Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ОНЕЖСКОГО РАЙОНА

Кузнецова И.А. 1 Мироненко К.А. 1 Бедрина Д.Д. 1
1 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова» РАН
С применением современного оборудования и общепринятых методик впервые охарактеризован состав и физико-химические свойства диагностических горизонтов подзолистой почвы Онежского района Архангельской области. Показано, что наибольшее содержание органического вещества характерно для грубогумусового горизонта, наименьшее – для подзолистого и иллювиально-железистого. Содержание подвижной формы фосфора убывает в ряду: грубогумусовый горизонт, иллювиально-железистый горизонт, подзолистый горизонт. В иллювиально-железистом горизонте характерно накопление Mg, Ca, Al и Fe, а в подзолистом наблюдается снижение содержания Ca, Fe и Mg и увеличение содержания Si и Al, что согласуется с общими закономерностями формирования элементного состава подзолов. Впервые дано описание цвета сухой и влажной почвы с использованием цветовой шкалы почв Манселла. Цвет влажной почвы (по шкале Манселла): грубогумусовый горизонт 2,5/1 10R Reddish black, подзолистый горизонт 4/4 7,5R Brown, иллювиально-железистый 6/2 10 YR Light brownish gray. Дана оценка фракционного состава исследуемых почв. Наличие неотделяемых неразложившихся растительных остатков и песка в составе грубогумусового горизонта проявляется в значительной доле фракций 2–10 мм и 100–250 мкм соответственно. Для иллювиально-железистого горизонта, как и для подзолистого горизонта, характерно преобладание фракций 100, 250 и 45 мкм, при этом самые мелкие фракции преобладают в составе подзолистого горизонта, что можно объяснить процессами разрушения структур почвы в ходе подзолообразования. В ходе катенарного исследования подтверждено влияние типа элементарного ландшафта на элементный состав и мощность диагностических горизонтов подзолистой почвы.
северная тайга
альфегумусовые почвы
элементарный ландшафт
1. Пшеничников Б.Ф., Пшеничникова Н.Ф. Основы почвоведения и географии почв. Владивосток: Изд. ВГУЭС, 2006. 200 с.
Pshenichnikov B.F., Pshenichnikova N.F. Fundamentals of soil science and soil geography. Vladivostok: Izd. VGUES, 2006. 200 p. (in Russian).
2. Геоинформационная система «Атлас земель сельскохозяйственного назначения», Почвенный институт им. В.В. Докучаева. Москва, 2014. [Electronic resource]. URL: http://atlas.mcx.ru/materials/egrpr/content/adm/adm29.html (дата обращения: 20.11.2019).
Geographic Information System «Atlas of Agricultural Land», Soil Institute V.V. Dokuchaev. Moscow, 2014. [Electronic resource]. URL: http://atlas.mcx.ru/materials/egrpr/content/adm/adm29.html (date of access: 20.11.2019) (in Russian).
3. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. Введ. 01.01.1986. М.: Стандартинформ, 2016. 12 с.
4. М-02-0203-09. Методика выполнения измерений массовой доли натрия, кремния, кальция, титана, ванадия, хрома, бария, марганца, железа, никеля, меди, цинка, стронция, свинца, циркония, молибдена, алюминия, магния в порошковых пробах почв и донных отложениях рентгеноспектральным методом с применением энергодисперсионных рентгенфлуоресцентных спектрометров типа EDX фирмы Shimadzu. СПб., 2009. 20 с.
5. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. Введ. 01.07.1993. М.: Стандартинформ,1992. 8 с.
6. ГОСТ Р 54650-2011 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. Введ. 01.01.2013. М.: Стандартинформ, 2013. 12 с.
7. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота. Введ. 01.01.1985. М.: Стандартинформ, 2018, 11 с.
8. Munsell soil-color charts: with genuine Munsell color chips. Michigan: Munsell Color (Firm). 2017, 14 p.
9. Field Book for Describing and Sampling Soils, version 3.0. Natural Resources Conservation Service. 2012. [Electronic resource]. URL: https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_052523.pdf (date of access: 20.11.2019).
10. Жангуров Е.В., Старцев В.В., Дубровский Ю.А., Дымов А.А. Эколого-генетические особенности формирования иллювиально-железистых подзолов горной ландшафтной зоны приполярного Урала // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы XXIV Всероссийской молодежной научной конференции. 3-7 апреля 2017 г. Сыктывкар, 2017. С. 88-92.
Zhangurov E.V., Startsev V.V., Dubrovsky J.A., Dymov A.A. Ecological and genetic features of the formation of the illuvial glandular podzols of the mountain landscape zone of the polar Urals // Aktual’nyye problemy biologii i ekologii: materialy XXIV Vserossiyskoy molodezhnoy nauchnoy konferentsii. 3–7 aprelya 2017 g. Syktyvkar, 2017. P. 88–92 (in Russian).
11. Атлас Архангельской области: геологическая карта. М.: Научно-редакционная картосоставительная часть ГУГК, 1976. 1 к. (2 л.): цв.
Atlas of the Arkhangelsk oblast: geological map. M.: Nauchno-redakcionnaya kartosostavitel’naya chast’ GUGK, 1976. 1 k. (2 l.): tsv. (in Russian).

Подзолистые почвы преобладают на песчаных отложениях территорий, где среднегодовое количество осадков превышает 700 мм, и насчитывают приблизительно 485 млн га во всем мире. Они распространены в основном в умеренных и бореальных регионах Северного полушария: Скандинавии, на северо-западе России и в Канаде. Помимо «зональных» подзолов, встречаются и «внутризональные» подзолы как в умеренной зоне, так и в тропиках. Большинство зональных подзолов сформированы под пологом хвойно-доминирующих растительных сообществ. Онежский район Архангельской области расположен на южной границе подзоны глееподзолистых и подзолистых иллювиально-гумусовых почв Северной тайги Европейско-западно-сибирской таежно-лесной области подзолистых и дерново-подзолистых почв, в почвенном покрове которой широко распространены глееподзолистые почвы на суглинистых породах, Al-Fe-гумусовые подзолы на песчаных отложениях в сочетании с болотно-подзолистыми и торфяно-болотными почвами [1]. Для Архангельской области характерно преимущественное распространение подзолов и подзолистых почв (67 %) [2], однако данных о составе и свойствах почв области недостаточно.

В условиях нарастающего промышленного освоения северных территорий и трансграничного загрязнения немаловажным представляется установление состава и свойств наиболее распространенных типов почв как важного компонента окружающей среды, участвующего в накоплении и перераспределении загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов.

Цель исследования: характеристика состава подзолистой почвы Онежского района Архангельской области.

Материалы и методы исследования

Исследованию были подвергнуты почвы елово-соснового леса, отобранные в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 [3] в Онежском районе Архангельской области в сосново-еловом лесу на склоне холма (N63050.114’ E38025.003’ – N63050.338’ E38024.948’) осенью 2017 г. путем однократного отбора (рис. 1). Отбор проб производили таким образом, чтобы лицевая сторона почвенного профиля открывалась на наиболее освещенную восточную сторону для описания морфологического строения и определения цвета влажной почвы. Подготовка проб к последующему анализу включала высушивание до воздушно-сухого состояния и удаление неразложившихся остатков растений. Определение гранулометрического состава почвы осуществляли ситовым методом с применением аналитической просеивающей машины серии Retsch AS 200 Control в соответствии с инструкцией. Элементный состав почв был определен методом рентгено-флуоресцентного анализа с помощью энергодисперсионного рентгенфлуоресцентного спектрометра типа EDX (Shimadzu) в соответствии с аттестованной методикой рентгено-флуоресцентного анализа [4]. Подготовка проб к анализу включала дополнительное измельчение в шаровой мельнице до фракции примерно 71 мкм и таблетирование с использованием поливинилового спирта в качестве связуещего. Содержание органического вещества, подвижного фосфора и общего азота в почве определяли по ГОСТ 26213-91, ГОСТ Р 54650-2011 и ГОСТ 26107-84 [5–7] соответственно в аккредитованной испытательной лаборатории. С помощью цветовой шкалы почв Манселла (версии 2009 г.) [8] определяли цвет влажной почвы при прямом естественном освещении в соответствии с методикой [9]. ИК-спектры высушенных и измельченных в агатовой ступке проб записаны с использованием ИК-Фурье-спектрометра Vertex 70 (Bruker, Германия) и приставки нарушенного полного внутреннего отражения с алмазной призмой GladiATR(Pike Tech., USA). В качестве фона использовался атмосферный воздух.

kuzn1.tif

Рис. 1. Точки отбора проб на склоне холма: 1 – профиль № 1, 2 – профиль № 2, 3 – профиль № 3

Результаты исследования и их обсуждение

В геологическом плане территория исследования расположена в пределах Нижне-Онегорецкой депрессии, а в морфологическом плане на слабоволнистой равнине, сложенной песчано-глинистыми отложениями. Почвы района исследования сформированы на морских четвертичных отложениях (литологический состав – песок), что обеспечивает их промывной режим и формирование подзолов. Характеристика состава и свойств почвы приведены в таблице и на рис. 2, морфологическое строение профилей почвы приведено на рис. 3. Исследованные профили почвы имеют строение B-E-BHF-C, характерное для подзолов, сформированных в автоморфных условиях на песчаных породах, и различается мощностью выделенных диагностических профилей.

kuzn2.tif

Рис. 2. Распределение частиц почвы по фракциям

Наибольшее содержание органического вещества характерно для грубогумусового горизонта (53,4 ± 1,6 %), наименьшее – для подзолистого (0,41 ± 0,08 %) и иллювиально-железистого (0,46 ± 0,09 %). Содержание подвижной формы фосфора убывает в ряду: грубогумусовый горизонт (174 ± 35 мг/кг), иллювиально-железистый горизонт (83 ± 17 мг/кг), подзолистый горизонт (1,00 ± 0,35 мг/кг) (таблица). Содержание питательных веществ в подзолах низкое вследствие высокой степени выщелачивания. Питательные вещества растений сосредоточены в верхнем, грубогумусовом горизонте, где они высвобождаются в результате разложения органических остатков. Накоплению фосфора в иллювиально-железистом горизонте способствует возможность формирования железо- или алюмосиликатов.

Характеристика состава и свойств подзолистой почвы

Показатель

Грубогумусовый горизонт

Подзолистый

горизонт

Иллювиально-железистый горизонт

Органическое вещество, %

53,4 ± 1,6

0,41 ± 0,08

0,46 ± 0,09

Фосфор (подвижная форма), мг/кг

174 ± 35

1,00 ± 0,35

83 ± 17

Общий азот, %

0,017 ± 0,010

0,014 ± 0,010

Цвет сухой почвы (по шкале Манселла)

2,5/1 7,5YR

Black

5/8 10YR

Yellowish brown

8/1 2,5Y

White

Цвет влажной почвы (по шкале Манселла)

2,5/1 10R

Reddish black

4/4 7,5R

Brown

6/2 10 YR

Light brownish gray

Анализ распределения частиц почвы по фракциям (рис. 2) показал преобладание крупной фракции в составе грубогумусового горизонта, что объясняется наличием слаборазложившихся растительных остатков. Разложение органических веществ и гомогенизация грубогумусового горизонта подзолистой почвы происходят под воздействием ферментной системы грибов, мелких членистоногих и насекомых.

Продуктом продолжительного процесса разложения становятся гумусовые кислоты, способствующие миграции питательных элементов вниз по профилю почвы. Для грубогумусового горизонта наблюдается увеличение массы частиц размером 100–250 мкм в связи с наличием в его составе песчаной фракции, которая также может формировать агрегаты с участием органического вещества. Для иллювиально-железистого горизонта, как и для подзолистого горизонта, характерно преобладание фракций 100, 250 и 45 мкм, при этом самые мелкие фракции преобладают в составе подзолистого горизонта, что можно объяснить процессами разрушения структур почвы в ходе подзолообразования.

Анализ ИК-спектров исходных горизонтов почвы показал присутствие характеристических полос Al-O-Al, Si-O, O-Si-O, ярко выраженных для подзолистого, иллювиально-железистого и, в меньшей степени, грубогумусового горизонтов почв, соответствующих их минеральной составляющей (рис. 3). ИК-спектры подзолистого и грубогумусового горизонтов имеют полосу поглощения в районе 462 см-1, свидетельствующую о наличии оксидов железа. Минеральная составляющая может принимать участие в иммобилизации катионов путем ионного обмена (за счет групп Al-O(H)) и сорбции на положительно заряженных участках дефектных кристаллических решеток. Для грубогумусового горизонта характерным является наличие органических кислородсодержащих групп в составе почвенных компонентов (характеристическая полоса поглощения 1030 см-1), присутствие характеристических полос ионизированных -COO- групп (1370 см-1) и С=С ароматических структур (1600 см-1), что позволяет предположить взаимодействие органической составляющей почвы с ионами металлов по механизмам ионного обмена и комплексообразования.

kuzn3.tif

Рис. 3. ИК-спектры образцов почвы

Отношение интенсивностей характеристических полос поглощения длин волн 1730 и 1620 см-1 составило 1,0080; 1,0007 и 1,0014 для грубогумусового, подзолистого и иллювиально-железистого горизонта соответственно. Это свидетельствует о большем числе протонированных карбоксильных групп в составе компонентов, слагающих грубогумусовый и иллювиально-железистый горизонты, в то время как в подзолистом карбоксильные группы компонентов преимущественно связаны с катионами.

Катенарное исследование состава подзолистой почвы, сформированной на склоне холма, позволило выявить миграционные процессы в элементарном ландшафте. Они нашли свое отражение в строении и составе диагностических профилей почвы: на вершине холма преобладают процессы вымывания элементов и органического вещества, что приводит к формированию диагностических профилей разной мощности (рис. 4). Осаждение продуктов выветривания из органогенного горизонта обычно приводит к разной степени цементации слоев в пределах профиля почвы. Эти цементированные слои могут образовывать барьеры для вертикального проникновения корней деревьев и воды, что приводит к водонасыщенности слоя выше цементированного слоя. Нарастание мощности иллювиально-железистого горизонта в нижней части склона может привести к формированию водоупора и, в дальнейшем, оторфовыванию почвы.

kuzn4.tif

Рис. 4. Схема строения почвенных профилей: 1 – грубогумусовый, 2 – подзолистый, 3 – иллювиально-железистый горизонт, 4 – материнская порода

kuzn5.tif

Рис. 5. Схема распределения относительного содержания элементов в профилях № 1, № 2, № 3

Анализ содержания элементов в почве показал, что в иллювиально-железистом горизонте наблюдается накопление Mg, Ca, Al и Fe, а в подзолистом – снижение содержания Ca, Fe и Mg и увеличение содержания Si и Al, что согласуется с общими закономерностями формирования элементного состава подзолов [10]. Преобладание Al в подзолистом горизонте обусловлено наличием в Онежском регионе алевритов, к которым относятся полевые шпаты, содержащие в своем составе нерастворимые соединения с Al (рис. 5) [11].

Катенарное иследование показало влияние типа элементарного ландшафта на элементный состав и мощность диагностических горизонтов формирующихся в нем почв. Наблюдается вымывание легкорастворимых элементов из подзолистого горизонта и накопление их в подстилочно-торфяном и иллювиально-железистом горизонтах.

Выводы

С применением современного оборудования и общепринятых методик впервые охарактеризован состав и физико-химические свойства диагностических горизонтов подзолистой почвы Онежского района Архангельской области. Показано, что наибольшее содержание органического вещества характерно для грубогумусового горизонта, наименьшее – для подзолистого и иллювиально-железистого. Содержание подвижной формы фосфора убывает в ряду: грубогумусовый горизонт, иллювиально-железистый горизонт, подзолистый горизонт. В иллювиально-железистом горизонте характерно накопление Mg, Ca, Al и Fe, а в подзолистом наблюдается снижение содержания Ca, Fe и Mg и увеличение содержания Si и Al, что согласуется с общими закономерностями формирования элементного состава подзолов. Исследование структуры почв методом ИК-спектроскопии показало наличие двух групп активных центров связывания катионов металлов, характерных для органических и минеральных компонентов почвы. Впервые дано описание цвета сухой и влажной почвы с использованием цветовой шкалы почв Манселла. Фракционный состав почв отражает процесс подзолообразования: в грубогумусовом горизонте преобладают крупные фракции (соответствует медленному разложению растительных остатков), для подзолистого горизонта характерно максимальное количество мелких фракций (соответствует процессу разрушения и вымывания минеральной и органической составляющей), в подзолистом наблюдается укрупнение частиц за счет цементирования их Fe-гуминовыми комплексами. В ходе катенарного исследования подтверждено влияние типа элементарного ландшафта на элементный состав и мощность диагностических горизонтов подзолистой почвы. Полученные сведения могут найти свое применение в целях мониторинга подзолистых почв Онежского района, информация о химическом составе может быть полезна при прогнозировании удерживающей способности почв по отношению к катионам, в том числе тяжелых металлов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00552. Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием «Арктика» Северного (Арктического) федерального университета.


Библиографическая ссылка

Кузнецова И.А., Мироненко К.А., Бедрина Д.Д. ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ОНЕЖСКОГО РАЙОНА // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 12-2. – С. 288-293;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37303 (дата обращения: 24.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074