Анализ содержания дитионито- (по Джексону) и оксалаторастворимых (по Тамму) форм железа и алюминия показал значительные различия между почвами в траншее горно-лесного пояса (рис. 4).
Рис. 4. Профильное распределение содержания дитиониторастворимых (Fedith) форм железа и оксалаторастворимых форм железа (Fe ) и алюминия (Al ) и критерия Швертмана в минеральных горизонтах исследуемых почв. Обозначения: I, II, III - номера сегментов
От первого к третьему сегменту наблюдается увеличение содержания форм железа в криозёмах. Максимальное содержание Бе увеличивается от 0,84% в сегменте I до 1,44% в сегменте III. Накопление Бе от первого до третьего сегмента варьирует от 0,91 до 2,46%. Для почв горно-тундрового пояса высокие концентрации соединений железа характерны для горизонтов с признаками оглеения. В горизонте G сегмента I содержание оксалаторастворимых форм составляло 1,59%, а дитионитрастворимых - 2,59%. В горизонте BFg - 2,01 и 2,75% соответственно. Согласно критерию Швертмана (Кш), полученные для почв горно-лесного пояса значения (до 0,88) свидетельствуют о высокой степени застойного увлажнения исследуемых почв (см. рис. 4) [43]. Кроме того, согласно исследованиям, направленным на изучение различных форм соединений железа [44-46], высокие значения Кш при застойном увлажнении указывают на увеличение размеров кристаллов гидроксида железа в мелкоземе и конкрециях, что согласуется с полученными нами данными. Более низкие значения Кш, выявленные для почв горно-тундрового пояса, вероятно, характеризуют процессы промывного водного режима.
По основным физико-химическим параметрам почвы горно-лесного пояса близки к таежным почвам, которые формируются на равнинных территориях [31, 47]. Полученные результаты также сопоставимы с данными [32, 48] для мерзлотных почв Сибири.
Согласно литературным данным [49, 50], высокие концентрации органического углерода характерны для почв северных регионов. В результате проведенных исследований обнаружено, что распределение углерода и азота в исследованных почвах Приполярного Урала носит регрессивно-аккумулятивный характер с максимальным накоплением в органогенных горизонтах. С глубиной концентрации углерода и азота значительно снижаются. Содержание углерода в подстилке почв горно-лесного пояса достигает 43,3%, азота - 1,5%. В подстилках почв горной тундры содержится до 42,3% углерода и до 1,3% азота соответственно. Однако значительный интерес представляют минеральные горизонты почв исследованных траншей. В почвах горнотундрового пояса содержание углерода и азота значительно выше, чем в почвах горно-лесного пояса (рис. 5), что, вероятно, можно объяснить близким залеганием к поверхности ММП и высокой щебнистостью почвенного профиля, которые способствуют перемещению (криотурбация) растительных остатков вниз по профилю к минеральным горизонтам, тем самым увеличивая содержание органического вещества в них.
Fig. 5. CP/MAS 13C-NMR spectra of soils from the coastal bars. Number corresponds to Table 7; Horizontal axis - Chemical shift, ppm, Vertical axis - Relative intensity, dimensionless
Высокие концентрации углерода выявлены в верхних минеральных горизонтах почв горно-тундрового пояса для первого и второго сегментов, характеризующихся близким подстиланием ММП, которые служат «барьером» и способствуют аккумуляции органического вещества в надмерзлотных горизонтах. Максимальные концентрации углерода наблюдаются в иллювиальногумусовых горизонтах (ВН), которые характеризуются большей пропиткой органическим веществом - от 5,5% в сегменте I до 9,1% в сегменте III. Пределы варьирования содержания азота в почвах горно-тундрового пояса от 0,03 до 0,67%. В почвах горно-лесного пояса содержание углерода в минеральных горизонтах значительно ниже и изменяется от 0,38 до 1,49%, азота - от 0,05 до 0,17%. Это дает основание предполагать, что мобильность органического вещества в почвах горных тундр выше, чем в горно-лесном поясе.
морфологический почва минеральный тундровый
Заключение
Таким образом, изучение неоднородности морфологических, физико-химических и физических свойств почв Приполярного Урала позволило выявить существенные различия не только между почвами, расположенными в разных высотных поясах, но и между почвами в пределах одной траншеи. Показано, что исследованные почвы формируются в разных элементарных почвенных ареалах: в горно-лесном поясе - в спорадически-пятнистом; горно-тундровом - в регулярно-циклическом ЭПА.
В результате выявлено, что для исследуемых почв характерно значительное варьирование морфологических признаков, на основе которых диагностируются разные типы и подтипы почв на протяжении нескольких метров. Показано, что именно они в первую очередь служат классификационной основой как в пределах одной траншеи, так и в разных высотных поясах, в то время как другие показатели имеют более консервативный характер и служат как уточняющая аналитическая характеристика.
На основе физико-химических показателей установлено, что увеличение содержания обменных форм кальция и магния определяется сменой доминантов напочвенного покрова, которые маркируют различные условия увлажнения экосистемы. Основные различия между почвами разных высотных растительных поясов наблюдаются в минеральных горизонтах. Выявлено, что в средней части профиля почв горно-тундрового пояса из-за более суровых климатических условий, высокой доли обломков коренных пород в профиле, близкого подстилания многолетнемерзлых пород лучше сохраняются и аккумулируются органический углерод и азот, чем в почвах горно-лесного пояса.
Литература
1. Фридланд В.М. О структуре (строении) почвенного покрова // Почвоведение. 1965. № 4. С. 15-28.
2. Лойко С.В., Герасько Л.И., Кулижский С.П., Амелин И.И., Истигечев Г.И. Строение почвенного покрова северной части ареала черневой тайги юго-востока Западной Сибири // Почвоведение. 2015. № 4. С. 410-423.
3. Горячкин С.В. Почвенный покров Севера (структура, генезис, экология, эволюция). М.: ГЕОС, 2010. 414 с.
4. Kneisel C., Emmert A., Polich P., Zollinger B., Egli M. Soil geomorphology and frozen ground conditions at a subalpine talus slope having permafrost in the eastern Swiss Alps // Catena. 2015. № 133. PP. 107-118.
5. Mu C., Zhang T., Zhang X., Cao B., Peng X., Cao L., Su H. Pedogenesis and physicochemical parameters influencing soil carbon and nitrogen of alpine meadows in permafrost regions in the northeastern Qinghai-Tibetan Plateau // Catena. 2016. № 141. PP. 85-91.
6. Лойко С.В., Раудина Т.В., Кулижский С.П., Покровский О.С. Гидрохимические параметры растворов торфяных почв вдоль широтного градиента криолитозоны Западной Сибири // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 4. С. 177187.
7. Оберман Н.Г. Геокриологические условия Европейской территории СССР и Урала. Геокриология СССР. М.: Недра, 1988.
8. Макеев О.В. Криогенные почвы // Криогенные почвы и их рациональное использование/ ред. О.В. Макеев. М.: Наука, 1977. С. 5-13.
9. Горчаковский П.Л. Растительный мир высокогорий Урала. М.: Наука, 1975. 248 с.
10. Жангуров Е.В., Дубровский Ю.А., Дымов А.А. Характеристика почв и растительного покрова высотных поясов хребта Малдынырд (Приполярный Урал) // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2012. № 4. С. 46-52.
11. Кудряшова С.Я., Дитц Л.Ю., Чичулин А.В., Чумбаев А.С., Миллер Г.Ф., Безбородова А.А. Эколого-географические аспекты выделения типов комплексов почв на плоскогорье Укок с использованием дистанционных исследований // Сибирский экологический журнал. 2012. № 5. С. 703-710.
12. World Soil Resources Reports // Biological management of soil ecosystems for sustainable agriculture. Brazil: Londrina, 2002. 107 p.
13. Добровольский Г.В., Урусевская И.С. География почв. М.: КолосС, 2004. 460 с.
14. Дымов А.А., Жангуров Е.В., Старцев В.В. Почвы северной части Приполярного Урала: морфология, физико-химические свойства, запасы углерода и азота // Почвоведение. 2013. № 5. С. 507-516.
15. Старцев В.В., Жангуров Е.В., Дымов А.А. Характеристика почв высотных поясов хребта Яптикнырд (Приполярный Урал) // Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2017. № 38. С. 6-27.
16. Димо В.Н. Тепловой режим почв СССР. М.: Колос, 1972. 360 с.
17. Атлас по климату и гидрологии Республики Коми / под ред. А.И. Таскаева. М.: Дрофа, 1997. 116 с.
18. Старцев В.В., Жангуров Е.В., Дымов А.А. Годовая динамика температур органогенных горизонтов почв Приполярного Урала // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 2 (26). С. 28-35.
19. Дмитриев Е.А. Некоторые методологические аспекты изучения почв // Вестник Московского университета. Сер. 17: Почвоведение. 1997. № 2. С. 3-9.
20. Орлова М.А., Лукина Н.В., Камаев И.О., Смирнов В.Э., Кравченко Т.В. Мозаичность лесных биогеоценозов и продуктивность почв // Лесоведение. 2011. № 6. С. 39-48.
21. Ипатов В.С., Мирин Д.М. Описание фитоценоза. Методические рекомендации: учеб.-метод. пособие. СПб., 2008. 71 с.
22. Полевой определитель почв России. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
23. IUSS Working Group WRB. World reference base for soil resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. Rome: FAO, 2015.
24. Теория и практика химического анализа почв / под ред. Л.А. Воробьевой. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
25. Методика выполнения измерений содержания углерода и азота в твердых объектах методом газовой хроматографии на элементном анализаторе ЕА 1110 (CHNS-O): свидетельство об аттестации методики измерений / под ред. Б.М. Кондратенка, Е.В. Ванчиковой, А.Г. Естафьевой ; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. № 88-17641-94-2009 (ФР.1.31.2014.17663).
26. Теории и методы физики почв / под ред. Е.В. Шеина, Л.О. Карпачевского. М.: Гриф и К, 2007. 616 с.
27. Mehra O.P., Jackson M.L. Iron oxide removal from soils and clays by a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate // Clay Clay Miner. 1960. № 7. PP. 317-327.
28. Почвенные комбинации и их генезис / под ред. В.М. Фридланда. М.: Наука, 1972. 216 с.
29. Сукачёв В.Н. Избранные труды: в 3 т. Проблемы фитоценологии / под ред. Е.М. Лавренко. Л.: Наука, 1975. Т 3. 542 с.
30. Мудров Ю.В. Мерзлотные явления в криолитозоне равнин и гор. Основные понятия и определения. Иллюстрированный энциклопедичский справочник. М.: Научный мир, 2007. 316 с.
31. Тонконогов В.Д. Автоморфное почвообразование в тундровой и таёжной зонах Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 304 с.
32. Старцев В.В., Дымов А.А., Прокушкин А.С. Почвы постпирогенных лиственничников Средней Сибири: морфология, физико-химические свойства и особенности почвенного органического вещества // Почвоведение. 2017. № 8. С. 912-925.
33. Краснощеков Ю.Н. Структура почвенного покрова горных лесов Хэнтэйского нагорья в Монголии // Вестник Крас ГАУ 2013. № 12. С. 77-82.
34. Ершов Ю.И., Мо скалев А.К., Степень Р. А. Земельные и лесные ресурсы Красноярского края, проблемы их рационального использования. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 114 с.
35. Почвенное картирование: учеб.-метод. пособие / под ред. Б.Ф. Апарина, Г.А. Касаткиной. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2012. 128 с.
36. Ананко Т.В., Герасимова М.И., Конюшков Д.Е. Почвы горных территорий в классификации почв России // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2018. № 92. С. 122-146.
37. Конищев В.Н. Формирование состава дисперсных пород в криолитосфере / под ред. А.И. Попова. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1981. 197 с.
38. Раудина Т.В., Кулижский С.П., Спирина В.З. Влияние криогенных процессов на формирование профиля почв центральной части Тазовского полуострова // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2015. Т 1, № 1 (1). С. 33-44.
39. Egli M., Poulenard J. Soils of Mountainous Landscapes. In The International Encyclopedia of Geography: People, the Earth, Environment, and Technology / еds. by D. Richardson, N. Castree, M.F. Goodchild, A. Kobayashi, W. Liu, R.A. Marston. New York, NY: Wiley, 2017.
40. Gentsch N. Landscape controls of organic carbon content and fraction composition in permafrost soils, Central Siberia // Diploma Thesis. 2010. University Leipzig. Faculty for Physics and Geo Science Institute for Geography. 105 p.
41. Лупачев А.В., Абакумов Е.В. Почвы Земли Мэри Бэрд (Западная Антарктика) // Почвоведение. 2013. № 10. С. 1167-1180. Valtera M., Samonil P. Soil organic carbon stocks and related soil properties in a primary Picea abies (L.) Karst. volcanic-mountain forest // Catena. 2018. № 165. PP. 217-227. doi: 10.1016/j.catena.2018.01.034.
42. Водяницкий Ю.Н., Шоба С.А. Дискуссионные вопросы интерпретации результатов химической экстракции соединений железа из почв // Почвоведение. 2014. № 6. С. 697-704.
43. Munch J.C., Ottow J.C.G. Preferential reduction of amorphous to crystalline iron oxides by bacterial activity // Soil Science 1980. № 129. PP. 15-21.
44. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв / под ред. В.В. Морозова. М.: Ярославль, 1995. 222 с.
45. Roden E.E., Zachara J.M. Microbial reduction of crystalline Fe (Ш) oxides: influence of oxide surface area and potential for cell growth // Environ. Sci. Technol. 1996. № 30. PP. 1618-1628.
46. Забоева И.В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР / под ред. И.П. Герасимова. Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1975. 344 с.
47. Лупачев А.В., Губин С.В. Органогенные надмерзлотно-аккумулятивные горизонты криозёмов тундр севера Якутии // Почвоведение. 2012. № 1. С. 57-68.
48. Dutta K., Schuur E.A.G., Neff J.C., Zimov S.A. Potential carbon release from permafrost soils of northeastern Siberia // Glob. Chang. Biol. 2006. № 12 (12). PP. 2336-2351.
49. Koven C., Friedlingstein P., Ciais P., Khvorostyanov D., Krinner G., Tarnocai C. On the formation of high-latitude soil carbon stocks: effects of cryoturbation and insulation by organic matter in a land surface model // Geophys. Res. Lett. 2009. № 36. L21501. PP. 1-5.
50. White D.M., Garland D.S., Ping C.L., Michaelson G., Characterizing soil organic matter quality in arctic soil by cover type and depth // Cold Reg. Sci. Technol. 2004. № 38. PP. 6373.
51. Dymov A.A., Zhangurov E.V, Hagedorn F. Soil organic matter composition along altitudinal gradients in permafrost affected soils of the Subpolar Ural Mountains // Catena. 2015. № 131. PP. 140-148.
52. Henkner J., Scholten T., Kьhn P. Soil organic carbon stocks in permafrost-affected soils in West Greenland // Geoderma. 2016. № 282. PP. 147-159.