Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы исследования - 6
Глава 2. Природные условия района исследований - 11
2.1. Геологическое строение 11
2.2. Рельеф - 20
2.3. Климат 26
2.4. Растительность 32
2.5. Гидрология 38
Глава 3. Минералогическая, микроморфологическая и химическая характеристика почв и вод Гегамского нагорья - 43
3.1. Субальпийская горно-луговая дерновая почва- 43
3.2. Горно-луговая черноземовидная почва - 69
3.З. Горный чернозем типичный 81
3.4. Горная каштановая степная почва 92
3.5. Почво-грунты на обнажившемся дне озера Севан 110
3.6. Горная бурая полупустынная почва 124
3.7. Аллювиальная дерновая почва и террасированный Азат 131
3.8. Луговой солончак 133
3.9. Воды р.Азат и р.Гаварагет 151
3.10. Содержание микроэлементов в почвах -158
Глава 4. Геохимические особенности почвообразования на Гегамском нагорье и в сопряженных ландшафтах 166
4.1. Общие закономерности выветривания - 166
4.2. Процессы преобразования глинистых минералов - 173
4.3. Химические свойства почв 184
4.4. Микроморфологические особенности почв - 190
4.5. Вертикальные почвенно-геохимические зоны бассейна р.Араке 192
Выводы 195
Литература 197
- Растительность
- Горно-луговая черноземовидная почва
- Аллювиальная дерновая почва и террасированный Азат
- Вертикальные почвенно-геохимические зоны бассейна р.Араке
Введение к работе
Настоящая работа ставит своей основной целью изучение общих закономерностей формирования почв, развивающихся на изверченных породах и продуктах выветривания в разных условиях рельефа и климата. Исследования были проведены на примере Гегамского нагорья Армении.
Гегамское нагорье это область четвертичного вулканического покрова, сложенное основными изверченными породами: базальтами и андезито-базальтами. Главные компоненты этих пород: основное и кислое вулканическое стекло, основные плагиоклазы, амфиболы, пироксены, оливин, магнетит, рудные минералы. Минералогический и химический состав исходных пород во многом определяет свойства формирующихся на них почв.
Исследования были направлены на познание специфических свойств горных почв, на изучение выветривания андезито-базальтов в результате почвообразовательного процесса. Для решения этих задач были отобраны образцы главных типов горно-зональных почв Гегамского нагорья.
Нами была поставлена задача изучения общих закономерностей выветривания основных пород, переноса и аккумуляции веществ в геохимически сопряженных ландшафтах Гегамского нагорья, выявить источники образования карбонатов и соединений кремнезема в Араз-даянской степи и пути их поступлений в донные отложения озера Севан, проследить пути трансформации глинистых минералов.
Влияние особенностей горных пород хорошо видно на примере молодых почв, развивающихся на свежих продуктах выветривания. Исследование различий процессов выветривания в разных климатических
зонах и в разных типах почв дало возможность представить общую для нагорья картину взаимозависимости этих процессов. Собранный материал позволил определить направление выветривания андезито-базальтов в разных климатических условиях, установить геохимивскую зависимость между элювиальными, транс элювиальными и аккумулятивными ландшафтами, развивающимися на андезито-базальтах и продуктах их разрушения.
Специфические черты почвообразования на эффузивных породах давно привлекали внимание исследователей, занимавшихся горными почвами Армении (Немова, 1928, 1930; Ярилова, 1956; 0ксенян,1962; Габриелян, 1965; Мелконян, 1966).
Эффузивные породы четвертичного возраста широко распространены на суше земного шара. Они приурочены к областям геологически недавней и современной вулканической деятельности. В СССР четвертичный эффузивные породы, кроме Армянской ССР, встречаются на Камчатке, курильских островах и в Приморском крае.
Время, прошедшее после излияния андезитобазальтовых лав на Гегамском нагорье-около одного миллиона лет-позволило сформироваться почвам развитого профиля и определить для данных геоморфологических и климатических условий четкие геохимические зависимости. Но, если почвы можно считать вполне сформировавшимися, то коры выветривания, характерные для данной территории, еще не сформировались, как и не определился еще полностью состав глинистых минералов. Продолжается непрерывное выветривание коренных пород и поступление в почвы и в воды продуктов выветривания андезито-базальтов.
Данная работа состоит из введения, четырех глав и выводов.
Выражаю глубокую благодраность моему руководителю - члену-корреспонденту АН СССР, профессору Виктору Абрамовичу Ковде за внимательное руководство, ценные указания и постоянную доброжелательность.
Растительность
Почва, как известно, при изменениях природной среды может долго сохранять реликтовые черты. Однако без растений, особенно в горах, почва может быть частично или полностью уничтожена эрозией. Ниже рассматривается характеристика возможных изменений ландшафтов вулканического нагорья Армении, составленная на основании сведений, содержащихся в работах Б.А.Клопотовского (1930, 1935), С.А.Захарова (1935), Х.П.Мириманяна (1935), А.Л.Таджаджа-на (1946), А.Т.Асланяна (1958), а также в палеогеографических работах (Марков и др., 1968; Шнитников, 1957). В нашем обзоре мы охватили весь четвертичный период, что представляется необходимым для лучшего понимания закономерностей современного развития природы и почв Армении.
Как отмечено в разделах, посвященных геологии и геоморфологии, современный рельеф Армении в основных чертах сформировался к началу четвертичного периода, т.е. около I млн,лет назад. В последующее время дневная поверхность обновлялась за счет действия как экзогенных, так и эндогенных факторов. Экзогенные факторы
это денудация горных массивов с одновременным накоплением рыхлых отложений на склонах и в долинах рек и обширных межгорных котловинах, в частности - Севанской и Араратской. Сведения, изложенные Г.К.Габриэляном в его работе "Современные процессы выветривания и денудации вулканического нагорья Армянской ССР" (1965), показывают, что темпы современной денудации, рассчитанные по величине твердого стока рек, находятся в пределах 0,04-0,11 мм в год, а "денудационный метр" равен 9-26 тыс.лет. Естественно, что реальная скорость денудации на разных участках поверхности может значительно отличаться от средней скорости в зависимости от крутизны, абсолютной высоты и экспозиции. В частности, в пределах Гегамского нагорья существуют очаги очень интенсивной денудации (крутые, часто лишенные растительности склоны поблизости от водотоков) среди относительно пологих водораздельных поверхностей, скорость денудации которых может быть менее средней, вероятно, на порядок или еще меньше. Денудация основной части Гегамского нагорья идет сравнительно медленно. Поэтому при рассмотрении основных закономерностей распространения почв в пределах нагорья денудационный фактор необходимо учитывать дифференцированно.
Сопровождающая денудацию водная миграция и аккумуляция, напротив, имеет важное значение для процессов почвообразования и должна учитываться при современных исследованиях почв, сформированных на аллювии и делювии.
Некоторое значение в Армении, как и в других регионах, может иметь фактор эоловой аккумуляции. О скорости накопления материала, принесенного ветром, может свидетельствовать такой факт: после разрушения в УП веке д.н.э. Урартской крепости Тейшебаини ее развалины покрылись слоем лессовидных глин и суглинков. Пови-димому, в низкорасположенных районах с разреженной растительностью, на равнинах Аракса и в предгорьях, могут встречаться участки с профилем почв, растянутым за счет ЭОЛОЕЫХ отложений, а иногда и погребенных почв; при этом величина деформации профиля должна резко меняться на небольших расстояниях, от вершин холмов к ложбинам между ними.
Эндогенный фактор обновления поверхности для Армении - это образование новых вулканических покровов. Хотя вулкан Мамрут, по летописным сведениям, действовал в последний раз совсем недавно, около 500 лет назад, однако его лавы этого возраста не имеют широкого распространения. От образования же обширных лавовых покровов нас отделяет не менее 25 тыс.лет, т.е. такой срок, за который почвы на лавах успели сформироваться и выработался их полный профиль.
Следовательно, нет оснований связывать те или иные черты почв на лавовых покровах с различиями возраста этих покровов, поскольку все они достаточно стары с точки зрения скорости образования почв.
Другим элементам природной среды, влияющим на характер почвообразования, является растительность , изменения которой контролируются климатом, Климат, кроме того, влияет на почвообразование и непосредственно сам по себе, однако разделить косвенное (через растительность) и непосредственное его влияние очень сложно, а в нашем случае не является необходимым.
К конну ледникового периода, от которого нас отделяет срок порядка 10-20 тыс.лет, растительность Армении обрела современные черты. Послеледниковая эволюция растительности также определяется колебаниягли климата, аналогичными описанным. Выделяются две относительно сухие и теплые эпохи (1-й и П-й ксеротермические периоды) около 5 тыс.и 1-2 тыс.лет назад, на фоне которых происходят более мелкие по продолжительности и амплитуде колебания климата. Гегамское нагорье практически бнло безлесным, что может быть объяснено двумя причинами. Первая - провальный режим увлажнения на молодых лавовых покровах и интенсивный сток поверхностных вод (в Армении ныне леса нигде не растут на четвертичных лавах).
Горно-луговая черноземовидная почва
Горно-луговые черноземовидные почвы Гегамского нагорья формируются3 нижней части субальпийского пояса на пологих склонах. Значительная часть почв используется под пастбища и сенокосы. Остепненная растительность этого пояса представлена злаково-разно-травными лугами с пыреями, трищетинисом полевым, овсяницей овечьей, ежой сборной; бобово-злаково-разнотравными лугами с клевером; лугами с трагакантовыми астрагалами. Климат этого пояса, расположенного от 2600 до 2100 м над у.м., холодный, среднегодовая температура составляет +2,8, осадков выпадает около 600 мм.
Изучениемгорно-луговых черноземовидных почв Армении занимались И.А.Завалишин (1931), Х.П.Мириманян (1940), Б.А.Клопотовский (1947). Разрезы 2 и 9 были заложены на высотах 2500 и 2400 м соответственно на пологих склонах (крутизной 2-3), спускающихся к озеру Севан и реке Араке. Морфологическое описание разреза 2 :
Для морфологического профиля этих почв характерна темная окраска и большая мощность гумусового горизонта, хорошая зерни-сто-порошистая структура. Реакция почвы близка к нейтральной, в верхних горизонтах рН = 6,22, с глубиной рН возрастает. Микроморфологическое строение (рисЛ2.и 43) : Горизонт 3-15 см. Окраска темнобурая, обусловлена гумусом и железом, ожелезнение горизонта неравномерное, агрегированность не очень четкая. В отдельных местах встречаются плотные скопления органики. В порах - агрегаты-экскременты мезо-, микрофауны. Отдельные агрегаты слабоокрашены, большинство из них - бурые. Среди экскрементов встречаются палочкообразные, непрозрачные, размером 0,5 мм, по краю которых капсула халцедона. Органическое se щество типа "миль". Много остроугольных обломков пород и минералов: пироксен (гиперстен), плагиоклазы. Обломки вулканического стекла трещиноватые, по трещинам затеки ориентированной глины. В отраженном свете затеки глины совершенно бесцветны.
Много корней и неразложившихся растительных остатков грибных гифов, хорошо выражена грибная ткань. В порах затеки ориентированной глины, среди которых много отдельных двупреломляющих участков, горизонт обогащен плагиоклазами и пироксенами. Горизонт АВ 15-29 см. Окраска светлобурая, меньше тонкодисперсного гумуса, агрегированность нечеткая, в порах отдельные участки ориентированной натечной глины значительные по площади (до I мм), небольшое ожелезнение по краям минералов, минералы затронуты выветриванием.
Горизонт В 45-58 см. Много натечной глинистой плазмы, из первичных минералов преобладают плагиоклазы, вулканическое стекло и пи-роксены. Горизонт светлоокрашен. Горизонте 58-85 см. Много обломков породы разной степени выветре-лости, светлые натеки тонкой неокрашенной поляризованной глины.
Микроморфологическое изучение почв показывает, что по всему профилю высока биологическая деятельность беспозвоночных. В микроагрегировании большую роль играют мелкие почвенные животные, а в разрушении растительных остатков - грибная микрофлора. Преобладает тонкодисперсный буроокрашенный гумус типа "мшь", связанный с окислами железа и глинистой плазмой. Плагиоклазы, вулканическое стекло и пироксены интенсивно выветриваются, что проявляется в растрескивании и.коррозии поверхности минеральных зерен. Большое количество железисто-глинистого и глинистого материала также связано с выветриванием первичных минералов.
По всему профилю проявляется иллювиирование глины с наиболее мощными натеками в нижней части профиля (рис.13 ). Натеки имеют неодинаковую окраску в разных горизонтах, в нижних горизонтах - это совершенно неокрашенная, очень тонкая поляризованная глина. СГЛ.
Исследование фракции 0,1-0,05 мм ( табл.2) показало увеличение содержания плагиоклазов в верхних горизонтах, а в почве разреза № 9 - увеличение содержания основного вулканического стекла при-одновременном.увеличении содержания пироксенов до 21,3. Содержание рудных минералов и лимонита значительно выше в низших горизонтах. Не все закономерности в содержании первичных минералов в этих довольно молодых почвах, развивающихся на постоянно подверженных процессу ; денудации поверхностях, можно объяснить почвенными процессами; многое, вероятно, объясняется вариациями в составе андезито-базальтов разных склонов.
При всех одинаковости пород специфика образования горных почв заключается в процессах провального промывного режима как для растворов, так и для илистых частиц, чему способствует каменистость почв. Следствием этого является отсутствие хорошо выраженных иллювиальных горизонтов. Постоянный смыв с поверхности почв превращает постепенно иллювиальные горизонты в элювиальные. Минералогический состав илистой фракции Расшифровка рентгенометрических данных показала, что для всех горизонтов горно-луговой черноземовидной почвы (разрез № 2 и Ш 9) свойствен одинаковый минералогический состав: каолинит (7,12; 3,56; 2,35; IJ74; 1,48), иллит (10,47; 5,16; 3,43;- 2,48; 1,51), гетит (4,10; 2,66; 2,49; 1,69), гиббсит (4,93; 2,49; 1,45). На термограммах (рис.14) о присутствии каолинита свидетельствуют также эндотермический пик при 520 и экзотермический пик при 920. Экзотермический большой пик при 300-325 и порог при 400-425о - результат присутствия в образцах окристаллизованных окислов железа.
Аллювиальная дерновая почва и террасированный Азат
Для изучения материала, транспортируемого р.Азат, берущей начало на юго-западной вершине склона Гегамского нагорья и впадающей в реку Араке, был заложен разрез Л II в пойме реки на высоте 850 м. Разрез расположен на левом берегу реки в 5 см от ее впадения в р.Араке и в 10 км от русла р.Азат. Тип климата - резко континентальный с холодной зимой и жарким летом, количество осадков составляет 250-300 мм за год. Среднегодовая температура +13: +15С, испарение достигает 1000 мм за год, а уровень грунтовых вод находится на глубине 2-3 метра. Материнская порода - песчаный аллювий с галькой размером от 2 до 15 см. Морфологическое описание разреза AQ 0-2 см - очень слабая несомкнутая дернина серого цвета. Aj 2-15 см - серый с коричневым оттенком, сухой, порошистый, песок связный, скелетность около 80% , пронизан редкими корнями, переход постепенный. В Ї5-26 см - бурый с серым оттенком, песчаный, сквлетность около 80$, есть отдельные корни. С 26-60 см - серый, каменистость 90-95$, сложен окатанной галькой. В минералогическом составе фракции 0,1-0,05 мм, взятой для анализа из горизонта 2-15 см, преобладают кварц, основное и кислое вулканическое стекло (38,5 и 0,5$), плагиоклазы (29,5$) и карбонаты (1,6$). Содержание пироксенов, составляющее 2,3$, - почти Валовой химический состав горной бурой почвы (разрез 13) (в % на прокаленную навеку) такое же, как и в прибрежных почво-грунтах. Относительно большое количество первичных минералов, их свежий невыветрелый вид, а также и сама морфология разреза свидетельствуют об очень замедленных процессах почвообразования. Минералогический состав илистой фракции горизонтов 26-60 и 2-15 см показал присутствие в обоих образцах монтмориллонита, иллита и каолинита (табл.18). Данные валового химического анализа илистой фракции и мелкозема почвы (табл.23) близки между собой по всем элементам, за исключением повышенного содержания железа и пониженного содержания кальция в илистой фракции в горизонте 2-15 см.
Исследования солончаков были проведены в долине р.Араке, в Араздаянской степи. Араздаянская степь расположена в юго-восточной чести приараксинской низменности в пределах Армянской ССР. Это - вытянутая вдоль р.Араке межгорная депрессия, высота над уровнем моря 800-810 м. Почвообразующими породили в ней являются аллювиальные отложения мощностью 60-70 м (Оганесян К.А., 1959). Аллювий имеет тяжелосуглинистый состав. Рельеф степи равнинный. Климат степи резко континентальный с холодной зимой и жарким летом. Количество осадков за год составляет :..: 288 мм, а испарение с поверхности почвы вдвое-втрое большее. Растительность степи преимущественно галофитная, представлена немногими видами солянок. Грунтовые воды находятся на глубине 0,5-2 м от поверхности, причем воды минерализованы; содержание солей составляет от 0,9 до 9,5 г/л. Засоленив грунтовых вод связано с геохимическим стоком с окружающих гор и, в частности, с Гегамского нагорья. Механизм переноса вод тот же, что и в озеро Севан,- воды фильтруются по трещинам в вулканических породах гор и выклиниваются в аллювиальной толще долины. Засоление носит хлорихшо-карбонатно-натриевый характер. Почвы степи формировались при непосредственном воздействии минерализованных грунтовых вод в условиях резкого преобладания испарения над осадками, вследствие чего верхняя толща в значительной степени засолена и осолоншвана. Исследовавший в 1881 году Араздаянскую степь инженер Псарев писал о высоком плодородии почв степи в конце прошлого столетия. Солончаки занимали тогда в сравнении с настоящим временем очень незначительные площади. Грунтовые воды степи залегали на глубине 2,4-7,0 метров.
В результате интенсивного орошения почв степи и периодических разливов реки Араке произошел общий подъем уровня грунтовых вод, который и вызвал перераспределение солей в почвах и их вторичное засоление. Разрез № 14 был заложен в долине реки Араке в Араздаянской степи на выровненной аллювиальной террасе в I км от русла реки. Растительность представлена солеросом и сарсазаном. ГоризонтAj 0-8 см. Окраска буровато-серая. Почвенная масса пропитана мелкозернистыми карбонатами и разбита порами-трещинами на агрегаты, ожелезнение равномерное, в отраженном свете окраска ярко-бурая, железо почти без органики. Растительных остатков мало, они Енутри почвенной массы, по краям растительных остатков - скопления ориентированной глины. Зерна кварца, полевых шпатов и роговой обманки размера мелкой пыли (0,01 мм). В других горизонтах минералогический состав такой же. Горизонт Bj 8-33 см. Окраска буровато-серая. Горизонт пропитан мелкозернистым кальцитом, в котором видна горизонтальная слоистость, связанная с уровнем капилярной каймы. По краям биопор прослеживаются скопления ориентированной глины.
Вертикальные почвенно-геохимические зоны бассейна р.Араке
Приведенные выше результаты исследования почв, пород, речных и грунтовых вод Гегамского нагорья и террас р.Араке позволяют говорить о существовании вертикальной почвенно-геохимиче-ской зональности левобережной части бассейна р.Араке. При выделении этих зон нами учитывается процесс остаточной аккумуляции элементов, вынос, дифференциация и аккумуляция при транзите, -состав основных вторичных минералов и обменных катионов. Поскольку эти характеристики существенно зависят от климата и рельефа, изменяющихся с высотой местности, границы вертикальных поч-венно-геохимических зон могут быть проведены на определенных абсолютных отметках-. Сумма, сведений, приведенных в табл.41, позволяет выделить три почвенно-геохимические зоны: кислую остаточную аллитно-ферралитную на высотах выше 2200 м, аккумулятивно-транвйтную карбонатную на высотах порядка от 2200 м до 950 м на южном склоне Гегамского нагорья и 1910 м в бассейне оз.Севан, транзитно-аккумулятивную боро-содовую, сформированную на более низких отметках. Основные характеристики этих зон приведены в табл. 41. 1. По сочетанию основных геохимических характеристик почв и почвообразующих процессов на исследованном профиле от оз.Севан через Гегамское нагорье к реке Араке в бассейне этой реки выделены три крупные вертикальные почвенно-геохимические зоны: верхняя кислая аллитно-ферралитная, средняя аккумулятивно-транзитная карбонатная, нейтральная или слабощелочная, и нижняя транзит-но-аккумулятивная боро-содовая монтмориллонитовая. Разница между ними обусловлена в основном соотношением атмосферных осадков, испарения и стока, определяющим тип коры выветривания и изменяющимся с высотой и рельефом местности. 2. Минералы исходных для почвообразования изверженных андезит обазальтов по устойчивости к выветриванию располагаются в следующий ряд: основное вулканическое стекло (наименее устойчиво), кислое вулканическое стекло, основные плагиоклазы, пироксены, амфиболы, рудные минералы (наиболее устойчивы). 3.
Выявленные особенности почв этих почвенно-геохимических зон свидетельствуют об унаследованности их химического состава от состава изверженных почвообразующих пород как в макро-, так и микроэлементах, а также о геохимической молодости коры выветривания и почв Гегамского нагорья. Молодость этих образований обусловлена не столько возрастом излияний лавы (он измеряется не менее чем десятками тысячелетий), сколько процессами эрозии и особенно замедленностью процессов выветривания из-за сухости клшлата, сочетающейся с ЕЫНОСОМ И аккумуляцией подвижных продуктов вследствие провального режима увлажнения, типичного для сильнотрещиноватых лавовых покровов нагорья. 4. Для верхней, наиболее увлажненной геохимической зоны, в которой развиты субальпийская горно-луговая и горно-луговая черноземовидная почвы, характерны процессы десиликашіи, деба-зашіи, подкисления и начальная стадия каолинитизапии мелкозема, а также остаточная аккумуляция полуторных окислов. 5. Для почв средней геохимической зоны (горного чернозема, горной каштановой степной и горной бурой полупустынной) характерны одновременные транзит и частично аккумулятивное формирование карбонатной коры выветривания, а также процесс иллитизадии мелкозема. 6. Б наиболее сухой, нижней геохимической зоне, характеризующейся также неглубоким залеганием щелочных грунтовых вод, развиты содовый солончак луговой и аллювиальная дерновая почва; по берегам оз.Севан, обнажившимся из-под воды вследствие опускания уровня озера, развиты своеобразные почвогрунты. В этих почвах и почвогрунтах идут процессы аккумуляции соды, бора, карбонатов кальция, а также монтмориллонитизадии илистой фракции. Выделение почвенно-геохимических зон и характеристика протекающих в них процессов дает основу хозяйственного использования горных ландшафтов для совершенствования агрохимических и мелиоративных мероприятий, необходимого для повышения эффективности сельскохозяйственного производства.
