Некоторые географические гипотезы современного формирования второго гумусового горизонта Западной Сибири

Некоторые географические гипотезы современного формирования второго гумусового горизонта Западной Сибири

30

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический институт

Кафедра почвоведения и экологии почв

Реферат на тему:

Некоторые географические гипотезы современного формирования второго гумусового горизонта Западной Сибири

Томск - 2008

Введение

Дискуссии о природе вторых гумусовых горизонтов в почвах южной тайги, подтайги и лесостепи Восточно-Европейской равнины, Зауралья и Западной Сибири вот уже около ста лет. Первые работы, посвященные этому интересному почвенному образованию в Западной Сибири, были сделаны Д. А. Драницыным (1914). С тех пор была проделана огромная работа по изучению этих почв. Все авторы, работавшие в Западной Сибири, не обходили вниманием почвы со вторым гумусовым горизонтом, это образование ставилось во главу палеоландшафтных реконструкций, масштабы смещения природных зон определяли по наличию в почвах этих горизонтов, принимая их за маркеры темноцветных полугидроморфных или автоморфных почв.

С момента появления первых работ количество информации многократно возросло, а различные точки зрения на образование вторых гумусовых горизонтов стали взаимоисключающими. Так часть исследователей твердо стоит на формировании второго гумусового горизонта в прошлые этапы функционирования ландшафтов (Д. А. Драницын (1914), К. Д. Глинка (1923), Р. С. Ильин (1937), Б. Ф. Петров (1937), Е. Н. Иванова, П. А. Двинских (1944), И. М. Гаджиев (1964), К. А. Уфимцева (1966), и др.). Другие же настаивают на его соответствии современным специфичным почвообразовательным процессам (К. А. Кузнецов (1948, 1956, 1964), В. В. Пономарева (1951, 1956, 1964), В. В. Пономарева, Ю. С. Толчельников (1968), К. П. Горшенин (1957), А. И. Троицкий, Е. И. Парфенова (1966), С. В. Бойко (1968), Н. Д. Давыдова (1969), А. С. Керженцев (1972), и др.). Появились и синтетические теории, сочетающие в себе исторические причины появления и современные механизмы поддержания в равновесии вторых гумусовых горизонтов (Гаджиев, Дергачева (1977), Гаджиев, Симонов (1977)). Сравнивая столь различные точки зрения на это явление, имеющее одно имя, невольно приходишь к выводу, что под этим именем скрываются разнообразные почвенные образования, конвергентно схожие между собой. Поэтому более чем наверняка гипотеза и механизм, предлагаемый каждым из авторов действенен в определенных условиях, а в большинстве случаев они действуют в комплексе, приводя исследователей к различным выводам, когда последние схватывают лишь одну из сторон почвообразовательного процесса.

Отметим, что для гипотез рассматривающих второй гумусовый горизонт как реликтовое образование характерна система профильных доказательств, куда привлекаются преимущественно данные о составе и свойствах гумуса, значительно меньше используются ландшафтные доказательства. Авторы, стоящие на позициях о современной природе больше приводят доводов ландшафтного уровня. К тому же несколько различаются и территории, которых разрабатывались альтернативные гипотезы образования почв со вторыми гумусовыми горизонтами. Версии о формировании горизонта в настоящее время разработаны для южнотаежных пихтовых и кедрово-елово-пихтовых экосистем хорошо дренированных территорий Причулымья и Прииртышья. Синтетическая гипотеза Гаджиева и Дергачевой (1977) построена на основании исследования почвы темнохвойной южнотаежной геосистемы сильно заболоченной, слаборасчлененной Васюганской равнины. Сторонники реликтовой гипотезы работали в широком спектре географических условий от средней тайги до лесостепи Восточно-Европейской равнины, Западной и Средней Сибири.

Как уже упоминалось, при изучении почв со вторым гумусовым горизонтом уделялось их химическим свойствам, особенно фракционному составу гумуса. Меньше в литературе встречается детальных морфологических описаний подобных почв, и лишь единичные авторы исследовали детальное положение почв в мезо- и микрорельефе, особенности сопряжения почв со вторым гумусовым горизонтом с выше и ниже расположенными по катене почвами, структуры почвенного покрова на уровне почвенных комбинаций.

Современное развитие учения о функциях почв в биосфере требует от почвенной науки развития исследований, которые показывают особенности современной динамики почв, их функционирования. В связи с этим большой интерес представляет анализ моделей предполагающих объяснение происхождения второго гумусового горизонта в рамках современных биогеоценотических явлений, потому что такие концепции раскрывают особенности функционирования почв как компонентов экосистем, в отличие от концепций, по которым почвы лишь сохраняют былые признаки темноцветных почв. Никто не говорит, что почвы не могут обладать реликтовыми, остаточными, погребенными гумусовыми горизонтами. Речь лишь идет о том, что не все подобные горизонты образовались давно, в степных условиях. Но некоторая их часть отвечает и современным лесным условиям, зачастую являясь свидетелем динамичной смены растительных сообществ. Именно по причине намного более худшей разработки теории формирования современных вторых гумусовых горизонтов и по причине более сложного механизма протекания этих явлений (в отличие от механического погребения, либо разрушения уже сформированных гумусовых профилей) они будут рассмотрены в реферате. Это концепции, в которых делается упор на топологическое положение почв, динамику биоценозов и напряженность биологического круговорота.

Классификация вторых гумусовых горизонтов

Наука делается людьми, с этим трудно спорить. Поэтому совершенно неудивительно, что всякая научная истина всегда может оказаться не истиной в силу изначальной субъективности, которая проистекает из её человеческой природы. Любая правда изреченная словами есть ложь. Научное сообщество это давно уяснило, поэтому уже никого не удивляет, что наука это собственно не набор истин природы, а лишь взаимосвязанный конгломерат идей, который с тем или иным успехом мимикрирует под абсолютные законы природы. Если держать на уме такое свойство научных истин и вспомнить примеры из истории науки, то невольно придешь к выводу, что любая коллективная теоретическая конструкция начинает своё начало с какого то субъективного утверждения претендующего на всеобъемность, что при удачном стечении обстоятельств притягивает к первопроходцу единомышленников и оппонентов. И с этого момента начинаются теоретические баталии. Радикальные мнения, конфронтации. В конце концов, в силу коллективной природы науки, крайние точки зрения в научном споре либо сливаются воедино, либо принимают друг от друга какие то черты и формируется что то компромиссное, среднее и чаще всего более четко схватывающее реальность. Это и неудивительно. Как бы не был широко развит ученый человек, он не сможет объять всю реальность, которая к тому же обладает, как установила постмодернистская наука, способностью самоорганизации и фундаментальной непознаваемостью, в силу семиотических ограничений.

Почвоведение не является исключением из правил. Несмотря на кажущуюся монолитность науки, что уже должно настораживать, при более детальном проникновении в суть некоторых теоретических проблем понимаешь, что это обманчивое впечатление. По всей видимости немногочисленность «думающих» почвоведов не позволяет вступать в конфронтацию, к тому же многочисленные проблемы выживания почвоведения как научной системы требует сплочения сил и уже не до распрей. Однако расколы есть, как пример это диаметрально противоположные точки зрения на проблему формирования второго гумусового горизонта. Тут, вообщем то, сталкиваются два фундаментальных взгляда на почву - статический и динамический. Отсюда и категоричность в выводах. Подобная категоричность возникала из-за работы на конкретной территории, где обнаруживались образования сходные со вторыми гумусовыми горизонтами, описанными в литературе. Поэтому автоматически присваивалось то же наименование, а зачастую и те же объяснения их природы. Получалась по большей части работа под копирку с первопроходцев. В итоге под одно название была помещена географически и генетически разнородная группа почвенных образований (означаемые). Название одно (означающее) - второй гумусовый горизонт (есть и другие менее распространенные названия, но синонимичные этому), а раз так, то и конкретный вывод, полученный на конкретном объекте автоматически исследователями экстраполировался на всю группу означаемых. То есть, по сути, возникла ситуация, когда множество означаемых было выражено одним означающим. В дальнейшем ситуация была осознанна и возникла классификация вторых гумусовых горизонтов, где каждому означаемому присвоили означающее, а понятие «второй гумусовый горизонт» оставили как сборное. Но в классификацию не включили иллювиально-гумусовые горизонты, тем самым не признав возможность части вторых гумусовых горизонтов суглинистых и глинистых почв формироваться в современных условиях. Включили лишь группу «эфемерных» горизонтов. Ниже приведу эту классификацию (Караваева и др., 1986):

I. Инситные педореликты - характеризуются неподвижностью почвенной толщи с момента возникновения второго гумусового горизонта до момента наблюдения.

1) палеоклиматогенный - это классический горизонт, педореликт одного из предшествующих ландшафтно-климатических этапов темноцветного почвообразования в голоцене, трансформирующийся in situ в автономных почвах, главным образом оподзоливанием;

2) палеогидрогенный - реликт былого этапа почвообразования в голоцене, связанного с неглубоким залеганием грунтовых вод;

3) турбационный - это фрагменты органогенного горизонта какого-то прошлого этапа эволюции данной инситной почвы, но сами эти фрагменты лежат не in situ, а перемещены главным образом в вертикальном направлении, погребены педотурбациями;

4) краткопериодический («эфемерный», биогенно-циклический) - формируется в определенные периоды повышенной биогенности экосистем, а затем исчезает.

5) посткарбонатный.

II. Погребенные педо- и литореликты - группа вторых гумусовых горизонтов, которая характеризуется различными экзогенными нарушениями почвенной толщи, происходящими после формирования почвенной толщи.

1) погребенный педореликт - гумусовый горизонт, сформированный in situ, а затем погребенный под относительно маломощным наносом, в котором сформировались почвенный горизонты.

2) погребенный педолитореликт - это горизонт погребенный и экзогенно перемещенный, это фрагменты органогенных почвенных горизонтов разного возраста и генезиса, сильно трансформированные и омоложенные, - педореликты, превращенные в литореликты.

3) погребенный литореликт - это горизонт, точнее слой, образованный в результате преобразования непочвенных органогенных прослоев или их фрагментов процессами почвообразования (например, сапропелевидных осадков в толще озерно-ледниковых отложений).

III. Откопанные лито- (педо-) реликты - это третья группа, которая представляет собой гумусовые горизонты разного возраста и генезиса глубоко погребенные в литологических толщах, но вскрытые денудацией (чаще всего на склонах). Они могут имитировать современный гумусовый горизонт, а также педо- и педолитореликты двух предыдущих групп.

Авторы классификации объединили почвы с «не дневными» гумусовыми горизонтами в сборную группу выйдя даже за пределы классического смысла этого термина, относящегося к находящимся на глубине темноцветным горизонтам почв лесной зоны. Такая группировка удобна в работе и для каждого конкретного случая можно выбирать из существующего набора.

Однако в науке существует оппозиция - авторы, работы которых были написаны до появления этой схемы (Керженцев, 1972; Нечаева, 1980; Пономарева, Плотникова, 1980; Нечаева, Щетников, 1982). Исходя из написанного ими, можно предложить ещё одну группу вторых гумусовых горизонтов, соответствующих современным условиям. По всей видимости, эти горизонты должны быть выведены из групп палеоклиматогенных, а также палеогидрогенных образований.

Гипотезы современного происхождения второго гумусового горизонта

Ниже рассмотрим три основные аргументированные гипотезы раскрывающие механизмы формирование вторых гумусовых горизонтов в современных условиях почвообразования.

Гипотеза В. В. Пономаревой (1968, 1980).

Концептуальной основой гипотезы служит положение о возможности миграции недонасыщенных Ca2+ ГК фр. 2 по профилю с их осаждением на кальциевых геохимических барьерах.

Автор выделяет четыре главных довода сторонников реликтовости второго гумусового горизонта и подвергает их критики (Пономарева, Плотникова, 1980).

Первый довод состоит в том, что сторонники реликтовой гипотезы видят подтверждение своей точки зрения в различном составе гумуса горизонтов А1 и Аh: в первом преобладают ФК, а из гуминовых кислот - фракция 1; во втором - ГК, главным образом фракция 2, связанная с кальцием. Различия в составе гумуса и отражают различное происхождение изучаемых горизонтов.

Автор видит в таком мнении отражение инерционности мышления почвоведов, которые таким составом гумуса изначально подтверждали гипотезу С. И. Коржинского о наступлении леса на степь. С тех пор эта гипотеза была оставлена, но почвоведы всё ещё продолжают искать ей подтверждение. В качестве примера почв в которых существует такая же ситуация с качественным составом гумуса по профилю она приводит песчаные подзолы, современное происхождение иллювиально-гумусового горизонта которых никто не оспаривает. Данное сравнение весьма удачно, так как по топологическому положению дерново-подзолистые со вторым гумусовым горизонтом и дерново-подзолы схожи, занимая, как правило, подчиненные положения, либо плоские поверхности с затрудненным дренажем.

Вторым доводом является указание на более значительную оптическую плотность ГК второго гумусового горизонта по сравнению с А1 в той же почве, что свидетельствует о более древнем происхождении ГК горизонта Аh, чем горизонта А1. Однако оптическая плотность ГК не может служить показателем их древности, либо молодости. Как говорит В. В. Пономарева, такой довод никем и ничем необоснован. Оптические свойства ГК в общем не зависят от их возраста, что хорошо видно на примере черноземов имеющих высокую оптическую плотность и современный возраст.

Третьим наиболее весомым аргументом сторонники реликтовости приводят неспособность черного гумуса мигрировать в почвенном профиле, однако экспериментами автора эта догма была разрушена.

И четвертым аргументом является положение о несоответствие современной биоклиматической обстановке составу гумуса горизонта Аh. Однако, как отмечает автор, за пример берутся дерново-подзолистые почвы Европейской части страны, в которых подобный горизонт отсутствует, и переносятся на территорию Западной Сибири. Но условия последней отличаются от европейских и вполне возможно предположить, что именно такое строение дерново-подзолистых почв более всего соответствует сибирским условиям.

Вопросу о природе гумуса почв со вторым гумусовым горизонтом В. В. Пономарева (1980) придает широкое почвенно-генетическое содержание, вписывая их в схему географических закономерностей гумусообразования от черноземов к дерново-подзолистым почвам. Черный гумус черноземов таит в себе потенциальную возможность растворяться в воде и мигрировать в почвенном профиле. Эта способность реализуется в северном направлении с увеличением количества атмосферных осадков и уменьшением степени минерализации кальция при разложении растительных остатков.

Потенциальная способность ЧГК растворятся в воде, а при этом, вероятно, и оподзоливать почву получает постепенно возрастающую к северу реализацию: начальную слабую в выщелоченных и оподзоленных черноземах; более сильную, вполне отчетливую в серых лесных почвах; ещё более сильную в почвах, локально-переходных от серых к дерново-подзолистым со вторым гумусовым горизонтом. Наконец, само образование ЧГК прекращается в таежно-лесной зоне, где мы вступаем в полосу дерново-подзолистых и подзолистых почв. Здесь почти исключительно ФК мигрируют и оподзоливают почвы. ГК представлены небольшим количеством БГК, почти неспособных к миграции в почвах.

Гипотеза Е. Г. Нечаевой и А. И. Щетникова (1982).

Гипотеза этих авторов хорошо аргументирована, опирается на географический материал, в том числе материалы стационарных исследований на территории Прииртышья.

При исследовании структуры почвенного покрова в южной тайге За-падной и Средней Сибири авторами выявлены закономерности формирования слож-ного гумусового профиля в соответствии с характером поверхности. Показа-но, что природа второго гумусового горизонта связана с биоклиматическими условиями и наличием в почвах физико-химических барьеров на пути, миг-рирующих сверху и с боковыми потоками обогащенных органическим веществом почвенных растворов.

В пределах стационаров, располо-женных на Тобольском материке Нижнего Прииртышья и Причунском плато Нижнего Приангарья Е. Г. Нечаевой и А. И. Щетниковым (1982) проведен сопряжен-ный анализ результатов крупномасштабного картирования почвенного покрова экспериментальных полигонов.

Рельеф исследованных полигонов соответствует наиболее широко распространенному в литературе положению о приуроченности почв со вторым гумусовым горизонтом (авторы вводят его обозначение - H) к плакорным поверхностям и пологим склонам. Кроме рельефа, общность полигонов проявляется в характере растительности (темнохвойные, преимущественно пихтовые с хорошо выраженным подлеском зеленомошные травянистые леса), почвообразующих пород (покровных глин и лёссовидных суглинков) и в глубоком залегании грунтовых вод. Площадки исследования находятся в разных регионах Сибири -- Западной и Средней, что придает им свою спе-цифику. Так, Нижнему Приангарью свойственна меньшая увлажненность и в целом более континентальный климат. Почвы имеют менее мощную элювиированную часть профиля (около 50 см) по сравнению с западносибирскими, где она, включая А2В, достигает 70-60 см.

В соответствии с рельефом полигонов в каждом из них выделяется по три сочетания почв:

1) слабонаклонных приводораздельных поверх-ностей с ярко выраженным замкнуто-ложбинно-западинным микрорельефом;

2) верхних и средних частей пологих склонов с ложбинным микрорельефом эрозион-ного происхождения;

3) нижних частей этих склонов -- от пре-имущественно ложбинообразных западин до отчетливых положительных форм поверхности (микроводоразделов).

В первом сочетании преобладают комплексы, представленные преимущественно мелкодерново-подзолистыми почвами, в меньшей мере -- дерново-подзолистыми и еще меньше -- дерново- и перегнойно-подзолисто-глееватыми. Почвы выпуклых микроповерхностей лишены второго гумусового горизонта или имеют светло-серые пятна в элювиальной части профиля. Почвам микросклонов и отрицательных форм рельефа свойственен почти повсеместно расположенный в средней ее части второй гумусовый горизонт.

Для второго сочетания верхней и средней частей склонов с более увлажненными условиями за счет внутрипочвенного подтока влаги с плакора характерны комплексы дерново-подзолистых, перегнойно-подзолисто-глееватых (темноцветных) и в меньшей мере подзолистых почв. Все почвы комплекса имеют яркие проявления внутрипочвенной аккуму-ляции гумуса в виде второго гумусового горизонта.

Третье сочетание, вследствие отмеченного динамического характера природных условий, образуют комплексы всех названных почв в равной мере. Для сочетания характерно широкое развитие, особенно в Приир-тышье, пятнистостей потечногумусового характера. Это обусловлено, с одной стороны, увеличением поступления сюда влаги с боковым почвен-ным стоком, обильным развитием травянистого напочвенного покрова, а с другой -- усилением миграционных процессов.

В связи с рассматриваемой проблемой внутрипочвенной аккумуляции гумуса отмечаются особенности расположения в почвенном профиле второ-го гумусового горизонта. Показателями для градации выраженности горизонта служили интенсивность его окраски и мощность. Так, мощность слабо выраженного светло-серого горизонта -- 12-13 см, средне выраженного серого и темно-серого -- 14-15 см и хо-рошо выраженного темно-серого, почти черного -- около 20 см.

При детальном картировании почвенного сочетания Прииртышского полигона выявлены сле-дующие закономерности сопряженности генетических горизонтов в со-ответствии с мезо- и микрорельефом. В связи с общим пологосклоновым характером поверхности наиболее широко распространено такое строе-ние верхней части почвенного профиля: О - А1А2 - А2h - Н - А2В. В нижних частях склонов и в наклонных ложбинообразных понижениях аккумуляция гумуса усиливается, и органогенная часть профиля имеет более монолитное строение: О - А1 - А2h - Н - А2В. В замкнутых за-падинах дифференциация органического вещества еще более ослабевает, и почвы приобретают потечногумусовый характер: О - А1 - А1А2 - А2h - А2g - А2Вg. На выпуклых поверхностях и крутых склонах про-филь имеет обычное для подзолистых почв строение: О - А1А2 - А2 - А2В.

О непосредственной роли современных природных факторов в фор-мировании второго гумусового горизонта свидетельствует прямая кор-реляция верхней его границы со степенью поверхностной увлажненности почв, обусловленной микрорельефом. Так, в почвах нормального увлаж-нения (подзолистых, дерново-подзолистых) горизонт Н расположен на глуби-не 20-25 см, в перегнойно-подзолисто-глееватых - на глубине 30-40 см. Весьма примечательно также локально встречаемое расположение горизонта Н непосредственно под А1. Такие почвы встречаются на склоне к широкому ложбинообразному понижению в Прииртышье. Это наиболее благоприятное в биоэнергетическом отношении местоположе-ние с произрастающими здесь травянистыми с липой в подлеске елово-пихтовыми лесами. Расположение более темного, чем горизонт А1, второго гумусового горизонта очень близко к поверхности почвы можно объяс-нить осаждением поступающих в почву гумусовых веществ биогенным кальцием, освобождаемым в процессе разложения обильного раститель-ного опада. Количество его, ежегодно поступающее на поверхность почв исследованных темнохвойных лесов, составляет около 30 ц/га в сухом виде. Содержание органического вещества в лизиметрических водах из-под верхнего слоя (10-15 см) почв темнохвойных лесов составляет око-ло 60% сухого остатка. В его минеральном веществе (прокаленном остат-ке) около 35% приходится на оксиды щелочно-земельных элементов. Мигрирующие с поверхностно-почвенными растворами недоокисленные вследствие ограниченности термических ресурсов подвижные про-дукты гумификации в зависимости от физико-химических условий обра-зуют на определенной глубине почвенного профиля органогенные акку-муляции. Подтверждением инфильтрационной теории происхождения второго гумусового горизонта служит приуроченность его к полого-склоновым местоположениям с дополнительным (делювиальным, внутрипочвенным) увлажнением. В ярко выраженных ложбинообразных западинах с проточным водным режимом второй гумусовый горизонт достигает максимальной мощности (до 30 см).

Важный фактор дифференциации органического вещества в почвенном профиле -- его окислительно-восстановительная обстановка. Верхней части профиля, находящейся длительное время в состоянии из-быточного увлажнения и обогащенной подвижными формами органиче-ского вещества, свойственны преимущественно восстановительные усло-вия. На выположенных поверхностях в нижней части облегченной элювиальной толщи на контакте с тяжелым лёс-совидным суглинком характерно наличие элювиально-глеевого горизонта А2g. Над ним, т. е. в зоне наиболее частых смен окислительно-восстановитель-ных условий, и расположен как бы подвешенный, второй гумусовый го-ризонт. На более дренированных поверхностях, где наблюдается отток внутрипочвенных вод, второй гумусовый горизонт располагается в верх-ней части иллювиального горизонта, и в таких случаях его обычно обоз-начают Вh, что подчеркивает его иллювиальную природу.

Страницы: 1, 2