<<
>>

Гумус и азот почв тундры и лесотундры

В тундре и лесотундре изучение содержания и состава органического вещества проводилось на нескольких геоморфологических профилях, характеризующих изменение растительности и почв в связи с вертикальной поясностью, которая проявляется достаточно отчетливо, особенно в лесотундре. Ниже приводится характеристика растительности и почв наиболее типичных профилей.

Титовский профиль заложен в тундровой зоне в северо-западной части Мурманской области. Возвышенность от подножия до вершины покрыта тундровой растительностью, состоящей в основном из трех компонентов: карликовой березки, вороники и лишайников, каждый из которых может доминировать на разных участках в зависимости от условий увлажнения.

На вершине возвышенности много открытых пятен, лишенных растительности. Почвы охарактеризованы по четырем разрезам: разрез 89 заложен у подножия холма на выровненном участке, разрезы 87 и 88 - в верхней части южного склона, разрез 85 - на вершине. Сопоставление морфологических признаков почв этого профиля свидетельствует о нарастании оподзо- ленности от вершины горы к подножию. На нижних частях склонов формируются типичные подзолы с явно выделяющимся подзолистым горизонтом белесовато-серого цвета. Вверх по склону цвет этого горизонта становится более темным благодаря прокрашиванию его грубым гумусом. На вершине возвышенности почвы не имеют подзолистого горизонта (разрезы 85, 87), профиль их слабо дифференцирован. Образование таких почв связано с близким залеганием во- доупора - коренных кристаллических пород, что приводит к некоторому переувлажнению нижней части профиля и появлению там признаков тиксотропности. Перепад высот составляет 60 м.

Печенгский профиль заложен также в северо-западной части области, но в лесотундре. Нижняя часть склона возвышенности покрыта редкостойным березняком с ерниково—лишайниково-вороничным напочвенным покровом. Восточный склон, а также вершина покрыты воронично-лишайниковой и лишайниково-вороничной ассоциациями с участием карликовой березки. Разрез 83 заложен у подножия возвышенности, разрез 84 - в средней части склона, разрезы 81, 82 - на вершине. Перепад высот - 50 м.

Лепсечский профиль также характеризует почвы лесотундровых редкостойных березняков, сочетающихся с тундровыми растительны-

ми группировками, которые покрывают повышенные элементы рельефа, Плакорные межгорные пространства и южный склон возвышенности заняты березовым редколесьем, а вершина и северный склон - лишайниково-вороничной тундровой растительностью. Разрез 63 заложен в плакорных условиях у подножия возвышенности в лишайниково-вороничном березняке. Разрезы 58 и 59 характеризуют почвы верхней и нижней частей южного склона под мохово— кустарничковым березняком, а разрез 62 заложен на северном склоне под лишайниково-вороничной тундрой. Перепад высот - 52 м.

Серебрянский профиль отражает изменение растительности и почв в лесотундре. Вершина горы покрыта лишайниковой тундрой с незначительным участием в растительном покрове толокнянки и сильно угнетенной карликовой березки (разрез 64). Среднюю часть юго- западного склона занимает воронично-лишайниковое березовое редколесье (разрез 71), а нижнюю — зеленомошно-вороничный березняк (разрез 70). Перепад высот - 64 м.

Как было показано выше, сопоставление морфологических признаков почв, развивающихся в разных экологических условиях, свидетельствует об уменьшении их оподзоле иноети по мере повышения местности и в связи со сменой растительности.

Гумусовый профиль почв при этом также заметно изменяется (рис. 3).

В тундровой зоне (Титовский профиль) изменение гумусового профиля почв в связи с вертикальной поясностью характеризуется уменьшением степени выраженности элювиально-иллювиального перераспределения органического вещества по профилю почвы. В почвах: нижних частей склонов распределение гумуса по профилю имеет вид бимодальной кривой (Гришина, Орлов, 1977) с двумя максимумами накопления органического вещества: в органогенном горизонте, где оно coctqht в основном из растительных остатков, и в иллювиальном, где осаждаются органо-минеральные комплексы, мигрирующие из элювиальных горизонтов. Содержание гумуса в иллювиальном горизонте этих почв достигает 3—4%, а в подзолистом - около 1%.

Выше по склону формируются почвы, отличающиеся менее выраженной профильной дифференциацией органического вещества. Выравнивание содержания гумуса в элювиальной и иллювиальной частях профиля происходит здесь как в результате возрастания его в подзолистом горизонте, так и за счет менее интенсивной аккумуляции гумуса в иллювиальном горизонте.

Плоские вершины возвышенностей в тундровой зоне покрыты весьма угнетенной и изреженной растительностью. На маломощном покрове рыхлых отложений здесь формируются почвы с достаточно выраженным подзолистым горизонтом или без него. При наличии бокового дренажа возможно формирование подзолов, для которых характерна высокая гумусированность и подзолистого, и. иллювиального горизонтов. При затрудненном дренаже образуются почвы со слабодифференцированным профилем, для которого характерны отсутствие подзолистого горизонта и постепенное снижение содержания гумуса с глубиной (разрез 85). Под органогенным горизонтом в таких поч-

вах залегает гумусо-иллювиальный горизонт, обогащенный вмы— тым гумусом.

Изменение содержания азота в почвах подчиняется таким же зависимостям, что и изменение содержания гумуса, поскольку азот почти полностью входит в состав органических веществ, в частности в состав гумусовых соединений. Отношение С • N в почвах тундры мало изменяется по профилю, если не принимать во внимание органогенные горизонты, в которых оно очень широкое.

В лесотундровой зоне изменение гумусового профиля под влиянием вертикальной природной поясности проявляется более отчетливо, чем в тундровой зоне. Рассмотрим гумусовые профили почв Лепсечского геоморфологического профиля, типичного для лесотундры Кольского полуострова.

Почвы равнинных березняков, формирующихся в относительно сухих местоположениях (разрез 63), отличаются невысокой гумусированное тью. Это обусловлено сравнительно небольшим объемом опада, поступающего на почву, а также интенсивным промыванием почвенной толщи и выносом органических веществ за пределы почвенного профиля. Оподзоливание здесь выражено наиболее четко, содержание гумуса в подзолистом горизонте не достигает даже 0.5%. В почве южного склона (разрез 59) в условиях достаточного увлажнения под более богатым растительным покровом, наряду с возрастанием мощности органогенного горизонта, происходит заметное обогащение органическим веществом минеральных горизонтов, как подзолистого, так и иллювиального. В этой почве, так же как и в почве под равнинным березняком, ярко проявляется элювиально-иллювиальное перераспределение органического вещества по профилю почвы.

Интенсивность накопления гумуса в иллювиальном горизонте увеличивается вверх по южному склону в пределах распространения березового редколесья. В этом же направлении возрастает содержание органического вещества в подзолистом горизонте. Максимум гумусонакопления в минеральной толще почвы приходится на верхнюю часть иллювиального горизонта.

На вершине возвышенности, покрытой тундровой растительностью, разница в содержании гумуса в подзолистом и иллювиальном горизонтах уменьшается. Подзолистый горизонт в таких почвах значительно обогащен органическим веществом, поэтому здесь возможно иное распределение гумуса по профилю: постепенное уменьшение его содержания в пределах минеральной толщи почвы. В почве вершины на Серебрянском геоморфологическом профиле (разрез 64) за счет высокого содержания гумуса в подзолистом горизонте иллювиальный максимум не выражен. В аналогичной почве Печенгского профиля (разрез 81) подзолистый горизонт отсутствует, поэтому под органогенным горизонтом залегает иллювиально-гумусовый горизонт, обогащенный гумусом. Почвы северного склона Лепсечского профиля сформировались под тундровой растительностью. Для них также характерно значительное накопление гумуса в горизонте А2 (разрез 62).

Таким образом, изменение гумусового профиля почв в зависимости от рельефа подчиняется вполне определенной закономерности: гумусированность подзолистого горизонта возрастает от подошвы возвышенности к ее вершине, в этом же направлении уменьшается профильная дифференциация органического вещества, Обогащенность гумуса азотом, о чем свидетельствуют величины соотношения С:1\!? в почвах плакоров и нижних частей склонов ббльшая, чем в почвах вершин и верхних частей склонов. Особенно отчетливо такая зависимость проявляется в подзолистых горизонтах.

Изменения характера профильной дифференциации органического вещества под влиянием экологических условий формирования почв отражаются не только на содержании гумуса, но и на его составе. Среди факторов, вызывающих изменение состава гумуса в пределах почвенного профиля, важнейшими являются следующие: 1) размеры накопления на поверхности почвы растительных остатков и степень их трансформации под влиянием биохимических процессов; 2) интенсивность минерализации и гумификации органического вещества, которая протекает в основном в органогенном горизонте с образованием различных продуктов, как способных к передвижению по профилю почвы, так и остающихся на месте их образования; 3) перенос продуктов гумификации (почти исключительно фульвокислот) вниз по профилю с нисходящим током воды; 4) аккумуляция органического вещества в иллювиальном горизонте в виде комплексов фульвокислот с полуторными окислами. Все эти процессы в совокупности приводят к резкой дифференциации профиля по содержанию и фракционно-групповому составу органического вещества. Степень выраженности такой дифференциации зависит от интенсивности проявления подзолообразовательного процесса, которая в свою очередь определяется биоклиматическими факторами.

В тундровой зоне состав органического вещества почв связан с положением почв относительно рельефа местности. В почвах Титов- ского геоморфологического профиля (рис. 4), который характеризует изменение почв по высоте в тундровой зоне, где березовые леса отсутствуют не только на вершинах возвышенностей, но и на южных склонах, и на равнинных пространствах, профильная дифференциация органического вещества проявляется весьма отчетливо и в определенной мере зависит от экологических условий формирования почв.

Максимальное содержание веществ, переходящих в спирто-бензольную вытяжку (битумов), в этих почвах приурочено к органогенному горизонту и составляет 3-6% от массы почвы. В минеральных горизонтах абсолютное количество битумов невелико (менее 1%), однако в пересчете на общий углерод это составляет 25—30%, причем в подзолистом горизонте доля этой фракции в составе гумуса заметно возрастает по сравнению с подстилкой. Эти два горизонта представляют собой горизонты аккумуляции спирто-бензольной фракции, накапливающейся здесь из-за малой ее доступности микроорганизмам в недостаточно хороших условиях аэрации (Тюрин, 1937).

В иллювиальном и в более глубоких горизонтах почв эта фракция

Рис, 4, Состав органического вещества почв тундры и лесотундры (углерод, фракции, % от общего углерода).

1 — спирто-бензольная фракция, 2 — фракции 1—3 гуминовых кислот, 3 - фракции 1-3 фульвокислот, 4 - фракция 1а фульвокислот, 5 - остаток.

присутствует в незначительных количествах, а в некоторых почвах вообще отсутствует.

Среди фракций гуминовых кислот в этих почвах, так же как и в аналогичных почвах других районов Севера (Барановская, 1951; Морозова, 1959; Таргульян, 1971; Арчегова, 1972), преобладают первая и третья. Фракция 2, которая связана с кальцием, как правило, отсутствует.

Содержание гуминовых кислот фракции 1 закономерно изменяется по профилю почв. Большая часть их запаса сосредоточена в органогенном горизонте. В пределах минеральной толщи распределение их неравномерно. В иллювиально-гумусовых подзолах с хорошо выраженным подзолистым горизонтом наблюдается отчетливая диф- ференциация этой фракции по профилю, обусловленная иллювиальным накоплением в горизонте В^. Количество гуминовых кислот здесь всегда больше по сравнению с вышележащим подзолистым горизонтом. Накопление гуминовых кислот в иллювиальном горизонте, по- видимому, связано с их миграцией из органогенного горизонта, поскольку образование этих кислот на месте в таких значительных размерах маловероятно. Иллювиальные горизонты обладают неблагоприятными физическими свойствами, вследствие чего корневые системы растений развиваются преимущественно в более верхних горизонтах.

На вершинах возвышенностей в тундровой зоне в определенных условиях, главным образом при наличии близко залегающего водо- упора в виде коренных пород, формируются почвы, лишенные подзолистого горизонта. В таких почвах, примером которых могут служить разрезы 85 и 87, содержание гуминовых кислот постепенно снижается в пределах минеральной толщи; максимальное их количество обнаруживается в верхней части иллювиального горизонта, залегающего непосредственно под органогенным горизонтом.

Суммарное количество гуминовых кислот фракций 1 и 3 в тундровых почвах составляет 20-25% от общего содержания углерода, причем эта величина мало изменяется по профилю.

Содержание и фракционный состав фульвокислот в значительно большей степени, чем количество гуминовых кислот дифференцированы по генетическим горизонтам. Эта группа гумусовых веществ обладает очень высокой’ подвижностью и миграционной способностью в пределах почвенного профиля. Перераспределение фульвокислот по горизонтам в подзолистых почвах тундры происходит так же интенсивно, как и в почвах других природных зон Кольского полуострова (Алексеева, Переверзев, 1974; Алексеева, Кислых, Переверзев, 1975). В элювиальной части профиля абсолютное и относительное содержание фульвокислот сравнительно невелико и, как правило, близко или несколько превышает содержание гуминовых кислот (отношение Сгк:Сфк около 1). Наиболее подвижные фульвокислоты фракции 1а в органогенном и подзолистом горизонтах не накапливаются, а мигрируют вниз по профилю, поэтому в этих горизонтах среди фульвокислот преобладают фракции 1 и 3.

Иллювиальные горизонты тундровых почв содержат гумус весьма специфического состава. Главной отличительной особенностью его является подавляющее преобладание фульвокислот над гуминовыми кислотами. Больше всего фульвокислот накапливается в самой верхней части иллювиального горизонта, сразу же под подзолистым, а если его нет, то под органогенным. Резкое возрастание их содержания при переходе от элювиальных горизонтов к иллювиальным происходит за счет аккумуляции в иллювиальных горизонтах больших количеств фульвокислот фракции 1а в результате осаждения их здесь в виде комплексов с полуторными окислами. Как правило, на долю этой фракции приходится более половины всего органического углерода, содержащегося в верхней части иллювиального горизонта. Количество фульвокислот фракции 1 также увеличивается в иллювиальном горизонте, но менее отчетливо.

В тундровой зоне довольно широко распространены иллювиальногумусовые подзолы, у которых морфологически хорошо выражен переходный горизонт              имеющий серовато-бурую или серовато

охристую окраску, отличную от окраски подзолистого и иллювиального горизонтов. Состав органического вещества в переходных горизонтах имеет черты как аккумулятивного, так и иллювиального гумуса. Содержание фульвокислот в них значительно выше, чем в подзолистом, но их относительное количество не достигает величин, свойственных гумусу типично иллювиальных горизонтов. Отношение Ср^:Сфк в них составляет 0.4-0.6, тогда как в иллювиальных горизонтах оно обычно меньше 0.4.

В почвах нижних частей склонов более выражены признаки опод- золивания, в них более отчетливо проявляется профильная дифферен*- циация содержания и состава гумуса. Соотношение групп и фракций органического вещества в отдельных генетических горизонтах этих почв носит контрастный характер. На вершинах и в верхних частях склонов в профиле часто отсутствует подзолистый горизонт А2 или он замещен переходным горизонтом А2В, а гумус иллювиальных горизонтов характеризуется более высокими показателями Сгк:Сфк.

Изменение состава органического вещества в зависимости от экологических условий формирования почв в лесотундре рассмотрим на примере почв Лепсечского геоморфологического профиля. В почвах березовых редколесий, развитых в плакорных условиях и на южном склоне возвышенности, наиболее четко проявляется элювиальноиллювиальное перераспределение состава гумуса по профилю. Это касается не только соотношения гуминовых и фульвокислот в разных генетических горизонтах, но и абсолютного содержания отдельных фракций гумусовых кислот. Так же как и в тундровых почвах, содержание гуминовых кислот в иллювиальном горизонте выше, чем в подзолистом. Так, содержание гуминовых кислот фракции 1 в подзолистом горизонте почв березняков составляет всего 0.04-0.10%, а в иллювиальном оно достигает 0.12-0.82%. Количество их увеличивается от почвы равнинного березняка (разрез 63) до почвы березняка в верхней части склона. Фракция 3 гуминовых кислот 9 меньшей степени подвержена профильной дифференциации, содержание ее почти не изменяется с глубиной.

Содержание фу львокисл от в горизонте почв березняков может достигать 70-77% от общего содержания органического вещества. Фракционный состав фульвокислот также претерпевает значительные изменения в профиле почв березняков, В органогенном и подзолистом горизонтах преобладают фракции 1 и 3, а доля фракции 1а обычно не превышает 1—3% от общего содержания углерода, В иллювиальных же горизонтах эта фракция становится преобладающей, ее относительное содержание увеличивается до 45-50% от общего содержания углерода,

В почвах северных склонов и вершин возвышенностей под тундровой растительностью также достаточно отчетливо проявляется профильная дифференциация органического вещества, однако интенсивность выноса гумусовых веществ из элювиальной части профиля и накопления его в иллювиальном горизонте в тундровых почвах значительно ниже, чем в почвах березняков. Это выражается в том, что содержание гуминовых кислот в подзолистых горизонтах тундровых почв достигает больших величин, а иллювиальный максимум фульвокислот в горизонте выражен в меншей степени, чем это характерно для почв березняков, В результате этого соотношение С ;Сфк в иллювиальных горизонтах составляет в тундровых почвах 0.3-0.5, а доля фульвокислот уменьшается до 50-60% от общего содержания углерода. Следовательно, в ряду почв от. плакорных березняков до тундровых вершин интенсивность профильной дифференциации состава органического вещества, так же как и его валового содержания, ослабевает.

Некоторая часть органического вещества почв не извлекается органическими растворителями, кислотой и щелочью и представляет собой негидролизуемый остаток. В разных генетических горизонтах состав и природа остатка неодинаковы. В подстилках и торфянистых горизонтах он в значительной мере состоит из неспецифических органических веществ, составляющих негумифицированные и слабогуми- фицированные растительные остатки. В подзолистом горизонте также присутствует некоторое их количество, кроме того, часть органического вещества прочно связана с минеральными частицами и по своей природе близка к гумусовым веществам. По-видимому, эта часть гумуса в песчаных подзолах сравнительно невелика, поскольку они бедны вторичными минералами и илистыми частицами, играющими основную роль в закреплении почвой гумусовых веществ. В иллювиальных горизонтах в составе негидролизуемого остатка такие вещества, очевидно, преобладают, поскольку в нем содержится очень мало грубого слабодисперсного гумуса.

Относительное содержание нерастворимого остатка в разных генетических горизонтах также различно. В органогенных горизонтах доля остатка составляет более одной трети от общего количества органического вещества, в подзолистом - примерно 20-30%, а в иллювиальном - обычно менее 10%# Такое распределение этой группы веществ по генетическим горизонтам согласуется с особеиноетя-

Данные по групповому и фракционному составу гумуса почв Се— ребрянского профиля, растительность которого характеризуется такой же сменой редкостойных березняков тундровыми ассоциациями по мере продвижения от подножия горы к вершине, в целом подтверждают выводы, сделанные на основе рассмотрения данных по Лепсечскому профилю. В тундровой почве вершины (разрез 64) содержание гуминовых кислот в пределах минеральной части профиля снижается с глубиной без иллювиального максимума в горизонте

Печенгский профиль отличается от других геоморфологических профилей лесотундры преобладанием в растительном покрове тундровых ассоциаций не только на вершине возвышенности, но и на верхних и средних частях восточного склона, что связано с более суровыми климатическими условиями этого района. В березовом редколесье у подножия горы сформировалась типичная иллювиально-гумусовая подзолистая почва (разрез 83) с гумусовым профилем, характеризующимся заметным накоплением органического вещества в иллювиальном горизонте. Подзолистый горизонт этой почвы, с одной стороны, содержит довольно значительное количество фульвокислот, преимущественно фракции 2 и 3. Вследствие этого отношение Срк:Сфк составляет здесь всего 0.3, что не характерно для органического вещества подзолистых горизонтов. С другой стороны, количество фульвокислот фракции 1а в этом горизонте сравнительно невелико - 6% от общего содержания углерода. Следовательно, органическое вещество подзолистых горизонтов почв, сформировавшихся в суровых климатических условиях, может иметь черты, свойст*- ценцые элювиальному и иллювиальному гумусу. По данным разреза 84 этого же геоморфологического профиля, подзолистый горизонт имеет и некоторые морфологические признаки переходного (от А2 к В) горизонта. Органическое вещество в нем также содержит значительное количество фульвокислот. На вершине возвышенности под тундровой растительностью сформировались почвы без ясно выраженного подзолистого горизонта.- Верхняя часть минеральной толщи, лежащая под торфянистым горизонтом, пропитана иллювиальным гумусом, в составе которого преобладают фульвокислоты. В почвах этого геоморфологического профиля, так же как и в почвах других районов, с увеличением высоты местности снижается интенсивность элювиально-иллювиального перераспределения гумуса.

Как уже отмечалось выше, гумусовый профиль подзолистых почв на легких по механическому составу породах формируется путем интенсивного выноса из элювиальных горизонтов легкоподвижных органических веществ, главным образом кислоторастворимых фульвокислот (фракция 1а), в форме органо-минеральных комплексов с полуторными окислами и закрепления их в иллювиальном горизонте. Интенсивность выноса и закрепления несиликатных форм железа и алюминия зависит от степени проявления иллювиально-гумусового процесса, которая, как было показано выше, обусловлена условиями формирования почв. О масштабах аккумуляции полуторных окислов

в иллювиальных горизонтах подзолистых почв можно судить по результатам анализов кислотной вытяжки, которая выделяется при определении группового состава органического вещества почв - де- кальцировании. Результаты этих анализов по двум геоморфологическим профилям представлены в табл. 11.

В тундровых и лесотундровых почвах профильная дифференциация кислоторастворимых форм железа и алюминия выражена очень резко. Благодаря интенсивному выносу этих элементов из подзолистого горизонта и аккумуляции их в иллювиальном горизонте формируется профиль почвы, в котором содержание кислоторастворимых форм железа и алюминия изменяется скачкообразно: от значительного накопления их в горизонте Aq к резкому снижению в подзолистом и к еще большей, чем в подстилке, аккумуляции в иллювиальном горизонте. Такая же закономерность наблюдается и в распределении по профилю почв содержания кислоторастворимой фракции фуль- вокислот. Такой параллелизм в распределении подвижных форм полуторных окислов и гумусовых веществ свидетельствует о том, что органическое вещество передвигается по профилю иллювиально-гумусовых подзолистых почв в составе комплексов с железом и алюминием, а не с кальцием и магнием, количество которых, как показывают результаты валовых анализов, .мало меняется по профилю почв. В кислоторастворимых формах полуторных окислов во всех горизонтах, особенно в иллювиальных, преобладает алюминий.

Геоморфологическое положение почв влияет на изменение содержания кислоторастворимых форм полуторных окислов в подзолистых горизонтах. В связи с уменьшением оподзоливания при возрастании высоты местности количество полуторных окислов (так же как и содержание органического вещества, в том числе и кислоторастворимого) в подзолистом горизонте увеличивается. В иллювиальных горизонтах такая закономерность не проявляется, поскольку на интенсивность осаждения и характер распределения полуторных окислов в пределах иллювиальной толщи почвы большое влияние оказывают многие факторы: гидрологический режим почвы, ее сложение и наличие валунов. Поэтому распределение кислоторастворимых форм полуторных окислов и органического вещества от верхней границы иллювиального горизонта до почвообразующей породы, в целом уменьшаясь, в разных почвах может быть неодинаковым. В большинстве случаев наибольшей аккумуляцией кислоторастворимых полуторных окислов отличается самая верхняя часть иллювиального горизонта, а с глубиной содержание их более или менее резко убывает.

В иллювиальных горизонтах за счет аккумуляции органо-минеральных веществ накапливается значительное количествр полуто]gt;- ных окислов. Содержание кислоторастворимого алюминия в верхней части иллювиального горизонта может составлять до 15% от валового. Доля кислоторастворимого железа заметно меньше и обычно не превышает 5%, лишь в отдельных случаях достигает 10%. В подзолистом горизонте количество кислоторастворимых полуторных окислов не превышает 1—2%.

Таблица 11 Состав сернокислой вытяжки из почв тундры и лесотундры

Jsfe

раз

реза

Мес топ оложе ние; растительность

Гори

зонт

Глуби—

% от почвы

% от валового содержания

на, см

с

FeA

АЪА

с

FeA

АгА

Лепсе’

1C КИЙ П[

эофиль

63

Плакор; березо-

Ап

0-1

0.36

0.09

0.30

2

2.4

2.5

вое криволесье

а2

1-7

о.оз

0.02

0.03

14

0.8

0.3

вороничное

bi

7-12

0.83

0.29

2.49

48

5.2

15.0

в2

12-21

0.26

О.Ц

1.18

46

2.7

7.6

59

Нижняя часть

А0

0-6

0.40

0.09

0.60

1

3.4

/>4.1

южного склона;

А2

6-11

0.01

0.01

0.02

3

0.5

0.2

березовое кри-

bi

11-21

1.12

0.34

1.38

46

7.3

9.0

волесье чернич-

в2

21-31

0.73

0.15

1.26

49

3.8

8.8

ное

ВС

31-40

0.58

О.Ц

1.21

48

2.5

7.6

40-50

0.29

0.05

0.72

50

1.2

5.0

57

Вершина горы;

Ао

0-8

0.53

0.15

0.50

1

4.0

3.6

вороничная

а2

10-13

0.13

0.08

0.16

7

1.8

1.2

тундра

В1

13-22

0.40

0.34

1.54

14

5.9

10.2

в2

28-38

0.73

0.23

1.00

44

5.3

6.8

40-50

0.24

0.06

0.44

56

1.3

3.0

(

Серебря 1

ТС К ИЙ П|

рофиль

70

Нижняя часть

Ао

0-4

0.56

0.08

0.19

1

3.6

2.0

западного скло

а2

4-15

0.02

0.01

0.04

8

0.5

0.3

на; березняк

В

15-25

0.53

0.28

0.81

57

7.9

6.0

вороничный

25-37

0.74

0.34

1.81

59

10.6

12.0

ВС

3 7-45

0.30

0.12

0.91

67

3.5

5.3

64

Вершина горы;

А0

0-3

0.56

0.21

0.53

1

7.1

4.0

лишайниковая

а2

3-6

О.Ц

0.06

0.06

3

/>1.9

0.5

тундра

В1

6-18

1.18

0.26

1.98

58

6.5

13.0

в2

18-25

0.39

0.10

0.72

66

3.8

5.1

ВС

30-40

0.24

0.10

0.64

65

4.1

3.2

Если сопоставить изменение по профилю почв содержания валовых и кислоторастворимых полуторных окислов, то можно заметить, что увеличение общего их количества в иллювиальном горизонте по сравнению с подзолистым обусловлено в значительной степени накоплением здесь кислоторастворимой формы. Для почвы равнинных березняков (разрез 63) были получены следующие данные: разность валового содержания              в подзолистом и иллювиальном гори

зонтах составляет 5.34%, а кислоторастворимого - 2.46%, т.е.

46% прироста общего количества этого элемента вызвано увеличением содержания кислоторастворимой формы. Для железа доля кислоторастворимой формы в увеличении валового Fe^O ^ значительно меньшая - всего 9%. В почве, сформировавшейся на склоне (разрез 59), эти величины составляют 51 и 12% соответственно, а в почве вершины Лепсечского профиля (разрез 57) - 60 и 18%. Следовательно, чем суровее условия, в которых формируется почва, тем больше растворимость органо-минеральных комплексов в кислоте.

Таким образом, изучение состава кислотной вытяжки из почв позволяет выявить особенности миграции по профилю почв подвижных форм полуторных окислов и гумусовых веществ в зависимости от биоклиматических условий формирования почв. Общая тенденция к уменьшению оп од золе иное ти почв и интенсивности перераспределения химического состава и органического вещества по профилю почв в более суровых климатических условиях проявляется и в отношении профильного распределения кислоторастворимых форм железа и алюминия.

Вещества, переходящие в водную вытяжку, представляют собой наиболее подвижную часть почвенного органического вещества. Благодаря своей лабильности и динамичности они принимают большое участие в процессах почвообразования и гумусообразования. Водорастворимые вещества неспецифической природы, главным образом органические кислоты и аминокислоты, вызывают распад первичных минералов, особенно при выветривании богатых по минералогическому составу полимиктовых пород, и участвуют в миграции продуктов деструкции минералов по профилю почвы (Bloomfield, 1965; Соколова, 1965; Кауричев, 1967; Bruckert, Jacquin, 1969; Davies, 1971). В состав водорастворимых веществ входят и гумусовые кислоты, которые также участвуют в выветривании минеральной части почвы (Кононова и др., 1964; Пономарева, Рагим- Заде, 1969). Наличие подвижных органических веществ определяет интенсивность биохимических процессов превращения гумуса и азота в почвах (Рыбалкина, Кононенко, 1961; Купревич, Щербакова, 1966), в связи с чем часто наблюдается достоверная коррелятивная зависимость между различными показателями биологической активности и содержанием водорастворимого гумуса в почве (Переверзев, Головко, 1974; Переверзев, 1976). Некоторые из полученных данных приведены в табл. 12.

Изменение содержания водорастворимого органического вещества по профилю различных почв подчиняется одной и той же закономерности. Больше всего его находится, естественно, в органогенном горизонте. Количество водорастворимой части гумуса здесь зависит от степени минерализованное ти и гумифицированное ти растительных остатков, слагающих подстилку или торфянистый горизонт, .и от их происхождения, а также от наличия минеральных примесей (в тех случаях, когда этот горизонт имеет небольшую мощность).

В связи с этими причинами абсолютное содержание углерода водорастворимых веществ (в холодной водной вытяжке) в органогенных горизонтах разных почв варьирует в очень широких пределах (от 50 до 350 мг/ЮО г). Относительная доля органического вещества, переходящего в водную вытяжку при нагревании, составляет в среднем 3-5% от валового содержания.

В минеральных горизонтах содержание водорастворимых органических веществ резко падает и, как правило, на порядок ниже, чем

Распределение водорастворимого органического вещества и биологической активности по профилю почв

раз

реза

Гори

зонт

Содержание С, мг/100 г

Активность, мг/г

Глубина, см

в холодной вытяжке

в горячей вытяжке

ката

лазы,

НгОа

саха-

разы,

сахар

Титовский профиль

89

А0

0-4

115.1

1234

(3.5)

88.4

55.4

А2

4-8

10.9

39

(7.3)

6.7

1.7

А? В

8-16

7.6

42

(6.7)

8.5

1.1

Bi

16-26

5.6

16

(0.8)

/>4.3

0.5

В2

26-37

2.2

7

(0.9)

2.4

О

ВС

45-55

1.6

8

(3.0)

0.2

О

85

Ао

0-4

95.7

831

(5.0)

85.6

45.4

в

4-10

18.3 ,

Г юз

(3.7)

14.4

3.4

10-15

6.0 J

29

(1.9)

6.1

О

ВС

15-25

3.4

11

(1.7)

1.8

0

25-35

2.4

4

(1.3)

0.9

о

Лепсечс]

сий профил

ь

63

Ао

0-1

200.9

880

(3.7)

81.0

51.7

А2

1-7

9.8

23

(Ю.4)

4.8

0.3

в?

7-12

5.5

14

(0.8)

5.0

1.0

в2

12-21

4.6

7

(1.2)

1.6

0.6 .

ВС

21-34

3.4

2

(1.0)

0.4

0.4

с

40-50

4.0

6

(6.7)

0.2

0.3

60-65

4.0

5

(6.2)

0.1

0.3

62

Ао

о-ц

243.6

1430

(2.9)

96.2

60.4

а2

11-15

13.0

46

(6.4)

7.8

2.2

В1

15-26

6.4

26

(1.4)

4.2

0.6

В2

26-32

4.4

11

(1.1)

1.5

0.9

ВС

32-45

4.9

8

(1.9)

0.8

О

45-56

4.7

5

(2.1)

0.3

0

С

70-80

3.7

7

(3.5)

0.4

0

/>

90-1ОС

) 5.8

8

(3.2)

0.5

О

Примечание» Здесь и в табл» 15, 18 в скобках - содержание С в горячей вытяжке, % от общего содержания углерода»

в органогенном горизонте. В холодную вытяжку их переходит обычно не более 10-20 мг/100 г в пересчете на углерод. Для всех почв характерна одна закономерность в распределении этой фракции по горизонтам: количество водорастворимого гумуса снижается с глубиной без ясно выраженных признаков его аккумуляции. В ил** лювиальных горизонтах его содержится меньше, чем в подзолистых, несмотря на то, что они более гумусированы. Это обусловлено различиями в происхождении и составе органического вещества в этих горизонтах. В подзолистом горизонте значительная часть его представлена слабогумифицированными остатками, благодаря довольно густой корневой системе высших растений. С этим связана относительно высокая подвижность органического вещества. В иллювиальном же горизонте преобладает вмытый гумус, достаточно прочно закрепленный минеральной частью почвы, главным образом полуторными окислами, в форме нерастворимых в воде органо-минеральных комплексов. Среднее количество водорастворимого органического вещества в подзолистых горизонтах составляет 13-22, а в иллювиальных - 8-10 мг/100 г. Доля гумуса, переходящего в горячую водную вытяжку, в первых колеблется от 6 до 8.5%, а во вторых - от 1.4 до 1.7% от общего содержания углерода.

Зависимость содержания водорастворимого гумуса от геоморфологического положения почв проявляется только в отношении его содержания в подзолистых горизонтах. Абсолютное количество углерода, переходящего в холодную и горячую водную вытяжку, в этих горизонтах возрастает от подножия возвышенности к ее вершине, что связано с увеличением гумусированности в этом направлении. Относительное же количество водорастворимого гумуса при этом уменьшается. В ряде случаев такая же закономерность проявляется и в отношении содержания водорастворимого органического вещества в иллювиальных горизонтах.

Биологическая активность почв тундровой и лесотундровой зон тесно связана с содержанием органического вещества. В изменении активности ферментов (каталазы и сахаразы) наблюдается та же закономерность, что и в распределении водорастворимого гумуса: очень высокая активность в органогенных горизонтах, резкое ее снижение при переходе к минеральным горизонтам и более или менее выраженное дальнейшее уменьшение с глубиной. Активность разных ферментов неодинаково изменяется по профилю почв. Для каталазы характерно постепенное снижение активности в пределах почвенного профиля от подзолистого горизонта к материнской породе, которая обладает способностью к разложению перекиси водорода, возможно, не ферментативным путем (Барановская, 1^54). Активность сахаразы проявляется только в верхних горизонтах почвы: в органогенном, где она очень высока, а также в подзолистом и верхней части иллювиального. Для этого фермента характерно резкое снижение активности с глубиной и отсутствие ее в переходном горизонте ВС и в материнской породе.

Элювиально-иллювиальное перераспределение органического вещества почти не отражается на профильном изменении активности ферментов. Несмотря на тесную зависимость ферментативной активности от содержания гумуса в почве, отмеченную многими исследователями (Купревич, Щербакова, 1966, и др.), полной согласованности распределенда по профилю ферментативной активности и гумуса не наблюдается. Высокое содержание вмытого гумуса в иллювиальном горизонте не сопровождается закреплением здесь ферментов, которые сюда поступают, вероятно, с мигрирующими почвенными растворами. Подзолистые горизонты, более богатые водорастворимым органическим веществом, отличаются и более высокой активностью ферментов, в особенности гидролитических по сравнению с активностью их в иллювиальных горизонтах. В лесотундровых подзолах, отличающихся более резкой дифференциацией гумусового профиля, максимум активности каталазы обнаруживается е верхней части иллювиального горизонта. Можно предполагать, что возрастание активности каталазы здесь связано с каталитическим действием полуторных окислов, аккумулирующихся в этом горизонте.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать заключение, что чем суровее биоклиматические условия, тем меньше интенсивность профильной дифференциации содержания и состава органического вещества, зато накопление растительных остатков на поверхности почвы в виде оторфованного органогенного горизонта большее, возрастает также гумусированность минеральной толщи почвы. В профиле тундровых почв по сравнению с почвами березовых редколесий менее выражено элювиально-иллювиальное перераспределение органического вещества, что проявляется в менее контрастных различиях содержания гумуса в подзолистых и иллювиальных горизонтах. Профильная дифференциация органического вещества затрагивает все его группы — гуминовые и фульвокислоты, спирто-бензольную и водорастворимую фракции, негидролизуемый остаток.

Фракционирование азотсодержащих органических веществ позволяет разделить весь азотный фонд на ряд фракций, различающихся по степени их подвижности. Мы применили для этой цели кислотный гидролиз без нагревания с помощью 0.5 н. и 6 н. растворов серной кислоты. В гидролизатах определяли общее содержание азота после сжигания с хромовым ангидридом. Вещества, переходящие в 0.5 н. вытяжку, соответствуют легкогидролизуемой фракции азота, определяемой по методу И.В. Тюрина и М.М. Кононовой (1934), а 6 н. раствор кислоты извлекает (за вычетом легкогидролизуемой фракции) трудногидролизуемые соединения. По разности вычисляли не- гидролизуемый азот.

Фракционный состав азотистых веществ (табл. 13) отражает генетические особенности органического вещества. Элювиальные горизонты всех почв отличаются достаточно консервативными органическими соединениями азота, мало поддающимися действию кислотного гидролиза. Особенно устойчиво органическое вещество органогенных горизонтов, откуда с помощью двух кислотных вытяжек удается извлечь лишь 4-8% азотистых соединений. Однако благодаря высокому содержанию азота в этих горизонтах абсолютное количество (в мг/100 г) легко- и трудногидролизуемого азота здесь в не-

Фракционный состав азотистых веществ почв тундры и лесотундры

раз

реза

Гори

зонт

Глубина, см

Содержание N

общего,

%

мг/кг

% от

общего N

лг

тг

нг

лг

тг

нг

89

А0

0—4

1.086

220

202

10438

2.0

1.9

96.1

/>

а2

4-8

0.032

17

1

302

5.3

0.3

94.4

а2в

8-16

0.052

42

43

435

8.0

8.3

83.7

в

16-26

0.119

276

4

910

23.2

0.3

76.5

87

Ао

0-4

0.512

175

105

4840

3.4

2.0

94.6

В1

4-10

0.049

80

5

405

16.3

1.0

82.7

в2

1CU20

0.051

85

37

388

16.7

7.2

76.1

83

Ао

0-4

0.707

141

302

6627

2.0

4.2

93.8

А2

4-8

о.озо

28

10

262

9.3

0.3

90.4

В1

8-19

0.108

151

34

945

14.0

3.1

82.9

В2

19-28

0.057

180

109

281

31.6

19.1

49.3

84

А0

0-4

0.488

209

191

438

4.3

3.9

91.8

-А-2в

4-8

0.077

72

29

669

9.4

3.8

81.2

bi

8-15

0.063

89

51

490

14.1

8.1

77.8

в2

15-26

0.074

149

107

483

20.1

14.4

65.5

63

А0

0-1

0.814

222

231

7682

2.7

2.8

94.5

а2

1-7

0.025

17

2

231

6.8

0.8

92.4

В1

7-12

0.101

323

11

676

32.0

1.1

66.9

58

А0

0-5

1.714

300

393

16447

1.7

2.3

96.0

/>

а2

8-12

0.032

20

12

288

6.2

3.8

90.6

В1

12-21

0.200

305

88

1607

15.2

4.4

80.4

57

А0

0-8

1.261

333

296

11981

2.6

2.3

95.1

а2

10l-13

0.089

68

34

788

7.6

3.8

88.6

В1

13-22

0.126

216

83

961

17.1

6.6

76.3

Примечание. Здесь и в табл. 16, 19, 20 азот: лг - легкогидролизуемый, тг - трудногидролизуемый, нг - негидролизуемый.

сколько раз большее, чем в минеральных горизонтах. Соотношение этих двух фракций азотистых веществ в органогенных горизонтах примерно равное. В подзолистых горизонтах подвижность азотистых веществ несколько большая, чем в органогенных,и составляет (по сумме двух фракций) примерно 10-12% от общего азота, причем обычно легкогидролизуемая фракция превалирует над трудногидролизуемой. В ряде случаев (разрезы 89, 87 и 63) трудногидролизуемый азот почти отсутствует, а весь азот, способный к гидролизу, переходит в раствор при обработке почвы 0.5 н. кислотой.

Значительно большей подвижностью отличается органический азот иллювиальных горизонтов. Суммарный выход двух фракций здесь составляет 25-35% от общего азота. Абсолютное количество гидролизуемых форм азотистых веществ здесь значительно большее, чем в подзолистых горизонтах. В иллювиальных горизонтах тоже преобладает легкогидролизуемая фракция азота, но это выражено менее отчетливо, чем в подзолистых горизонтах. Высокая растворимость органического азота в этих горизонтах обусловлена фульватным характером органического вещества. Фульвокислоты фракции 1а, которые аккумулируются в иллювиальных горизонтах, отличаются от других групп гумуса хорошей растворимостью в минеральных кислотах. Азотистые компоненты фульвокислот и представляют собой легкогидролизуемую фракцию почвенного азота, содержащегося в этих горизонтах.

Таким образом, характер распределения фракционного состава азотистых веществ в почвах тундры и лесотундры вполне отвечает особенностям фракционного и группового состава органического вещества в целом и подчиняется таким же закономерностям профильной дифференциации. Геоморфологическое положение почв находит отражение только в содержании легкогидролизуемой фракции азота в подзолистых горизонтах: от подножия возвышенности к ее вершине оно возрастает параллельно увеличению содержания общего азота. 

<< | >>
Источник: В. Н. Переверзев. Биохимия гумуса и азота почв Кольского полуострова. 1987

Еще по теме Гумус и азот почв тундры и лесотундры:

  1. Гумус и азот окультуренных почв
  2. Гумус и азот почв северной тайги
  3. В. Н. Переверзев. Биохимия гумуса и азота почв Кольского полуострова, 1987
  4. Глава 3. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО И АЗОТ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ
  5. Развитие болот в лесотундре
  6. 5.1.2. Развитие болот в типичной тундре
  7. Развитие болот в южной тундре
  8. Образование и разложение гумуса
  9. ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ ГУМУСА
  10. Динамика содержания и фракционного состава гумуса
  11. АЗОТ
  12. АЗОТ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ
  13. МАКРОЭЛЕМЕНТЫ АЗОТ
  14. КРУГОВОРОТ И БАЛАНС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ГУМУСА ПОЧВЫ
  15. Минеральный азот почвы и его формы
  16. АЗОТ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ В БИОСФЕРЕ И ПОЧВАХ
  17. Азот и фосфор в глобальном аспекте
  18. Часть I. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО И АЗОТ ПОЧВКОЛЬСКОЮ ПОЛУОСТРОВА