Введение к работе
Актуальность исследования определяется важной ролью биологического поглощения макроэлементов в торфяных почвах, как звена биогеохимических циклов в функционировании болотных экосистем. Стабильность биогеохимических циклов макроэлементов является основной предпосылкой длительного существования болот Западной Сибири (Родин, Базилевич, 1965; Карпачевский, 1977; Манаков, Никонов, 1981). Изучение закономерностей накопления и распределения макроэлементов в торфяном слое почвы имеет определяющее значение для познания механизма и динамики болотообразования, как почвенного процесса, основных закономерностей формирования состава и основных ее свойств (Караваева, 1982; Бахнов, 2002). На территории бывшего Советского Союза содержание макроэлементов в торфяных почвах интенсивно изучалось в связи с мелиоративными работами на болотах Белорусского полесья, Карелии и юга Западной Сибири (Пьявченко, 1955; Глебов и др., 1973; Нейштадт, 1977; Раковский, Пигулевская, 1978; Нечаева, 1992).
В настоящее время российских и зарубежных исследователей беспокоят проблемы, связанные с глобальным потеплением, проявления которого наиболее заметны в высоких широтах. Поскольку почвенно-растительная составляющая болотных ландшафтов является очень чувствительной по отношению к внешнему воздействию, ожидается, что глобальное изменение климата значительно отразится на их состоянии со сдвигом баланса круговорота макроэлементов. Согласно прогнозируемым климатическим сценариям произойдет изменение величин химизма поверхностных и почвенно- грунтовых вод, определяемых геохимической обстановкой и степенью участия химических элементов в биологическом круговороте. Несмотря на традиционное внимание к запасам и распределению макроэлементов в торфяных почвах, их латеральные миграции по почвенно-геохимической катене практически не изучены.
Цель работы - выявить особенности накопления и распределения макроэлементов в верховых торфяных почвах, сформированных в сопряженных элементарных ландшафтах на примере почвенно-геохимической катены типичного олиготрофного болотного комплекса средней тайги Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
изучить ботанический состав и свойства болотных почв в пределах изучаемого болотного массива;
-
определить содержание и запасы макроэлементов (С, Н, N, S, P, Na, K, Ca, Mg, Fe) в профиле болотной почвы изучаемых элементарных ландшафтов;
-
определить распределение концентраций элементов в торфяной почве элементарных болотных ландшафтов;
-
рассчитать латерально-миграционную дифференциацию макроэлементов по почвенно-геохимической катене изучаемого болотного комплекса;
-
провести сравнительную характеристику распределения макроэлементов в торфяных почвах болотных ландшафтов среднетаежной подзоны Западной Сибири.
Научная новизна. 1. Установлено, что на протяжении почти всей истории формирования торфяной почвы сопряженных элементарных ландшафтов средней тайги Западно-Сибирской низменности условия торфонакопления не менялись: низкий рям и гряда занимали повышенные элементы рельефа и, как и в современное время, были сложены фускум торфом; мочажина и олиготрофная топь занимали подчиненное положение в болотном ландшафте и были сформированы балтикум, шейхцериево- сфагновым и шейхцериевым торфом, что свидетельствует о метахронности изменений климата и смены почвенно- растительного покрова экосистем на данной территории.
2. Впервые установлено, что содержание углерода и водорода в органическом веществе почвенного профиля каждой экосистемы практически не меняется, а их соотношение равно примерно 8, что говорит о незначительной изменчивости гидротермических условий формирования торфяной почвы болотного массива в течение периода его образования.
-
-
Впервые выявлено, что почва низкого ряма характеризуется максимальными коэффициентами биологического поглощения всех исследуемых элементов, почва олиготрофной топи - только для калия, натрия, кальция и магния, тогда как средние показатели этого коэффициента выявлены для всех исследуемых элементов почв гряды, а минимальные его значения наблюдаются в мочажине (для Са, Р и Fe) и рослом ряме (для К, Na, Mg и Р).
-
Впервые для условий средней тайги Западно-Сибирской низменности установлено, что латерально-миграционная сопряженность торфяных почв болотного ландшафта определяется биогеохимическим циклом макроэлементов в нем. Рассчитаны латеральная и радиальная геохимические структуры почв элементарных ландшафтов, обоснован нисходяще- восходящий тип латеральной и органогенный тип - радиальной, с преобладанием разного набора элементов в верхних и нижних горизонтах торфяного слоя в рамках последней.
Теоретическая и практическая значимость работы. Исследования вносят вклад в теорию биологического круговорота макроэлементов, а также развивают представления о процессах накопления и распределения углерода, азота и зольных элементов в сопряженных ландшафтах, взаимодействия между циклами С и N при смещении баланса углерода при глобальном изменение климата. Материалы по распределению макроэлементов в торфяных почвах могут быть использованы при проведении экологического мониторинга естественных и нарушенных болотных экосистем.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. В торфяных почвах болотных ландшафтов средней тайги Западной Сибири интенсивность вовлечения изучаемых химических элементов в биологический круговорот максимальна только в низком ряме; для калия, натрия, кальция и магния - в олиготрофной топи; средними показателями биологического поглощения для всех исследуемых элементов отличаются гряды. Для кальция, фосфора и железа интенсивность минимальна в мочажинах, и для калия, натрия, магния и фосфора - в рослом ряме.
2. Латеральная геохимическая структура болотного ландшафта на территории среднетаежной подзоны Западной Сибири по элементам калий, натрий, фосфор, магний, кальций и железо определяется как дисцендиально-асцендиальная (нисходяще - восходящая), а радиальная геохимическая структура - как органогенная с преобладанием разного набора элементов в верхних и нижних горизонтах торфа.
Публикации и апробация работы. Положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, в т.ч. 1 публикация - в журнале из перечня ВАК. Материалы доложены и обсуждены на Международном конгрессе «ГЕОСибирь» (Новосибирск, 2010), Всероссийской научной конференции «Ковалевские молодежные чтения» (Новосибирск, 2010), Всероссийской научной конференции «Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2011), третьем Международном полевом симпозиуме «Торфяники Западной Сибири и цикл углерода: прошлое и настоящее (Ханты-Мансийск, 2011).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы, который включает в себя 201 источников, и 16 приложений. Работа изложена на 163 страницах, содержит 14 таблиц и 43 рисунка, иллюстрирующих полученные результаты.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, к.б.н. Нине Петровне Миронычевой-Токаревой за всестороннюю помощь в проведении исследования, терпение и понимание. Автор также благодарит к.г.-м.н. О.С. Покровского (Тулуза, Франция) за организацию отдельных аналитических исследований и неоценимую помощь в этом, д.б.н. А.И. Сысо за постоянные консультации в процессе работы, а также сотрудников лаборатории БГЦ ИПА СО РАН за помощь в проведении лабораторных исследований, дружескую поддержку и творческую атмосферу в коллективе. Автор благодарит за помощь в проведении полевых и аналитических работ А.С. Гамова, В.Ю. Шавырина, Е.А. Украинцеву, Я.Р. Соломина.
Похожие диссертации на Особенности макроэлементного химического состава почв верховых болот средней тайги Западной Сибири
-
