ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ КАРБОНАТОВ В ЧЕРНОЗЕМЕ ТИПИЧНОМ МОЩНОМ СТРЕЛЕЦКОЙ СТЕПИ

// Pochvovedenie. - 1950. — № 3. — S. 22-39.
9. Shumakov B.C. Tipy lesnykh kul'tur i plo-dorodie pochvy. — M.: Kolos, 1963. — 183 s.
10. Dudchenko L.V. Effektivnyi biologicheskii sposob podavleniya sornykh rastenii v polezashchitnykh lesnykh nasazhdeniyakh // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2012. — № 7. — S. 37-38.
11. Cheverdin Yu.I., Vavin V.S., Akhtyamov A.G., Voronin D.A. Rol' lesnykh nasazhdenii v
izmenenii svoistv chernozemov // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - 2014. — № 2. — S. 11-14.
12. Smirnov V.N. Metodika provedeniya polevykh pochvennykh issledovanii v lesu dlya sel'skokhozyaistvennykh tselei. — Ioshkar-Ola, 1958. — 165 s.
13. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Metody issledovaniya fizicheskikh svoistv pochv. — M.: Agropromizdat, 1986. — 416 s.
+ + +
УДК 631.4 З.Н. Тюгай, А.В. Дембовецкий, Е.Ю. Милановский
Z.N. Tyugay, A.V. Dembovetskiy, Ye.Yu. Milanovskiy
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ КАРБОНАТОВ В ЧЕРНОЗЕМЕ ТИПИЧНОМ МОЩНОМ СТРЕЛЕЦКОЙ СТЕПИ
VARIABILITY OF CARBONATES IN TYPICAL THICK CHERNOZEM OF THE STRELETSKAYA STEPPE
Ключевые слова: карбонаты, микрорельеф, влажность, чернозем типичный, чернозем выщелоченный.
Изучен комплекс почвенного покрова чернозема типичного мощного и чернозема с глубоко-выщелоченным профилем. Экспериментально подтверждена взаимосвязь между наличием локальных зон преимущественной миграции гравитационной влаги и зоны глубокого выщелачивания карбонатов в профиле чернозема. Длительное нахождение чернозема в условиях пара привело к общему увеличению содержания карбонатов в профиле и поднятию средней границы глубины их залегания.
Keywords: carbonates, microrelief, moisture content, typical chernozem, leached chernozem.
The soil complex of typical thick chernozem and the chernozem with deep-leached profile was studied. The relationship between the presence of local zones of preferential migration of gravitational moisture and the presence of the zone of deep-leaching of carbonates in the chernozem profile was experimentally proved. A long holding of the chernozem as a fallow resulted in overall increase in carbonate content in the profile and a raise of the average depth of their occurrence.
\
Тюгай Земфира Николаевна, к.б.н., с.н.с., фак-т почвоведения, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Тел.: (495) 939-01-64. Е-mail: zemfira53@yandex.ru. Дембовецкий Александр Владиславович, к.б.н., с.н.с., фак-т почвоведения, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Тел.: (495) 939-48-46. Е-mail: avd26@yandex.ru. Милановский Евгений Юрьевич, д.б.н., вед. н.с., фак-т почвоведения, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Тел.: (495) 939-01-64. Е-mail: milanovskiy@gmail.com.
Tyugay Zemfira Nikolayevna, Cand. Bio. Sci., Senior Staff Scientist, Soil Science Faculty, Lomonosov Moscow State University. Ph.: (495) 939-01-64. E-mail: zemfira53@yandex.ru.
Dembovetskiy Aleksandr Vladislavovich, Cand. Bio. Sci., Senior Staff Scientist, Soil Science Faculty, Lomonosov Moscow State University. Ph.: (495) 939-48-46. E-mail: avd26@yandex.ru. Milanovskiy Yevgeniy Yuryevich, Dr. Bio. Sci., Assoc. Prof., Leading Staff Scientist, Soil Science Faculty, Lomonosov Moscow State University. Ph.: (495) 939-01-64. E-mail: milanovskiy@gmail.com.
Введение
Установлено, что характерной особенностью профиля чернозема является наличие карбонатных новообразований. Детально изучены морфология, микроморфология, минералогический состав и условия формирования карбонатных новообразований [1-4]. Карбонатные новообразования, закономерно изменяясь по профилю, образуют опреде-
ленный для каждого подтипа чернозема набор зон преобладания тех или иных форм карбонатных выделений. Характер макро- и микроформ карбонатных новообразований, их распределение по профилю могут быть использованы для подтиповой диагностики черноземов и общей оценки водно-термических режимов. Менее детально изучены особенности пространственного рас-
пределения карбонатов по элементам рельефа. Рельеф, как известно, является главным фактором перераспределения солнечной радиации и осадков и тем самым оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы почв. Я.Г. Рысков, С.В. Мергель, И.В. Ковда, Е.Г. Моргун впервые для почв России изучили условия карбонатообразова-ния для почв гильгайного комплекса в Предкавказье [5]. Гильгайный микрорельеф представляет собой чередование округлых повышений и западин диаметром около 3 м с перепадом высот 30-40 см. Между отдельными элементами микрорельефа происходит перераспределение влаги. В результате чего в западине водный режим близок к периодически водозастойному атмосферного увлажнения, на повышении — к непромывному, на микроклоне носит контрастный характер. В соответствии с водным режимом на микроповышении формируется типчаково-злаковое разнотравье, на склоне — злаково-разнотравно-ситниковая ассоциация, в микропонижении — тростниково-осоково-ситниковая. На микроповышении происходит аккумуляция карбонатов, в понижении преобладают процессы их выщелачивания. Содержание карбонатов, граница вскипания и глубина максимального проявления карбонатных новообразований снижаются в направлении от микроповышений к микрозападине. Таким образом, почвообразование на каждом из элементов гильгайного микрорельефа имеет свои особенности, благодаря чему на участке протяженностью всего около 3 м формируется трехчленный почвенный комплекс (чернозем обыкновенный слитой, сли-тозем и лугово-болотная почва).
В.В. Добровольский на основании многочисленных полевых наблюдений установил приуроченность карбонатных стяжений к черноземам и близким им типам почв [6]. Автор также отмечает, что в распределении карбонатных выделений по элементам рельефа каких-либо закономерностей обнаружено не было.
Цель исследований — характеристика пространственного распределения карбонатов в черноземе типичном мощном под целинной растительностью и на участке длительный пар.
Объекты и методы исследования
Исследование проведено на территории Центрально-Черноземного биосферного заповедника им. В.В. Алехина (Курская область, Стрелецкая степь). Почвенный покров представлен черноземом типичным мощным, сформированным на лессовидном суглинке. В растительном покрове участка (целина) отмечено более 50 видов на 100 м2. Проектив-
ное покрытие травостоя 90-100%. Разнотрав-но-райграсово-вейниковая ассоциация. Доминанты: райграс высокий, вейник наземный. Разнотравье: буковица лекарственная, венечник ветвистый, вьюнок полевой, подмаренник настоящий, свербига восточная, горошек тонколистный, ластовен лекарственный. Из злаковых трав обильно встречаются кострец безостый, овсяница луговая, ковыль узколистный. Редко встречается ковыль опушенно-листный, из древесных пород — груша, яблоня, терн, боярышник, клен татарский, вяз, ясень, жимолость. Моховой покров выражен слабо.
Эксперимент проведен на площадке 40х50 м по сетке с шагом 10 м. В узлах сетки определяли полевую влажность термовесовым методом послойно через 10 см до глубины 150 см, а также содержание углерода карбонатов методом разложения хлорной кислотой в токе кислорода на АН — 7529. Карты пространственного распределения по слоям влажности и углерода карбонатов строились в программе SURFER 7.0.
Результаты и обсуждение
Самыми распространенными элементами микрорельефа водораздельного пространства Стрелецкой степи являются степные блюдца и бугорки [7]. Степные блюдца представляют собой замкнутые углубления круглой или овальной формы, глубиной чаще всего от 50 до 100 см и диаметром от 20-30 м. Пространство между блюдцами так же, как и вся территория увалов целиной степи, имеет бугорковую поверхность. Чаще всего бугорки достигают в поперечнике 1-2 м при высоте 15-20 см. Бугорковый микрорельеф, который продолжает образовываться и в настоящее время, в основном является результатом жизнедеятельности роющих животных (главным образом слепышей). Часть выбросов земли, которые производят роющие животные, закрепляются растительностью, а многие из них размываются дождями и постепенно нивелируются. Между бугорками, наряду с ровными поверхностями, развиты причудливой формы западины. Большинство из них замкнуто, но некоторые, соединяясь, образуют протоки, оканчивающиеся в блюдцах или спускающиеся к балкам [7].
Впервые нами была проведена топографическая съемка микрорельефа для 1-го неко-симого участка Стрелецкой степи. Построена крупномасштабная топографическая карта (1:1000) (рис. 1). Открытый опорный разрез типичного чернозема отмечен символом «О». Топографический материал позволил обнаружить не наблюдаемые визуально под травяным покровом гряды.
Гряды — вытянутые повышения, идущие вдоль общего пологого склона. Их чередова-
ние формирует на территории первого неко-симого участка Стрелецкой степи «грядовый» рельеф. Наиболее наглядное их представление дает трехмерное изображение поверхности (рис. 1 в). Экспериментальная площадка (выделена прямоугольником) совпала с одним из межгрядовых понижений (рис. 1 а). На рисунке 2 представлена карта микрорельефа экспериментальной площадки участка — некосимая степь. На исследованном нами участке выделяется четко понижение овальной формы с диаметром 25-35 м и перепадом высот (h = 0,53 м). Угол наклона понижения по линии тренда составляет 0,95о. Изоплеты глубин залегания карбонатов (рис. 3) четко повторяют изоплеты микрорельефа (рис. 2): в пределах площадки размером 40х50 м с перепадом высот h = 0,53 м (h min = 99,28 м —
точка № 4 и h max = 99,81 м — точка № 16) в черноземе типичном выделяется точка № 4, где карбонаты промыты вниз глубже 2 м. Соответственно, по почвенной классификации в данной точке можно выделить чернозем глубоковыщелоченный. В понижениях (точки № 7 и № 10) карбонаты промыты глубже 150 см.
Выборочное бурение с шагом 7 м на аналогичном элементе рельефа (С-Е, рис. 1 а) показало следующие глубины залегания карбонатного горизонта: 110-180-180-170-160110 см. В точке К, заложенной в центре замкнутого овального понижения диаметром 10-15 м с перепадом высот относительно основной поверхности (h = 2,5-3 м), карбонаты промыты до глубины 3,5 м (лимитировано длиной бура).
Рис. 1. Топографическая карта 1-го некосимого участка Стрелецкой степи (а), ее трехмерное изображение (в) и карта участка «длительный пар» (с), масштаб 1:1000
м
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
Рис. 2. Карта микрорельефа участка — некосимая степь
Рис. 3. Изоплеты глубин залегания карбонатов — некосимая степь
11) 15 20 25 30
впажюстъ, %
10 ?0 30 40
Рис. 4. Распределение содержания карбонатов и влажности по линии точек 2, 7 и 12
Рис. 5. Изоплеты границы вскипания карбонатов — длительный пар
Получается, что на небольшом участке размером 40х50 м с перепадом высот 0,53 м мы имеем следующий ряд почв: чернозем типичный мощный — чернозем типичный мощный слабовыщелоченный — чернозем типичный мощный глубоковыщелочен-ный. К выщелоченным черноземам мы относим такие почвы, у которых между нижней границей гумусового горизонта и верхней границей карбонатного лежит малогумусиро-ванный горизонт, не вскипающий от HCI. В мощных глубоковыщелоченных черноземах верхняя граница карбонатного горизонта лежит на глубине около 150 см и ниже. А для типичных мощных черноземов Стрелецкой
м
м
м
с
м
с
м
степи наиболее часто граница карбонатного горизонта залегает на глубине 90-120 см. Нами была высказана гипотеза о взаимосвязи между наличием зоны глубокого выщелачивания карбонатов в профиле типичного чернозема и наличием локальных зон преимущественной миграции гравитационной влаги. На рисунке 4 представлено профильное распределение содержания карбонатов и влажности по линии точек 2, 7 и 12, которое наглядно иллюстрирует наличие тесной связи между наличием зоны глубокого выщелачивания карбонатов в профиле типичного чернозема и наличием локальных зон преимущественной миграции гравитационной влаги.
Этот вывод подтверждается и результатами определения влажности по слоям после схода снежного покрова и модельным экспериментом по исследованию зоны и глубины промачивания типичного чернозема. Используя метод заливаемых площадок, было проведено определение водопроницаемости на склоне понижения (между точками 12 и 7). Через 6 ч произвели бурение и определение влажности по глубинам с шагом 10 см. Анализ данных по влажности показал, что поток влаги с глубиной смещается в сторону зоны глубоко выщелоченных карбонатов.
Изоплеты границы вскипания карбонатов на участке длительный пар показывают, что нахождение чернозема в условиях длительного пара привело к общему увеличению содержания карбонатов в профиле и поднятию средней границы глубины их залегания (рис. 5). Причина поднятия карбонатной границы на участке длительный пар может быть обусловлена их вертикальным поднятием с капиллярной каймой влаги. Другой механизм, обуславливающий поднятие карбонатной границы, может быть связан с их выпадением из почвенного раствора, насыщенного углекислотой, образующегося в результате минерализации органического вещества.
Выводы
1. Обнаружена четкая взаимосвязь между границей вскипания карбонатов и элементами микрорельефа: на межгрядовых повышениях карбонаты обнаруживаются уже с глубины 80-100 см, а в межгрядовых понижениях карбонаты промыты до глубины 160-250 см и ниже.
2. Сопряженный анализ пространственного распределения влажности и карбонатов почвы свидетельствует о наличии обособленных зон преимущественной миграции влаги, к которым приурочены выщелоченные черноземы с максимально глубокой карбонатной границей.
Библиографический список
1. Афанасьева Е.А. Черноземы СреднеРусской возвышенности. — М.: Наука, 1966.
— С. 224.
2. Алексеев В.Е., Шурыгина Е.А. Исследование карбонатов в черноземах Молдавии методом термического анализа / / Почвоведение. — 1973. — № 4. — С. 114-121.
3. Лебедева И.И., Овечкин С.В. Карбонатные новообразования в черноземах левобережной Украины // Почвоведение. — 1975.
— № 11. — С. 14-30.
4. Личманов Б.В., Долгов С.И. Влияние лесных полос в Кулундинской степи на распределение в почве гумуса и карбонатов // Почвоведение. — 1964. — № 9. — С. 11-18.
5. Рысков Я.Г., Мергель С.В., Ковда И.В., Моргун Е.Г. Стабильные изотопы углерода и кислорода как индикатор условий формирования карбонатов почв // Почвоведение. — 1995. — № 4. — С. 405-414.
6. Добровольский В.В. Карбонатные стяжения в почвах и почвообразующих породах Центрально-Черноземной области // Почвоведение. — 1956. — № 5. — С. 31-42.
7. Большаков А.Ф. Водный режим мощных черноземов средне-русской возвышенности. — М.: Изд-во Академии наук СССР 1961. — С. 200.
References
1. Afanas'eva E.A. Chernozemy Sredne-Russkoi vozvyshennosti. — M.: Nauka, 1966. — S. 224.
2. Alekseev V.E., Shurygina E.A. Issledo-vanie karbonatov v chernozemakh Moldavii metodom termicheskogo analiza // Pochvovedenie. — 1973. — № 4. — S. 114-121.
3. Lebedeva I.I., Ovechkin S.V. Karbonat-nye novoobrazovaniya v chernozemakh levoberezhnoi Ukrainy // Pochvovedenie. — 1975. — № 11. — S. 14-30.
4. Lichmanov B.V., Dolgov S.I. Vliyanie lesnykh polos v Kulundinskoi stepi na raspredelenie v pochve gumusa i karbonatov // Pochvovedenie. — 1964. — № 9. — S. 11-18.
5. Ryskov Ya.G., Mergel' S.V., Kovda I.V., Morgun E.G. Stabil'nye izotopy ugleroda i kisloroda kak indikator uslovii formirovaniya karbonatov pochv // Pochvovedenie. — 1995.
— № 4. — S. 405-414.
6. Dobrovol'skii V.V. Karbonatnye styazhe-niya v pochvakh i pochvoobrazuyushchikh porodakh Tsentral'no-Chernozemnoi oblasti // Pochvovedenie. — 1956. — № 5. — S. 31-42.
7. Bol'shakov A.F. Vodnyi rezhim moshchnykh chernozemov Sredne-russkoi vozvyshennosti. — M.: Izd-vo Akademii nauk SSSR, 1961. — S. 200.
+ + +