},{\text{ Pb}}_{2.39},{\text{ Cu}}_{1.63},{\text{ Mo}}_{1.36}}{{\text{Co}}_{0.65},{\text{ V}}_{0.54},{\text{ Cr}}_{0.50},{\text{ Zr}}_{0.37},{\text{ Ni}}_{0.37}}$

AY  $\frac{{\text{Mn}}_{4.17},{\text{ Ba}}_{2.15},{\text{ Zr}}_{1.53},{\text{ Co}}_{1.48},{\text{ Mo}}_{1.36},{\text{ B}}_{1.25},{\text{ Cu}}_{1.13},{\text{ Cr}}_{1.12},{\text{ Sr}}_{1.08},{\text{ Zn}}_{1.04}}{ {\text{V}}_{0.96},{\text{ Pb}}_{0.83},{\text{ Ni}}_{0.66}}$

AC  $\frac{{\text{Mn}}_{2.15},{\text{ Cr}}_{2.11},{\text{ B}}_{1.67},{\text{ Zn}}_{1.48},{\text{ Pb}}_{1.45},{\text{ Mo}}_{1.36},{\text{ V}}_{1.33},{\text{ Co}}_{1.29},{\text{ Cu}}_{1.21},{\text{ Ni}}_{1.10}}{{\text{Zr}}_{0.74},{\text{ Ba}}_{0.56},{\text{ Sr}}_{0.54}}$

C  $\frac{{\text{Cr}}_{2.01},{\text{ Zn}}_{1.13},{\text{ Cu}}_{1.06},{\text{ Pb}}_{1.04},{\text{ V}}_{1.04},{\text{ Mo}}_{1.00}}{{\text{B}}_{0.97},{\text{ Co}}_{0.93},{\text{ Ni}}_{0.66},{\text{ Sr}}_{0.64},{\text{ Zr}}_{0.61},{\text{ Mn}}_{0.43},{\text{ Ba}}_{0.41}}$.

Следует отметить, что обогащение поверхностных органогенных и гумусово-аккумулятивных горизонтов рассматриваемых почв В и Mn происходит за счет их привноса с лесным опадом. В материнской породе они не накапливаются, а интенсивно выносятся благодаря образованию легкорастворимых и подвижных соединений [10, 34].

В отличие от типичных, в серогумусовых глинисто-иллювиированных оподзоленных почвах для большинства элементов характерна как биогенная аккумуляция в поверхностных органогенных горизонтах, так и элювиально-иллювиальная их дифференциация в почвенном профиле (табл. 3). В поверхностном органогенном горизонте интенсивно аккумулируются Mn (К_рд = 33.34), B (К_рд = 13.33) и Ba (К_рд = 10.00). Относительно меньше Zn (К_рд = 3.75), Sr (К_рд = 3.33), Pb (К_рд = 2.67) и Mo (К_рд = 2.00). Наблюдается обеднение микроэлементами элювиированного горизонта AYe, преимущественно группы железа, и накопление их в нижнем минеральном горизонте Ci (рис. 3).

Таблица 3. Содержание микроэлементов в серогумусовой глинисто-иллювиированной оподзоленной почве (разрез 870), мг/кг

Рис. 3. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в серогумусовой глинисто-иллювиированной оподзоленной почве (разрез 870)

Геохимические формулы почвенных горизонтов серогумусовой глинисто-иллювиальной оподзоленной почвы (разрез 870) имеют следующий вид:

O  $\frac{{\text{B}}_{16.67},{\text{ Mn}}_{10.00},{\text{ Zn}}_{3.61},{\text{ Ba}}_{3.07},{\text{ Sr}}_{2.94},{\text{ Pb}}_{2.50},{\text{ Mo}}_{1.82},{\text{ Cu}}_{1.70}}{ {\text{Cr}}_{0.36},{\text{ Zr}}_{0.29},{\text{ V}}_{0.22},{\text{ Ni}}_{0.18}}$

AY  $\frac{{\text{Mn}}_{6.00},{\text{ Zr}}_{2.35},{\text{ Sr}}_{1.76},{\text{ B}}_{1.25},{\text{ Ba}}_{1.23},{\text{ Cr}}_{1.20},{\text{ Co}}_{1.11},{\text{ Mo}}_{1.0}}{{\text{Zn}}_{0.96},{\text{ V}}_{0.89},{\text{ Cu}}_{0.85},{\text{ Pb}}_{0.62},{\text{ Ni}}_{0.34}}$

AYe  $\frac{{\text{Mn}}_{\text{3.00}},{\text{ Mo}}_{\text{1.50}},{\text{ B}}_{\text{1.25}},{\text{ Sr}}_{1.17},{\text{ Zr}}_{1.17},{\text{ Co}}_{1.11} }{{\text{Zn}}_{0.96},{\text{ V}}_{0.89},{\text{ Cu}}_{0.85},{\text{ Ba}}_{0.77},{\text{ Cr}}_{0.72},{\text{ Pb}}_{0.62},{\text{ Ni}}_{0.26}}$

Ci  $\frac{{\text{Cr}}_{1.81},{\text{ B}}_{1.67},{\text{ Mo}}_{1.50},{\text{ Pb}}_{1.25},{\text{ Zn}}_{1.20},{\text{ Co}}_{1.11},{\text{ V}}_{1.11},{\text{ Cu}}_{1.06}}{{\text{Sr}}_{0.88},{\text{ Zr}}_{0.88},{\text{ Ba}}_{0.61},{\text{ Ni}}_{0.52},{\text{ Mn}}_{0.50}}$

Ci  $\frac{{\text{Cr}}_{2.40},{\text{ Zn}}_{1.81},{\text{ B}}_{1.67},{\text{ Mo}}_{1.50},{\text{ Cu}}_{1.28},{\text{ Pb}}_{1.25},{\text{ Co}}_{1.11},{\text{ V}}_{1.11}}{{\text{Sr}}_{0.59},{\text{ Zr}}_{0.59},{\text{ Ni}}_{0.52},{\text{ Ba}}_{0.46},{\text{ Mn}}_{0.40}}$

C  $\frac{{\text{B}}_{1.25},{\text{ Cu}}_{1.06},{\text{ Mo}}_{1.00}}{{\text{Zn}}_{0.96},{\text{ Pb}}_{0.93},{\text{ V}}_{0.89},{\text{ Sr}}_{0.88},{\text{ Cr}}_{0.72},{\text{ Co}}_{0.56},{\text{ Zr}}_{0.47},{\text{ Ba}}_{0.31},{\text{ Mn}}_{0.30},{\text{ Ni}}_{0.26}}$

Темногумусовые почвы (Haplic Phaeozems) формируются в нижнем и отчасти среднем горном поясе под подтаежными и подтаежно-лесостепными разреженными лиственничными или производными лесами с хорошо развитым травянистым напочвенным покровом, имеющим относительно мощный темноокрашенный гумусовый горизонт. Эта переходная полоса от леса к степи в Монголии представляет собой в настоящее время пояс контакта леса и степи. Она хорошо выражена в Западном и Восточном Хэнтэе, Восточном Прихубсугулье и в Хангае.

В пределах типа темногумусовых почв выделены подтипы метаморфизованных и остаточно-карбонатных почв.

Темногумусовые метаморфизованные почвы (Cambic Someric Phaeozem (Loamic)) на поверхности имеют маломощную лесную подстилку (1–2 см). Далее следует темногумусовый аккумулятивный горизонт AU, мощностью 10–35 см. Горизонт имеет черно-бурую или темно-бурую окраску. За ним следует горизонт ACm буровато-коричневого, коричневого цвета, в котором имеются гумусированные пятна темно-серого, буровато-серого цвета. Общая мощность аккумулятивной части (AU + AСm) профиля составляет 25–45 см. Ниже залегает горизонт Сm, коричневого цвета, он уплотнен, по граням педов имеются темно-бурые пятна полуторных оксидов.

По гранулометрическому составу почвы средне-, тяжелосуглинистые, с высоким содержанием включений щебня в нижних почвенных горизонтах (табл. 4). Наблюдается четкая дифференциация по профилю содержания фракций физической глины, накопления ее в горизонте Сm.

Таблица 4. Некоторые химические и физико-химические свойства темногумусовых почв

* Потеря при прокаливании.

** Содержание СО₂, %; прочерк – не определяли.

Количество гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте AU составляет 13.6–14.4%. Характерно его резкое уменьшение (до 2.2–4.8%) в горизонте Сm. В групповом составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, но уже в нижележащем горизонте Сm гумус фульватно-гуматного и даже фульватного типа. Почвы обладают слабокислой реакцией по всему профилю. Темногумусовые метаморфизованные почвы характеризуются высокой емкостью катионного обмена – 28–48 смоль(экв)/кг. Почвы насыщены основаниями.

Для органогенных горизонтов темногумусовых метаморфизованных почв характерна большая пространственная неоднородность микроэлементного состава. Практически все элементы здесь имеют высокие коэффициенты вариации (V = 40–73%), за исключением Sr, Mn, B и Pb. В темногумусовом горизонте AU высокими коэффициентами вариации (V = 42–56%) обладают Ba, Co, Cr и Zr, а в горизонте Сm – Cr. Остальные элементы в этих горизонтах имеют коэффициент вариации, изменяющийся от среднего до низкого.

Приведенные коэффициенты радиальной дифференциации (K_рд) для профиля темногумусовых метаморфизованных почв свидетельствуют об их преимущественном аккумулятивном перераспределении по профилю, а также относительном накоплении некоторых микроэлементов в горизонте Cm (рис. 4). В органогенных горизонтах, по сравнению с почвообразующей породой, в большом количестве аккумулируется B, Mn и Ba.

Рис. 4. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в темногумусовых метаморфизованных почвах

Коэффициенты концентрации относительно литосферных кларков свидетельствуют, что в органогенных горизонтах темногумусовых метаморфизованных почв резко возрастает концентрация B (КК = 36.46), Mn (КК = 8.00) и Ba (КК = 6.53). Коэффициенты концентрация Zn, Sr, Pb, Cu и Mo изменяются от 1.36 до 2.86. В незначительном количестве накапливается V и Cr. Коэффициенты концентрации меняются от 0.45 до 0.62 для Ni, Zr и Co и свидетельствуют о среднем рассеянии этих элементов.

В горизонте Сm относительно высокими коэффициентами концентрации отличаются Cr (КК = 1.68), Zn (КК = 1.35), Ni (КК = 1.25) и B (КК = 1.14). Наблюдается незначительное накопление здесь Mo, Cu, Zr, Pb и слабое рассеяние Sr, Cr, V, Ba и Mn.

Геохимические формулы почвенных горизонтов темногумусовых метаморфизованных почв имеют вид:

O  $\frac{{\text{B}}_{36.46},{\text{ Mn}}_{8.00},B{a}_{6.53},Z{n}_{2.86},S{r}_{2.72},P{b}_{2.03},C{u}_{2.02},M{o}_{1.36},V_{1.03},C{r}_{1.02}}{C{o}_{0.72},Z{r}_{0.65},N{i}_{0.45}}$

AU  $\frac{M{n}_{3.75},B{a}_{3.46},B_{2.29},S{r}_{1.83},M{o}_{1.54},Z{r}_{1.32}}{Z{n}_{0.96},C{u}_{0.90},V_{0.78},C{r}_{0.75},P{b}_{0.70},C{o}_{0.67},N{i}_{0.26}}$

Cm  $\frac{C{r}_{1.68},Z{n}_{1.35},N{i}_{1.25},B_{1.14},M{o}_{1.09},C{u}_{1.06},Z{r}_{1.03},P{b}_{1.01}}{ S{r}_{0.96},C{o}_{0.90},V_{0.89},B{a}_{0.65},M{n}_{0.60}}$

C  $\frac{C{r}_{2.41},N{i}_{1.55},B_{1.46},Z{n}_{\mathrm{1.14,}}{V}_{\mathrm{1.00,}}M{o}_{1.00}}{P{b}_{0.97},C{u}_{0.90},Z{r}_{0.79},C{o}_{0.69},S{r}_{0.59},B{a}_{0.50},M{n}_{0.45}}$

Темногумусовые остаточно-карбонатные почвы формируются в условиях подтаежного высотного пояса, на продуктах выветривания карбонатных горных пород. Наиболее широко они распространены в средней и нижней частях подтаежного ВПК, а также в лесных массивах пояса контакта леса и степи, под разнотравными, остепненно-разнотравными сосновыми и лиственничными лесами и их производными. Почвы характеризуются наличием маломощной лесной подстилки (1–2 см); темногумусового горизонта AU, мощностью 10–20 см, постепенно переходящего в материнскую породу. Для профилей рассматриваемых почв характерно наличие переходного горизонта AС. Окраска может быть различной и зависит от литологии материнской и подстилающей породы. Характерной чертой этих почв является наличие легкорастворимых солей в нижних горизонтах Сса.

Гранулометрический состав почв легко-, тяжелосуглинистый. Наряду с большим содержанием крупных фракций отмечается высокое содержание ила и физической глины.

Почвы характеризуются высоким содержанием гумуса в горизонте AU – 7.3–16.5% и резким его уменьшением с глубиной. Гумус по составу варьирует от чисто гуматного до фульватно-гуматного типа. Верхние горизонты почв обладают слабокислой и нейтральной реакцией, нижние – щелочной. Почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием.

Темногумусовые остаточно-карбонатные почвы характеризуются высокой пространственной неоднородностью микроэлементного состава. Высокими коэффициентами вариации (V = 42–55%) в органогенных горизонтах отличаются Ba и B. В темногумусовом горизонте AU – B (V = 45%).

Относительно почвообразующей породы, в органогенных горизонтах рассматриваемых почв наблюдается резкая аккумуляция элементов биофилов: B (К_рд = 12.97), Mn (К_рд = 11.67) и Ba (К_рд = 7.81). Для Sr и Mo характерна относительно меньшая концентрация (К_рд = 2.27–3.43). Еще меньшей аккумуляцией в этом горизонте обладают Pb (К_рд = 1.58), Co (К_рд = 1.40), Cu (К_рд = 1.38), Zr (К_рд = 1.33) и Zn (К_рд = 1.22). Наблюдается обеднение органогенных горизонтов V, Cr и Ni (рис. 5).

Рис. 5. Внутрипрофильная миграция микроэлементов в темногумусовых остаточно-карбонатных почвах

Коэффициенты концентрации свидетельствуют о значительном накоплении микроэлементов в органогенном и гумусово-аккумулятивном горизонтах рассматриваемых почв и значительном выносе их из горизонта AC. В то же время наблюдается заметное увеличение концентрации большинства элементов в карбонатном горизонте Сса. Геохимический карбонатный барьер в этих почвах выражен более четко, чем в перегнойно-серогумусовых остаточно-карбонатных, формирующихся в условиях среднегорного рельефа Хангайского нагорья [23].

Геохимические формулы почвенных горизонтов темногумусовых остаточно-карбонатных почв имеют вид:

O  $\frac{B_{22.92},M{n}_{5.25},B{a}_{4.80},S{r}_{4.04},P{b}_{2.34},M{o}_{2.27},Z{n}_{1.65},C{u}_{1.54}}{C{o}_{0.97},Z{r}_{0.88},C{r}_{0.69},V_{0.62},N{i}_{0.30}}$

AU  $\frac{M{n}_{3.00},C{r}_{2.86},B{a}_{2.50},M{o}_{1.54},S{r}_{1.54},Z{r}_{1.32},B_{1.25},C{u}_{1.06}}{V_{0.97},Z{n}_{0.96},P{b}_{0.94},N{i}_{0.39},C{o}_{0.34}}$

AC  $\frac{C{r}_{1.51},B_{1.25},M{o}_{1.09},S{r}_{1.02}}{Z{n}_{0.90},P{b}_{0.86},V_{0.83},C{u}_{0.69},M{n}_{0.67},B{a}_{0.61},Z{r}_{0.57},N{i}_{0.30},C{o}_{0.29}}$

Cca  $\frac{B_{1.77},V_{1.53},P{b}_{1.48},Z{n}_{1.35},S{r}_{1.17},C{u}_{1.11},C{r}_{\mathrm{1.08,}}M{o}_{1.00}}{C{o}_{0.59},Z{r}_{0.66},B{a}_{0.61},M{n}_{0.45},N{i}_{0.41}}$

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные материалы по микроэлементному составу органо-аккумулятивных почв подтаежных и подтаежно-лесостепных светлохвойных лесов Северной Монголии свидетельствуют о преимущественном биогенном их накоплении в поверхностных органогенных и гумусовых горизонтах и аккумулятивном перераспределении по почвенным профилям. В органогенных горизонтах почв интенсивно накапливаются B, Mn и Ba. Наблюдается закономерное обеднение их элементами группы металлов Cr, Ni, V, Co, а в определенных условиях и Zr.

Среди органо-аккумулятивных почв темногумусовые отличаются относительно более выраженным аккумулятивным типом распределения микроэлементов в профиле.

Для рассматриваемых почв характерна высокая вариабельность и неоднородность микроэлементного состава в почвенном профиле. Высокие коэффициенты вариации (более 40%) микроэлементов в органогенных и гумусовых горизонтах связаны с разной степенью минерализации и гумификации органического вещества, а в минеральных – наличием включений обломков горных пород разной степени выветрелости и разного минералогического и петрографического состава не связанные генетически с подстилающими коренными горными породами.

Повышенное содержание микроэлементов и слабый их вынос связаны также с гидротермическими условиями: малым количеством осадков, непродолжительным (коротким) вегетационным периодом, невысокими температурами воздуха летом и низкими – зимой. Гидротермические условия способствуют большому накоплению растительного опада под пологом леса и слабой его минерализации.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

Yu. N. Krasnoshchekov

Author for correspondence.
Email: kyn47@mail.ru
Russian Federation, Krasnoyarsk

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Average content (a) and concentration ratios (b) of trace elements in residual and redeposited weathering crusts of magmatic (1) and carbonate (2) soil-forming rocks in the sub-taiga and sub-taiga-forest-steppe forest-steppe forest zone

Download (187KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Intra-profile migration of trace elements in grey humus typical soils

Download (253KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Intra-profile migration of trace elements in grey humus clay-silt loam-illuviated podzol soil (section 870)

Download (266KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Intra-profile migration of trace elements in dark humus metamorphosed soils

Download (231KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Intra-profile migration of trace elements in dark humus residual carbonate soils

Download (271KB)

Indexing metadata