Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее актуальных проблем географии почв является выявление соотношения биоклиматогенных и литогенных закономерностей формирования современного почвенного покрова Земли. Ее решение требует как глубоких знаний о почвообразующих породах, так и анализа взаимосвязи литологического фактора и почвообразования в различных биоклиматических условиях. Наиболее перспективны в этом плане почвы с ярко выраженными литогенными признаками, примером которых являются почвы на красноцветных почвообразуюіцих породах. За геологическую историю зона распространения красноцветных отложений сокращалась (Геологические формации, 1981). В настоящее время основные ареалы почвообразующих пород, имеющих красную окраску, расположены в тропических и субтропических регионах, а на дневную поверхность умеренного пояса красноцветные породы различного возраста и состава выходят небольшими разобщенными ареалами, что и обусловило незначительное участие почв на красноцветных породах в почвенном покрове. Тем не менее, изучение этих почв очень важно для понимания глобальных закономерностей почвообразования, в связи с чем почвы на красноцветных породах европейской территории России (ЕТР) в довольно широком географическом диапазоне исследовались, начинал с прошлого века (Гордяпш, 1889; Глинка, 1903; Ризположенский, 1909; Красюк, 1925; и др.). Несмотря на длительную историю изучения в ряде случаев остаются весьма противоречивыми представления о закономерностях их географического распространения и генезиса. Истинная картина почвообразования затушевывается локальностью распространения красноцветных пород, постепенным характером переходов к почвам на четвертичных отложениях, а также часто случайным характером их изучения. В результате не было сделано процессно-генетического анализа этих почв, не выявлены закономерности географической изменчивости в связи с биоклиматическим и литогенным факторами. Не изучены в достаточной мере минералогический состав, степень его устойчивости к внешним факторам. Остается открытым вопрос о роли (гидро)оксидов железа, их взаимодействия с глинистыми чминералами. Не выявлены механизмы устойчивости слабодифференцирован-ных почв на красноцветных породах к процессам текстурной и Al-Fe-гумусовой дифференциации. Неизвестно влияние красноцветных пород на характер гумусообразования и экосистемная роль почв на красноцветных породах. Не проводилось сравнения характера почвообразования на красноцветных породах в условиях умеренного и тропического пояса. Не решен вопрос классификационной принадлежности почв с ярко выраженной литогенной спецификой, что стало особенно актуально в связи с выходом в свет новой Классификации и диагностики почв России (2004). Целью работы является выявление основных закономерностей географического распространения почв на красноцветных породах ЕТР, а также специфики почвообразования в связи с минералогическим составом
тонких фракций, трансформациями слоистых силикатов и (гидро)оксидов железа. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи.
-
Выявить и типизировать ареалы красноцветных почвообразующих пород по их минералогическому и гранулометрическому составам.
-
Изучить основные закономерности географического распространения почв на красноцветных породах ЕТР, рассмотреть их биоклиматогенные и литогенные ряды.
-
Изучить морфологические, аналитические свойства, а также состав (гидр)оксидов железа и глинистых минералов в наиболее представительных профилях почв на красноцветных отложениях ЕТР, развитых в широком географическом диапазоне таежной зоны и лесостепи. На основагош исследования специфики распределения отдельных групп глинистых минералов и (гидро)оксидов железа, их трансформаций и взаимовлияния определить комплекс наиболее значимых минералогических признаков: (а) литогенно обусловленных и (б) сформированных под воздействием современного педогенеза.
-
Выявить наборы элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП) и причины сходства/ различия генезиса почв на красноцветных породах и на некрасноцветных четвертичных отложениях ЕТР на основании морфохимического исследования и детального изучения (гидро)оксндов железа її глинистых минералов.
-
Определить классификационную принадлежность почв на красноцветных породах, апробировать новую классификационную систему почв России для этих специфических почв и, в случае необходимости, предложить пути ее усовершенствования
Объекты исследования. Решение поставленных задач проведено в широком географическом диапазоне от северной тайги до лесостепи - в Архангельской, Пермской, Ленинградской, Белгородской областях. Исследовались почвы, распространение которых приурочено к выходам красноцветных дочетвертичных пород. Почвообразующими породами выступают элюво-делювий и дериваты красноцветных отложений различного возраста, минералогического и гранулометрического составов, в которых по аналитическим и минералогическим данным минимальна примесь четвертичного материала. В анализ также включены почвы на красноцветных отложениях, исследованные в других регионах ЕТР (Татария, Чувашия, Кировская область) и описанные в литературе. Защищаемые положения.
1. Красноцветіше лочвообразующие породы ЕТР не являются единой общностью из-за различия в генезисе, литологии и составе глинистых минералов. В силу существующих различий они по-разному предопределяют протекающее на них почвообразование. В связи с этим почвы на красноцветных отложениях ЕТР не относятся к единой генетической группе, что обусловлено различиями в минералогическом и гранулометрическом составах их материнских пород.
2. Закономерности географического распределения и генезиса почв на
красноцветных отложениях ЕТР определены биоюїиматогенньїмн и
литогенными факторами. В биоклнматогснном ряду почв на красноцветных
породах наиболее сенсорными (чувствительными) к изменению условий
среды являются почвы на бескарбонатных суглинистых породах, наименее -
на карбонатных породах независимо от их гранулометрического состава.
3. Красноцветные почвообразующие породы ЕТР предопределяют развитие
преимущественно метаморфического направления почвообразоваїшя в
отличие от элювиально-иллювиального и альфегумусового в почвах на
некрасноцветных четвертичных субстратах. Состав глинистых минералов не
имеет существенной роли при почвообразовании на красноцветных
карбонатных и тяжелосуглинисто — глинистых бескарбонатных породах и
является определяющим на супесчано — суглинистых. В последнем случае
наиболее ярко развивается педогенно обусловленная трансформация
унаследованных (гидро)оксидов железа.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые проведено комплексное систематическое исследование почв на красноцветных почвообразующих породах ЕТР от северной тайги до лесостепи. В результате:
-
Выявлены закономерности географического распространения и генезиса почв на красноцветных породах в зависимости от минералогического и граігулометрического составов пород. Охарактеризованы бноклиматогенные и литогенные ряды почв на красноцветных отложениях в пределах ЕТР: выявлены черты сходства и различия почвообразования на красноцветных породах в пределах северной, южной тайги и лесостепи, а также между природными зонами.
-
Определен набор элементарных почвообразовательных процессов; показано, что общими, ведущими ЭПП, во всех автоморфных почвах таежных и лесных экосистем выступают процессы брюнификащш и оструктуривания, в то время как набор и интенсивность проявления остальных ЭПП изменяются. Оценен вклад каждого из них в формировании биоклиматогенного и литогенного рядов почв на красноцветных отложешіях ЕТР. Обнаружено, что красноцветные породы обусловливают смещение почвообразования от «зонального» элювиально-иллювиального к метаморфическому.
-
Выявлены специфика и географические закономерности трансформационных трендов глинистых минералов и (гидро)оксидов железа, а также комплексы литогенных и педогенных характеристик минералогического состава почв на красноцветных породах ЕТР. К литогенным относятся унаследованный фазовый состав (а) глинистых минералов (преимущественно слюдистый на севере и северо-западе ЕТР, смектитовый на востоке, слюда-смектитовый на юге и частично на севере) и (б) термодинамически стабильных (гидро)оксидов железа (гематит, гетит). Педогенными являются термодинамически нестабильные минералы железа (фероксигиг, ферригидрит) и неупорядоченные смешаннослойные фазы
слоистых силикатов, возникшие в результате деградации глинистых минералов при почвообразовании.
-
Определено классификационное положение почв -на красноцветных отложениях ЕТР. Показано, что, несмотря на широкий диапазон биоклиматическігх условий «северная тайга — лесостепь» и разнообразие красноцветных пород, в исследованных почвах отсутствует текстурный (глинисто-иллювиальный) горизонт ВТ, характерный для «зональных» подзолистых, дерново-подзолистых и серых почв. В нтгх диагностируется метаморфический горизонт ВМ (BFM).
-
Показано, что, несмотря на существенные различия в биоклиматических условиях, возрасте и составе глинистых минералов, почвообразование на красноцветных породах умеренного пояса в основных чертах сходно с педогенным преобразованием красных субстратов в субтропических и тропических областях с гумидным и семигумидным климатом. Практическая значимость. Проведенные исследования показали возможность использования классификации и диагностики почв России (2004) для классифицирования редких и специфичных почв на красноцветных отложениях. При выполнении работы разработан ряд предложений по диагностике некоторых горизонтов и расширению списка типов її подтипов почв для новой национальной классификационной системы. Проведенные исследования внесли вклад в инвентаризацию почвенных ресурсов Пинежского заповедника, и на основе работы подготовлены материалы для Красной книги почв России. Данные об экосистемной роли почв на красноцветных отложениях необходимы для программ по изучению и сохранению биоразнообразия России. Результаты работы использованы при чтении курсов на биолого-почвенном факультете Санкт-Петербургского государственного университета: "Экосистемы России", "Минералогия почв", «Почвоведение с основами географии почв».
Апробация работы. Основные положения доложены на Международных
конференциях: 17 Конгрессе почвоведов (Бангкок, 2002), "Eurosoil"
(Фрейбург, 2004), "Interclay" (Байя-Бланка, 2001), "Euroclay" (Краков, 1999,
Модена, 2003), XIY и XY совещаниях, по рентгенографии минералов (Санкт-
Петербург, 1999, 2003). Результаты работы были представлены также на
объединенном заседании YII (минералогия почв), V (генезис и география
почв) комиссий и подкомиссии по микроморфологии почв ДОП в Почвенном
институте им. В.В. Докучаева (Москва, 2003). <
Структура работы. Диссертация изложена на 315 стр. текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, и приложений, содержит 31 таблицу, 41 рисунок в основном тексте, список литературы состоит из 246 источников. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за помощь на различных этапах выполнения работы проф., д.с.х.н. Н.П. Чнжнковой и д.с.х.н. Ю.І1. Водяницкому (Почвенный ин-т), к.г.н. СВ. Горячкину (ИГРАН), проф. Е. Касбому (гос. университет г. Грейфсвальд, Германия),
Далее по тексту классификация (2004)
проф., д.г.м.н. Э.А. Гойло (СПбГУ). Автор признательна научному консультанту, проф. Б.Ф. Апарину за постоянную многолетнюю поддержку, а также директору БНИИ СПбГУ проф. Д.В. Оснпову и коллегам — сотрудникам кафедры почвоведения: проф. Н.Н. Матннян, доц. Г.А. Касаткиной и Н.Н. Федоровой, а также проф., д.г.и. А.С. Федорову (СПбГУ). Значительная часть работы была выполнена при финансовой поддержке фондов РФФИ (№ 00-04-48269, 01-04-48815), RSS (№ 841/2000), DAAD (№325/2002). СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
