Введение к работе
Актуальность темы. Фундаментальными направлениями почвоведения являются анализ закономерностей почвообразования, генезиса почв и разработка критериев их диагностики. Особенно актуально развитие этих направлений на Северо-Востоке Европейской части России в связи с интенсивным промышленным освоением этого региона и угрозой экологической безопасности таежным и тундровым экосистемам. Прогрессирующая деградация почвенного покрова выдвигает на первый план такие актуальные проблемы, как сохранение разнообразия почв, изучение их структурно-функциональных особенностей, возможностей самовосстановления.- Несмотря на достаточно длительную историю исследования почв Северо-Востока Русской равнины, ряд вопросов их генезиса и истории развития, диагностики и классификации остаются дискуссионными. Противоречива интерпретация морфологических и других признаков, не ясны процессы формирования компонентов топоэкологаческих катен. Диагностика на уровне мезо- и микроморфологии используется ограниченно, несмотря на существующую огромную фактологическую информацию по микростроению почв. Применение же морфогенетического и катеиарио-го подходов к изучению почв позволяет выявить топологические и функциональные взаимосвязи между почвами и разработать систему микропризнаков для разграничительной диагностики на разных таксономических уровнях и оценки антропогенных изменений на ранних этапах их проявления.
Нерешенность указанных проблем и вопросов негативно сказывается на рациональном использовании земель и приемов их улучшения, осложняет понимание сущности почвообразования, в частности, в нарушенных почвах, и наконец, пропюзирование тенденций их развития.
С учетом степени изученности перечисленных проблем возникает необходимость дальнейших исследований в этом направлении.
Цель работы: Разработать на основе сравнительного изучения таежных и тундровых почв в топоэкологаческих катенах, их микроморфологическую диагностику, выявить ЭПП в почвах этих ка-тен и трансформацию в условиях антропогенного воздействия. Исходя из этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Дать анализ микростроения и морфогенетических свойств природных почв топоэкологаческих рядов, сформированных на разных породах в таежной и тундровой зонах.
-
Провести разделение унаследованных и отвечающих современным колебаниям факторов почвообразования признаков и процессов тундровых и таежных почв.
-
Оценить изменение в таежных и тундровых почвах морфогенетических свойств и почвенных процессов под влиянием агротехнических, агромелиоративных мероприятий, а также в результате техногенных нарушений почвенного покрова.
-
Выявить направления почвообразования антропогенно-трансформированных почв.
Объекты и методы исследований. Исследования проведены на северо-востоке Русской равнины. Объектами исследований в подзонах северной, средней и южной тайги служили природные и нарушенные почвы топоэкологаческих катен на суглинистых, песчаных и двучленных отложениях под естественной и культурной растительностью. В типичной и южной подзонах Болынеземель-ской тундры 'изучались комплексы целинных, освоенных и антропогенно-нарушенных почв автономных и подчиненных положений на песках и суглинках. В Предуралье и на Северном Урале изучались бурые кислые грубогумусные почвы и подбуры фоновых и нарушенных территорий почвешю-геоморфологаческих рядов. Использован почвенно-экологический подход к характеристике микростроения и особенностей генезиса почв катен, и комплекс методов, включающих поэтапные морфологические (макро-, мезо-, микро- и субмикроморфологические), общепринятые химические и физико-химические. Проведено разделение главных признаков микростроения и морфогенетических свойств на современные и
реликтовые по методу Турсиной (1988). Названия и систематика почв даны по "Классификации и диагностике почв" (1977); Игна-тенко (1979).
Для обобщения и анализа полученных данных использовались методы вариационной статистики, установления корреляционной зависимости между показателями, расчета коэффициентов (Дмитриев, 1972).
Научная новизна. Впервые для крупного региона на примере Северо-Востока Русской равнины получена детальная информация о микроморфологическом строении связанных миграционными потоками вещества почв топоэкологических катен тайга и тундры, формирующихся на различных почвообразующих породах. На основе морфогенетического анализа, исследования свойств почв выявлены современные и унаследованные педогенные и литоген-ные признаки, их трансформация при педогенезе, показана специфика проявления различных элементарных почвообразовательных процессов в зависимости от литологических и биохимических условий, разработана микроморфологическая диагностика. Исследование по единой развернутой программе почв типичной и южной тундры, горной тундры Северного Урала и увалистой полосы Предуралья позволило получить новую информацию об их микроморфологическом строении, углубить представление об их генезисе и эволюции. Выявлена степень перестройки тундровых и таежных почв в результате сельскохозяйственного освоения, при смене естественных биоценозов на агроценозы; показано приобретение ими признаков процессов, свойственных более южным зонам. Обнаружена трансформация почвообразования* и смена типовой принадлежности болотных и болотно-подзолистых почв таежной зоны под влиянием мелиоративных приемов. Проведено сравнительное исследование естественных и нарушенных почв северотаежной и южнотундровой подзон, подбуров и бурых кислых грубогумусных почв Северного Урала; выявлен механизм трансформации почв под влиянием гидрогенных, аэротехногенных загрязнителей и ме-ханогенных вмешательств. Показано, что потенциальная способность к самовосстановлению находится в зависимости от интен-
сивности воздействия и физико-химических особенностей почв, их буферности, устойчивости. Разработана диагностика антропогенно-измененных таежных и тундровых почв, выявлены тенденции их развития. Разработан прогноз долговременного поведения техногенных веществ в таежных почвах.
Основные положения, представленные к зашите:
-
Типы организации микростроения природных почв определяются биоклиматическими и литологическими факторами, положением в катене, историей формирования и отражают современные и унаследованные процессы: Al-Fe-гумусовой дифференциации элювиальной толщи и лессиважа — в автономных таежных суглинистых почвах; оглеения и ослабления физического перемещения ила, цементации — в подчиненных. Микропризнаки тундровых почв фиксируют застойные формы оглеения, криогенез и миграцию глин в нижней части профилей. Элювиально-иллювиальный тип распределения Al-Fe-гумусовой плазмы в тайге и аккумулятивно-иллювиальный с криогенными чертами — в тундре, характеризуют почвы на песчаных отложениях.
-
Виды и технологии агротехнического воздействия на таежные и тундровые почвы способствуют приобретению ими признаков и протеканию в них процессов, свойственных почвам, формирующимся в более южных зонах.
-
Использование мелиоративных приемов в почвах таежной зоны (дренаж, глубокое рыхление) способствует трансформации почвообразования и смене типовой принадлежности болотных и болотно-подзолистых почв, усилению элювиально-иллювиальных процессов распределения Fe, гумуса, глины в оглеенных подзолистых почвах.
-
Техногенная трансформация почв определяется типом и интенсивностью нарушений: под влиянием гидрогенных и атмосферных загрязнений происходит хемогенная переорганизация почвенной массы и формирование техногенных поверхностных горизонтов; механогенные вмешательства (перемешивание и удаление горизонтов, погребение) спо-
собствуют локальным нарушениям или деградации почв. Потенциальная способность к самоочищению от загрязнителей определяется физико-химическими свойствами почв и микроморфологическими особенностями. Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на международных совещаниях по микроморфологии почв (Брауншвейг, 1991) на Международных конгрессах и симпозиумах (Москва, 1974; Хельсинки, 1994), на делегатских съездах Всесоюзного общества почвоведов (Алма-Ата, 1970; Минск, 1977; Ташкент, 1985), на Всесоюзных конференциях по микроморфологии почв (Харьков, 1980; Тарту, 1983; Москва, 1989), на Всесоюзных совещаниях: по биологическим проблемам Севера (Сыктывкар, 1972; 1981; Петрозаводск, 1973; 1976), повышению продуктивности почв (Тарту, 1979), истории развития почв в голоцене (Пущи-но, 1984), проблемам почвенного криогенеза (Воркута, 1985), на выездном заседании ЦСРОП по проблемам почвенных ресурсов Севера (Сыктывкар, 1991), на расширенном заседании отделов географии, минералогии и микроморфологии Почвенного Института (Москва, 1992).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 10 глав, введения и выводов, включает 344 страницы машинописного текста, 144 рисунков и таблиц. Список литературы насчитывает 662 работы. В диссертации использованы результаты личных исследований, а также некоторых совместных работ, выполненных под руководством автора и при непосредственном его участии. Автору принадлежит разработка программы исследований и положений, представленных к защите, сбор полевого материала, выполнение микроморфологических и части экспериментальных работ, интерпретация фактического материала, теоретическое обобщение оригинальных и литературных данных. Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Г.В. Добровольскому и к.г.-м.н. Е.А. Яриловой, д.с.-х.н. Т.В. Туренной, д.с.-х.н.В.Д. Тонко-ногову, д.б.н. М.И. Герасимовой, профессорам Ф.Р. Зайдельману, С.А. Шобе, д.г.н. Т.Д. Морозовой за ценные советы и замечания, сотрудникам отдела почвоведения и лабораторий экологии и охра-
ны тундры, химико-аналитической Института биологии КНЦ УрО РАН за помощь в сборе и обработке материала, оформлении работы.