Содержание к диссертации
Введение
1. История исследования подводного почвообразования 7
2. Методологические аспекты, связанные с проблемой изучения аквапочв 16
3. Условия подводного почвообразования в бассейне Японского моря 24
4. Объекты и методы исследований 44
5. Состав и распределение гумуса аквапочв и талассосолей 53
6. Особенности состава и строения гуминовых кислот аквапочв и талассосолей 69
Заключение 98
- История исследования подводного почвообразования
- Условия подводного почвообразования в бассейне Японского моря
- Объекты и методы исследований
- Особенности состава и строения гуминовых кислот аквапочв и талассосолей
Введение к работе
Актуальность. Работа посвящена исследованию аквапочв или подводных почв. Тема исследования является новым научным направлением в почвоведении, хотя термины «подводные почвы», «субаквальные почвы», «аквапочвы» известны почвоведам более 50 лет. Изучение подводного почвообразования является частью развивающегося на кафедре почвоведения и экологии почв ДВГУ нового направления об особенностях приокеанического почвообразования. А.М.Ивлевым разработана концепция о переходной зоне от континента к океану и показаны фациальные особенности почвообразования в этой зоне (Ивлев, 1984). Профессор кафедры Б.Ф.Пшеничников, в развитие этой концепции, показал влияние океана на почвообразование в почвах Сихотэ-Алиня, находящихся под прямым его воздействием (Пшеничников, 2002). Доцентом кафедры А.Ф.Костенковой было начато исследование маршевых почв на низких побережьях залива Петра Великого (Костенкова, 1979, 1987, 1989). Выпускник этой же кафедры С.А.Шляхов продолжил эти исследования, завершил их сводкой об особенностях почвообразования в прибрежных почвах и классификацией (Шляхов, 1996, 1997, 2000). Логическим продолжением явилось изучение аквапочв или подводных почв, что и является предметом защиты данной диссертации.
Так как не все исследователи принимают подводные почвы как объект науки почвоведения, в данной диссертации наряду с изложением экспериментальных исследований, включен раздел о методологическом подходе раскрытия понятия аквапочв. Особенностью данной работы является и то, что помимо аквапочв в качестве объектов исследования выбраны прибрежные почвы — талассосоли, являющиеся переходными от океана к континенту. Сравнительная оценка гумусовых веществ, выделенных из аквапочв и талассосолей, поможет раскрыть механизмы единого гумусообразовательного процесса для всей поверхности Земли.
Целью работы является обоснование выделения аквапочв как особой, самостоятельной формы почвообразования, протекающей в морской геохимической среде, а также отображение уникальности состава и строения гумусовых веществ аквапочв и их сравнительная оценка с гумусовыми веществами талассосолей, формирующихся в зоне перехода от океана к континенту.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1.Изучить качественный состав гумуса и распределение органического вещества в аквапочвах и прибрежных почвах (талассосолях).
2.Выявить особенности строения гуминовых кислот аквапочв и установить особенности их формирования.
З.Дать сравнительную характеристику гуминовых кислот аквапочв и прибрежных почв.
4.Изучить особенности гумусообразования на контакте суши и морской среды.
Научная новизна. Объектом исследования явились аквапочвы залива Петра Великого, Японского моря (Российский сектор), а также талассосоли Японо-морского побережья. Изучение подводных объектов и формирующихся в них гумусовых веществ с точки зрения почвоведения было сделано впервые. В работе показано, что в морской среде формируются уникальные почвенные образования, несущие свойства почв, где главным продуктом почвообразования являются гумусовые вещества. Эти почвенные образования относятся к аквапочвам. По нашим данным, процесс гумусообразования в аквапочвах имеет свои отличительные особенности, что приводит к образованию своеобразных по строению гуминовых кислот.
Данная работа дает возможность проследить особенности гумусообразовательного процесса, протекающего как в гидроморфных, полугидроморфных, так и автоморфных условиях при различных источниках
поступления органического вещества, что также является новым научным материалом.
Отбор образцов аквапочв был проведен во время научных рейсов НИС «Академик Опарин» в 1998 - 2001 годы. Основные аналитические работы проведены на базе лаборатории почвоведения и экологии почв АЭМББТ ДВГУ, кафедры органической химии ДВГУ, лаборатории ЯМР-спектроскопии ТИБОХ ДВО РАН, лаборатории почвоведения и экологии почв БПИ ДВО РАН.
Полученные результаты исследований позволили представить к защите следующие положения:
В морской среде формируются уникальные почвенные образования, несущие свойства почв, где главным продуктом почвообразования являются гумусовые вещества. Эти почвенные образования относятся к подводным почвам или аквапочвам.
Процесс гумусообразования в аквапочвах имеет свои отличительные особенности, что приводит к образованию своеобразных по строению гуминовых кислот, а именно: это молодые слабоокрашенные гуминовые кислоты с невысокой степенью конденсированности сетки ароматического углерода и заметным колебанием элементного состава, образующиеся на начальной стадии гумификации и для них характерна алифатическая или алициклическая структура.
Апробация материала. Основные положения диссертации были доложены на заседании Докучаевского общества почвоведов, г.Владивосток (2001, 2003, 2004 гг.), на Докучаевских молодежных чтениях, С.-Петербург (2002г.), на международной конференции "Биогеография почв", г.Сыктывкар (2002 г.), на 2 международной конференции "Гуминовые вещества в биосфере", Москва (2003 г.), на международном форуме "Сохраним планету Земля", С.-Петербург (2004 г.), на международной конференции "Мосты между северной Америкой и Российским Дальним Востоком. Прошлое,
6 настоящее и будущее", г.Владивосток (2004 г.), на IV международной научной конференции "Фальцфейновские чтения", г.Херсон, Украина (2005г.).
Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при изучении химического строения гуминовых кислот различного происхождения, а также особенностей процессов гумусообразования в различных природных условиях. Методологические аспекты, касающиеся аквапочв, могут найти применение при решении вопросов генезиса и классификации почв.
Личный вклад. Автором были самостоятельно отобраны образцы аквапочв для исследования, выполнена вся практическая работа по постановке экспериментов, получению аналитического материала и его обработка.
Благодарности. Выражаю признательность и благодарность за неоценимую помощь и всестороннюю поддержку научному руководителю д.б.н., профессору Ивлеву A.M. Содействие в участии в экспедиции и помощь при отборе и анализе образцов оказал к.х.н. Исаков В.В. за что, пользуясь случаем, приносим ему искреннюю благодарность. Участие в отборе образцов аквапочв принимал студент кафедры почвоведения и экологии почв АЭМББТ ДВГУ А.Болотин. Образцы талассосолей были любезно предоставлены к.б.н. С.А.Шляховым, за что выражаем признательность и благодарность, а также за высказанные советы во время проведения исследований. За поддержку и ценные советы при оформлении диссертационной работы выражаем большую признательность д.б.н. В.И.Голову. Большую помощь в проведении аналитических работ оказали вед.инж Куркина O.K., н.с. Семаль В.А., д.б.н. Пуртова Л.Н., вед. инж. Лисовский А.Ю., вед. инж. Сизова Н.А., н.с. Сазонова И.Ю., за что автор выражает им искреннюю благодарность и признательность.
История исследования подводного почвообразования
Одной из давних и центральных проблем в почвоведении является более точная и объективная формулировка термина «почва». Ее рассматривают и как функцию от факторов почвообразования и как совокупность генетических горизонтов и как открытую четырехфазную систему и т.п. Вероятно, поэтому в поле изучения почвоведов нередко попадают абсолютно не почвенные объекты (с точки зрения классического почвоведения), такие как морские, речные и озерные отложения или грунты. Изучение состава и свойств морских грунтов было начато еще в конце XIX века (Романкевич, 1970). Но обнаружение в составе органического вещества донных осадков гумусовых веществ (которые считаются чисто почвенными образованиями), вероятно, дало возможность рассматривать морские осадки как своеобразные «подводные почвы». Однозначного мнения по этому вопросу до сих пор не существует и поэтому в литературе встречаются такие определения этих объектов как «морские почвы», «подводные почвы», «аквальные почвы», и т.д. являющиеся, скорее всего, синонимами. Благодаря влияниям идей В.И.Вернадского сфера интересов почвоведения стала расширяться (Логвиненко, 1987). В своих работах В.И.Вернадский (1936) показал сходство между такими бикосными системами как почвы и донные отложения водных экосистем. Он определял озерный ил как природное тело, имеющее аналогию с почвой. В частности, он рассматривал донные отложения как подводные почвы, где гидросфера занимает место атмосферы. Б.Б.Полынов (1948) в своей работе описывал подводные почвы, называя их «субаквальными почвами». По его определению эти почвы образуются на дне водоемов и являются естественным продолжением ландшафтов зоны или провинции, где они сформированы (Полынов, 1948). При освещении проблемы классификации почв мира В.А.Ковда, Е.В.Лобова и Б.Г.Розанов в группе гидроморфных почв выделили подводные «субаквальные почвы», формирующиеся в условиях мелководных бассейнов при постоянном или периодическом затоплении, с постоянным или периодическим накоплением механического, хемогенного и биогенного материала. По мнению этих авторов, баланс веществ в подводном почвообразовательном процессе определяется механической, хемогенной и биогенной аккумуляцией из водных суспензий, растворов и осадков при совпадении направлений большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. В данном случае происходит попеременное пульсирующее формирование материнской породы и процессов почвообразования.
Поэтому В.А.Ковда и соавторы предлагают считать этот процесс предпочвенной стадией. Тем не менее, образующиеся при таком балансе вещества почвы предлагается разделять в зависимости от физико-географических условий на несколько подтипов: морской, аллювиально-речной, озерно-болотный делювиальный, коллювиальный. Также, по мнению авторов, то обстоятельство, что рассматриваемые образования выходят из-под воды с уже определенными свойствами, дает возможность ставить их в один эволюционный ряд с развитыми почвами в качестве начальной стадии эволюции. (Ковда, Лобова, Розанов, 1967). М.А.Глазовская в своей классификации почв мира также выделяет «субаквальные почвы» в группе гидроморфных почв (Глазовская, 1972). Более подробно связь подводных образований с собственно почвам рассматривает С.А.Владыченский (1968). Его работа касается в основном сравнительной характеристики между сухопутными почвами и донными осадками. При этом он выделяет ряд общих черт: и те и другие являются результатом взаимодействия биосферы и литосферы, обладают плодородием, несут на себе отпечаток внешней среды. Здесь же он упоминает идею Вильямса о том, что плодородие является непременным атрибутом, как почв, так и гидросферы, на которую распространяются закономерности единого почвообразовательного процесса. Но, тем не менее, Владыченский предлагает рассматривать донные осадки как самостоятельные образования, отличные от почв. Также между почвами и донными осадками он предлагает выделять переходные группы природных тел, а именно болотные почвы, осадки мелководий естественных (акватории с глубиной, не превышающей 2 метра) и искусственных (Владыченский, 1968). А.И.Перельман в своей работе также рассматривал общие закономерности развития почв и донных осадков (как пресноводных так и морских водоемов). Сходство автор видит в том, что эти объекты, как и почвы, представляют собой неравновесные динамические биокосные системы, богатые свободной энергией. Формирование их зависит от климатических условий и в своем размещении озерные и морские осадки подчиняются закону зональности. В осадочной толще можно выделить отдельные горизонты, а на дне озер и морей, как и почвах суши, протекают обменные и окислительно-восстановительные реакции. В то же время А.И.Перельман, как и С.А.Владыченский, отмечает существенные различия между почвами и донными отложениями, а именно: донные отложения являются двухфазными системами и не имеют материнской породы (Перельман, 1977). По мнению В.В.Плотникова (1979), донный субстрат древних водных экосистем можно считать прообразом первой почвы на Земле. Автор считает, что подводные почвы океанов, морей и внутриконтинентальных водоемов обладают общим свойством с почвами суши образовывать с растениями и животными экологические системы - биоценозы, а структура сообществ, прикрепленных к субстрату водорослей, напоминает структуру многих типов растительных сообществ суши. Почвенную стадию преобразования органического вещества выделял и Р.Э.Вески. Почвой он считал верхний слой коры выветривания, несущий в себе высшую растительность. В примитивных же почвах — это небольшой слой на поверхности Земли, или на дне океана, до границы распространения низших растений и фотосинтезирующих бактерий. К биокосным системам, обладающим плодородием (почвам) наряду с традиционными наземными почвами, как считал Р.Э.Вески, относится толща воды и поверхностный слой донных осадков до глубины 180 м. Подводные и переходные почвы, несущие высшие растения, он считал законным предметом теоретического почвоведения (Вески, 1982, 1985). Но более детально проблема подводного почвообразования представлена в работе В.А.Серышева (1986).
Представляя историю выделения подводных почв, он начинает с работ В.В.Докучаева, который рассматривал озерный и речной аллювий как почвенное образование. Далее он делает ссылку на Ваксмана, относившего науку о донных отложениях к разделу почвоведения. В.А.Серышев дает подробное описание сравнительной характеристики почв и донных осадков, используя работы В.И.Вернадского, А.А.Роде, Л.С.Берга, В.М.Фридланда, С.А.Владыченского, Р.Э.Вески и т.д. Помимо подробной истории выделения подводных почв, он предлагает и их классификацию, а именно: в классе субаквальных (подводных) почв он выделяет 4 подкласса. Первый — аллювиально-речной, второй — озерно-речной, третий — озерно-болотный и четвертый - морской. В основу выделения подкласса положены различия в качественном составе поверхности воды, наилка, гумуса, твердой и жидкой фазы. Для названия типа подводных почв он использует термин "аквазем", от латинского слова "аква" - вода. Тип выделяется В.А.Серышевым по общности: а) поступления органических веществ и продуктов их превращения и разложения; б) процессов разложения и преобразования минеральной массы; в) миграции и аккумуляции веществ; г) строения почвенного профиля. В основу выделения подтипа В.А.Серышев положил отличия по направлению одного из налагающихся процессов или выраженность основного процесса почвообразования, например, аквазем сапропелевый. Для номенклатуры родов субаквальных почв он использовал связанные с местными условиями (карбонатность, сульфидность и т.д.) их качественные особенности или реликтовые признаки, оставшиеся от предыдущей фазы почвообразования. Выделение вида основано на степени развитости подводных почвообразовательных процессов (степени гумусированности, засоленности и т.п.). Разновидности подводных почв В.А.Серышев предлагает выделять по гранулометрическому составу (Серышев, 1986). Процессы подводного почвообразования описаны и зарубежными исследователями. В частности, в своей работе Бурман (Buurman, 1975) подробно рассматривает судьбу почвенного материала при попадании его в морские условия (смена Eh, микробной активности и т.д.). Термин "морские почвы" встречается в работе Дегенса и Моппера (Degens, Моррег, 1975).
Условия подводного почвообразования в бассейне Японского моря
В концепции о переходной зоне от континента к океану, А.М.Ивлев (1984) показал, что на этом контакте широтная зональность сменяется меридиональной, в которой почвы четко разделяются по проявлению фациальных особенностей. А.М.Ивлев выделил следующие группы экосистем: островные, континентально-прибрежные, переходные и континентальные. Б.Ф.Пшеничников (2002) дал подробную характеристику особенностей почвообразования в континентально-прибрежных экосистемах, Ю.И. Ершов (1984) - в континентальных, а С.А.Шляхов (1996, 1997, 2000) -непосредственно в прибрежных. Логика подсказывает, что нужно продолжить эту схему не просто к островным экосистемам, а включить в нее и подводное почвообразование. Для его оценки и понимания необходимо знать и особенности проявления почвообразовательных процессов в водных условиях. Естественно, в морской среде работа факторов почвообразования имеет свою специфику. Японское море, являясь окраинным бассейном, расположено в пределах переходной зоны от Евроазиатского материка к Тихому океану и находится в области муссонной атмосферной циркуляции умеренных широт. Оно располагается в двух климатических зонах: субтропической и умеренной. В пределах этих зон выделяются два сектора с отличающимися климатическими и гидрологическими условиями: суровый холодный северный (зимой, частично покрытый льдом) и мягкий, теплый, прилегающий к Японии и берегам Кореи. Изменение многих климатических показателей в Японском море происходит с севера на юг, что вызвано его большой меридиональной протяженностью. Значительное влияние на климат, особенно на его юго-восточную часть оказывает теплое Цусимское течение. Зимой на область Японского моря влияют холодные континентальные воздушные массы. Пройдя над акваторией моря, они становятся более теплыми и влагонасыщенными, за счет чего островное побережье теплее материкового. В целом море имеет отрицательный годовой радиационный баланс тепла на поверхности, который компенсируется за счет постоянного притока тепла с водами, поступающими через Корейский пролив. Водный баланс моря определяется главным образом его водообменом со смежными бассейнами через три пролива: Корейский (приток), Сангарский и Лаперуза (сток). По сравнению с величиной водообмена через проливы вклад в водный баланс осадков и испарения и материкового стока незначителен. Это, прежде всего, обусловлено небольшой площадью водосборного бассейна Японского моря. В тепловом балансе исключительная роль принадлежит внутриводному теплообмену, связанному с горизонтальным переносом тепла течения (Лихт, Астахов и др., 1983). Среднегодовое количество осадков увеличивается с севера на юг и с запада на восток. Существует неравномерное распределение осадков не только по сезонам, но и по среднемесячному и суточному их количеству.
Отсюда важнейшие климатические показатели, влияющие на формирование жидкого и твердого стоков в Японском море, распределены очень неравномерно в пространстве и во времени, что связано со значительной меридиональной протяженностью моря (Бордовский, 1971). Общая длина береговой линии моря равна 7531 км. Она слабо изрезана (за исключением залива Петра Великого), иногда почти прямолинейна. Немногочисленные острова лежат преимущественно вблизи Японских островов и в заливе Петра Великого (Лихт, Астахов и др., 1983). Таким образом, климатический фактор влияет на характер распределения и баланс осадочного материала. Факторы, влияющие на седиментогенез и определяющие его особенность, зависят от многих причин, начиная от источника поступления материала, его диагенетическим преобразованием после поступления и заканчивая его последующим преобразованием после захоронения. Рельеф как фактор почвообразования определяет основные условия седиментогенеза и гумусообразования, а именно он в первую очередь обуславливает характер распределения поступающего с суши материала на поверхности дна. Особенностью морфологии дна Японского моря является слаборазвитый шельф, который тянется вдоль берега полосой от 15 до 70 км на большей части акватории. Наиболее узкая полоса шельфа шириной от 15 до 25 км отмечается вдоль южного побережья Приморья. Большего развития шельф достигает в заливе Петра Великого, в северной части Татарского пролива, Восточно-Корейском заливе и в районе Корейского пролива. Что касается горных пород, как составляющей минерального скелета аквапочв, то существуют как внешние, так и внутренние источники поступления осадочного материала. Поставка осадочного материала определяется всем комплексом физико-географических условий бассейна Японского моря и прилегающей суши. Наиболее существенными источниками поставки являются твердый сток рек, абразия, биологическая продуктивность. А.В.Соловьев (1960) установил, что объем поступающего в море терригенного материала, выносимого реками, равен 25x106 т, средняя скорость осадконакопления составляет 0.00275 г/см в год. Эта величина на порядок меньше величины геохимического стока с суши. Физико-географические условия водосбора Японского моря (горный рельеф, большое количество осадков) обуславливают значительный сток влекомых наносов. Основная масса аллохтонного осадочного материала поступает в Японское море через Корейский пролив с водами Цусимского течения. Внутренними источниками осадочного материала являются продукты подводного разрушения пород, гидротермальных процессов, аутигенного минералообразования. Материковый сток в связи с его незначительностью оказывает свое влияние только в прибрежных районах моря (Аксенов, 1965, Берсенев и др., 1975). Основная масса влекомых наносов рек осаждается в узкой прибрежной полосе. В глубоководных районах моря потенциально может отложиться взвешенный материал и частично органический материал взвеси (Лисицын, 1966, Пустельников, 1975). В Японском море выделяются следующие зоны с повышенными скоростями седиментации: а) прибрежная — бухт и заливов; б) подножия островного и материкового склонов; в) батиальных котловин. Максимальные скорости седиментации в Японском море отмечаются в вершинах заливов (Амурском, Уссурийском, Находка и др.), глубоко врезанных в сушу, и в бухтах. В Амурском заливе скорость осадконакопления за голоценовое время в среднем составляла более 200 см /1000 лет, локально - свыше 300 см /1000 лет. Значительные скорости осадконакопления в этом районе вызваны отложениями взвеси, выносимой в большом количестве р.Раздольная. В других бухтах залива Петра Великого отмечены несколько меньшие скорости осадконакопления — 100 — 200 см /1000 лет (Марков, Уткин, 1979).
Высокие скорости осадконакопления характерны для подножий материкового и островного склонов, батиальных котловин и межгорных долин бордерленда. У подножия материкового склона Приморья седиментация на отдельных участках достигает 20 - 26 см /1000 лет. В южной и юго-западной частях моря, участки с повышенными скоростями осадконакопления, занимают большие площади, чем у подножия материкового склона Приморья. Низкие скорости седиментации характерны для центральной и восточной части Центральной котловины Японского моря. Зона сочленения субконтинентального и субокеанического типов земной коры относится к морфологически выраженному элементу рельефа дна - подножию материкового или островодужного склона, соответствующего сравнительно узкому диапазону глубин - около 2500 м (Лихт, Астахов и др., 1983). Следовательно, аквапочвы, формирующиеся в прибрежной зоне, относятся к постоянно омолаживающимся образованиям. Для оценки гранулометрического состава минерального материала аквапочв в литературе используется в основном классификация, принятая в морской геологии (Лихт, Астахов и др., 1983). По данной классификации к псефитам относят частицы размером более 1мм, к псаммитам от 1 - 0.1мм (песок крупный и средний), к алевритам - 0.1 - 0.01 мм (песок мелкий и пыль крупная), к пелитам менее 0.01мм (пыль). Почти во всех районах распространения, особенно на внутреннем шельфе заливов, доминирует мелко псаммитовая фракция (0,1 - 0,25 мм) или песок средний и мелкий. На внешнем шельфе содержание более крупных фракций увеличивается, наибольшая примесь гравийно-галечникового материала отмечается на внешнем шельфе Восточного Приморья, где так же встречены чистые скопления гравийно-галечниковых осадков. Японское море по особенностям своего седиментогенеза характеризуется хорошим развитием осадочного материала с плохой сортировкой (Лихт и др., 1983). Верхний слой донных отложений, соответствующий самой ранней стадии диагенеза и принимаемый за подводную почву, отличается от нижней толщи осадка высокой напряженностью протекающих в них биологических и физико-химических процессов.
Объекты и методы исследований
Объектами исследования являлись аквапочвы, отобранные в акватории Японского моря (от б.Светлая до устья р.Туманная) на разном удалении от береговой линии и с глубин от 0.5 до 480 м. Район исследования включает как открытую часть Японского моря, так и заливы Угловой, Уссурийский, Амурский, Посьет и островную зону залива Петра Великого (рис.1, приложение 1) в ходе экспедиций на НИС «Академик Опарин». При отборе образцов был взят не географический фактор (ареал), а удаленность от береговой линии, глубина дна, особенности рельефа дна и динамики водных масс. Эти факторы (геоморфологический и гидрологический) во многом определяют характер седиметогенеза. Образцы аквапочв отбирались шлюпочной драгой с мешком из мельничного сита№ 38, ячей 0.2 х 0.2 мм. Брали только поверхностный слой, являющийся надежным корреляционным уровнем, на котором соприкасаются аквапочвы, образовавшиеся в различное время - от современных до древнейших. Первые подчинены закономерностям новейшего седиментогенеза, другие связаны с седиментогенезом былых эпох. Фациальный тип малых заливов (рис.2) занимает внешнюю часть Амурского и осевую среднюю часть Уссурийского залива, а также значительную часть заливов Стрелок, Восток и Находка и участок у п-ова Краббе (залив Посьет). В нашем случае это образцы из района острова Путятин и литоральных станций в бухте Рейд-Паллада. Рельеф дна довольно сложный и представляет собой затопленную морем равнину, сохранившую реликты речных долин с террасами. Рассматриваемый фациальный тип входит в область поставки и распределения материала в виде тонкой взвеси. Для него характерны седиментогенные (аккумуляционные) течения с поставкой преимущественно тонкого материала в открытые части заливов с глубинами до 15 м (Марков и др., 1979). Фациальный тип подводного берегового склона заливов ограничен с одной стороны современной береговой линией, с другой - 20 - 30-метровой изобатой. Это образцы аквапочв из бухт Большой Камень, Андреева, Воевода, Лазурная, Открытая, мыса Сысоева, станций 30 (2), 31 (1) и 6 (2) (в скобках обозначены номера рейсов НИС 1 — первая экспедиция, 2 - вторая экспедиция). В морфологическом плане данная территория представляет собой наклонную поверхность с уклоном от 2 - 3 до 10. Данный фациальный тип относится к области поставки и распределения материала в донном влечении. Для него характерно постоянное волновое воздействие на донную поверхность, повышенные скорости придонных волновых течений, способных перемешать песчаный материал (Марков и др., 1979).
Фациальный тип островных архипелагов подчинен фациальной группе подводного берегового склона и охватывает зону подводного берегового склона островов Русский, Рейнике, Рикорда, Желтухина и др. и представлен образцами со станций 32(1), 33(1)ив районе острова Риккорда. Рельеф дна, как и для предыдущего фациального типа, представляет собой поверхность с уклонами от 2 - 3 до 10. Для данной зоны характерно постоянное волновое воздействие, повышенные скорости придонных течений, а также абразия горных пород, различных по крепости, и плохая дифференциация обломков в области поставки материала (Марков и др., 1979). Фациальный тип внутреннего шельфа заливов охватывает полосу внутренней части залива Петра Великого, ограниченную с одной стороны 30-метровой изобатой, с другой 60-метровой. В нее входят почти весь залив Посьета, внешняя часть Амурского и значительная часть Уссурийского заливов (станции 5 (2), 28 (2), 29 (2), 13 (2), 12 (2)). Характер поверхности дна преимущественно равнинный, с реликтами речных долин (частично выраженный в рельефе дна). Во внешней части Амурского залива поверхность дна представляет собой морскую террасу, расчлененную подводным продолжением долин рек Брусья, Пойма, и Рязановка. В Уссурийском заливе вырисовывается контур погребенной долины корытообразной формы. По обоим бортам погребенной долины развита слабонаклонная террасовидная поверхность (Марков и др., 1979). На других участках в заливе Петра Великого поверхность дна имеет выровненный характер. Названный фациальный тип относится к области поставки и распределения материала в донном влечении. Поставка материала не идет глубже 20 — 30 м, т.е. она ограничена фациальным типом подводного берегового склона заливов. На больших глубинах (в пределах описываемого фациального типа) происходит только распределение материала, причем лишь в штормовых условиях. Различный литологический состав осадков происходит за счет поставки материала реками во взвеси и за счет перераспределения осадочного материала в доном влечении. Фациальный тип внешнего шельфа заливов охватывает всю внешнюю часть залива Петра Великого от 60-метровой изобаты до его бровки (120 — 145м) (станции 1 (1), 15 (1), 20 (1), 21 (1), 23 (1), 24 (1), 27 (1), 1 (2), 8 (2), 21 (2), 26 (2), 27 (2)). На участке между изобатами 60 и 85 м рельеф дна в западной части залива холмисто-увалистый, в остальной - увалисто-равнинный; глубже на изобатах 85 — 100 м отмечается значительный перегиб и выравнивание склона, так что край шельфа представляет собой субгоризонтальную ровную поверхность, провисающую над материковым склоном. У самого края шельфа отмечается небольшой уступ, за которым на глубине ПО — 130 м распложена еще одна террасовидная площадка. Эта площадка с перерывами прослеживается вдоль всей бровки шельфа. В западной части залива поверхность дна более неровная, с отдельными холмами и увалами, на остальной части дна рельеф более выположен. В рельефе дна также отмечаются реликтовые долины, которые протягиваются почти до 90-метровой изобаты; мористее (в пределах субгоризонтальной поверхности шельфа) они уже не выражены в рельефе дна, но погребенные днища долин устанавливаются до изобаты 110 - 120 м (Марков, 1980). Перегибы в рельефе дна на изобатах 60 и 85 м и граница распространения палеодолин (до ПО - 120 метровой изобаты) определяют границы распространения на поверхности дна разновозрастных реликтовых фаций. Современная седиментация в пределах фации внешнего шельфа заливов не происходит (за исключением участков нисходящей циркуляции вод). Таким образом, фация внешнего шельфа является асиментогенной.
Фациальный тип подводной дельты открытого залива. Специфические условия седиментации сложились на участках шельфа, где происходит значительный вынос осадочного материала реками. Подводные конусы выноса рек отмечаются обычно в глубоко врезанных в сушу заливах типа Амурского и Уссурийского, реже в открытых заливах против устья крупных рек. Характерным признаком дельтовых отложений помимо их плохой сортировки и смешанного состава является высокое содержание Сорг. — более 2 % (аквапочвы Углового залива). Фациальная группа подводного материкового склона отличается довольно простым рельефом, который осложнен на участках, расчлененных каньонами (станции 6 (1), 28 (1), 29 (1), 3 (2), 9 (2), 10 (2), 18 (2), 22 (2), 23 (2), 25 (2)). Данный участок характеризуется большим уклоном и быстрым нарастанием глубин в районе Гамовского каньона. Основным рельефообразующим процессом здесь является осаждение взвеси. Для материкового склона залива Петра Великого характерны слабожелезистые осадки, содержание органического углерода изменяется от 1 до 0.5 %, а в редких случаях достигает 1,5 %. Прибрежные почвы или талассосоли Японо-морского побережья были выбраны в качестве объектов сравнения, так как они представляют собой уникальные экологические системы со специфическими условиями почвообразования. Эти почвы представляют для нас особый интерес, так как они формируются в зоне перехода от океана к континенту, за счет чего у нас есть возможность сравнить состав и свойства гумусовых веществ, формирующихся как в гидроморфных, так и в полугидроморфных и автоморфных условиях. Что же касается образцов изученных талассосолей, то они любезно предоставлены ст.н.с. С.А.Шляховым, а подробное описание разрезов можно найти в его работах (Шляхов, 1997; Шляхов, Костенков, 2000). Мы лишь приводим экологическую характеристику, изученных нами талассосолей (табл.1, рис.1), из которой можно делать выводы об источниках органического вещества и условиях его образования.
Особенности состава и строения гуминовых кислот аквапочв и талассосолей
Оптические свойства гумусовых веществ принято рассматривать как важный диагностический показатель при почвенно-генетических исследованиях. Чаще всего используются показатели оптической плотности вытяжек видимой области спектров (400 - 800 нм). Как указывает Д.С.Орлов (1985), спектры поглощения гумусовых веществ в ультрафиолетовой (УФ) и видимой частях спектра используют в разных целях: 1) для сравнительной характеристики гумусовых веществ различного происхождения; 2) как метод изучения особенностей свойств и строения гуминовых кислот и фульвокислот; 3) для быстрого количественного определения содержания гуминовых и фульвовых кислот; 4) для контроля за растворимостью гуминовых и фульвовых кислот, условиями их осаждения, образованием соединений с катионами металлов и т.п. Кривые поглощения в УФ- и видимой части спектра дают возможность судить о химической активности (реакционной способности) гумуса, которая выражается в его способности взаимодействовать с другими веществами. А.Ю.Кудеярова (2001) отмечает, что электронные спектры поглощения позволяют рассматривать оптические свойства и реакционную способность гумусовых молекул в совокупности. Поэтому для получения первичных данных о строении изучаемых нами гуминовых кислотах мы использовали показатели изменения оптической плотности в видимой и ультрафиолетовой частях спектра. В изученных нами вытяжках гуминовые кислоты аквального происхождения имели довольно слабую окраску или были почти бесцветными. Это, скорее всего, обусловлено отсутствием в составе источников органического вещества аквапочв лигнина и дубильных веществ. В своей работе Б.А.Скопинцев (1985) отмечал, что именно при окислении этих соединений накапливаются окрашенные органические вещества. Низкие значения оптической плотности характерны и для гумусовых веществ, имеющих озерное и речное происхождение (Орлова, Кольчевский, 2004). Наибольшие значения оптической плотности приходятся в основном на образцы, взятые с глубоководий (ст. 10 (2), ст. 9 (2),ст.8 (2), 18 (2), 3 (2), 25 (2), ст. 1 (1), ст. 15 (1), 20 (1), 21 (1), (приложение 4, рис. 20). Хромофорные группировки атомов с кратными связями и неопределенными электронами в боковых радикалах, а также карбоксильные группировки, поглощающие в области спектра 250 - 300 нм (Motheo, Pinhedo, 2000), по-видимому, находятся в сопряжении с ароматическим ядром молекул данных гуминовых кислот. Алифатические боковые цепи, не несущие двойных связей, такие как цепочки полисахаридов, полипептидов, насыщенных углеводородов, поглощающие в данной области, практически не окрашены.
Скорее всего, именно они и составляют основу построения большинства изученных нами гуминовых кислот аквального происхождения. Для некоторых образцов гуминовых кислот аквапочв отмечаются небольшие перегибы спектров поглощения в области 250 - 275 нм, характерные для хромофоров: С=С-С=, C=N, С=0, относящиеся скорее к боковым радикалам (Комиссаров, Логинов, Стрельцова, 1971; Тюкавкина, Бауков, 1991). Также такая неоднородность может быть обусловлена присутствием в щелочных вытяжках гуминовых кислот различных пигментов. Они видимо и затрудняют определение хромофорных групп. отношений Е4/Е6 (табл.2, приложение 4) в гуминовых кислотах аквапочв говорят о меньшей степени конденсированности сетки ароматического углерода в аквапочвах. Довольно широкие значения коэффициента цветности для гуминовых кислот аквального происхождения можно найти в работах многих исследователей (El-Saed et al., 1996; Fooken, Libezeit, 2000). С возрастанием количества колец в ароматическом ядре окраска конденсированных соединений становится более темной и, соответственно, максимум поглощения смещается по направлению к видимой области. Одновременно с этим возрастает и степень поглощения. О.С.Безуглова (2001) объясняет слабое поглощение в видимой области и высокие значения Е4/Е6 тем, что в этих кислотах имеется значительное количество углерода, входящего в состав боковых алифатических цепей. Тем не менее, принципиально одинаковая форма кривой светопоглощения у всех вытяжек гуминовых кислот аквапочв свидетельствует о наличии общего «мотива» построения этих веществ. Поглощение щелочных растворов изученных гуминовых кислот прибрежных почв в области от 225 до 650 нм имеет характер сплошного спектра с возрастанием оптической плотности в коротковолновую область. Для верхних горизонтов всех типов прибрежных почв характерны довольно высокие значения оптической плотности (рис.23, 24, приложение 5), по сравнению с нижними горизонтами, окраска которых изменялась от темно-бурой до светло-желтой. Д.С.Орлов (1985) считает, что изменение интенсивности окраски надо рассматривать как суммарное влияние длины цепи сопряжения и кислородсодержащих заместителей. Уменьшение значений оптической плотности для всех образцов закономерно уменьшается от верхних горизонтов к нижним. Это обусловлено уменьшением доли «ядерной» части в построении молекул прибрежных почв. Спектры поглощения вытяжек гуминовых кислот, полученных из маршевой и аллювиально-маршевой почвы имеют вид постепенно убывающих кривых без резких изгибов (рис.23, приложение 5). Предполагается, что сплошной характер спектра определяется ядром ароматически конденсированного углерода. Хромофорные группировки атомов с кратными связями и неопределенными электронами в боковых радикалах, по-видимому, находятся в сопряжении с ароматическим ядром. Отсутствие тонкого расщепления, по данным некоторых исследователей (Комиссаров, Стрельцова, 1970), говорит, что их вклад в общее поглощение относительно невелик. Для некоторых образцов отмечаются небольшие перегибы спектров поглощения в области 250 и 300 - 325 нм, характерные для хромофоров: С=С-С=, С=С-С=0 (Тюкавкина, Бауков, 1991; Motheo, Pinhedo, 2000). Такая неоднородность, как было отмечено выше, может быть объяснена присутствием в щелочных вытяжках гуминовых кислот различных пигментов, которые могут затруднить определение хромофорных групп, либо большей долей участия этих группировок в построении молекул гуминовых кислот.
Но, в целом, необходимо отметить на довольно схожий характер изменения оптической плотности в аквапочвах, маршевых почвах и нижних горизонтах маритимных почв, что говорит о схожем «мотиве» построения гуминовых кислот этих почв. Постепенное увеличение значений оптической плотности и сужение значений коэффициента оптической плотности происходит в ряду от аквапочв, через маршевые почвы к маритимным луговым почвам, что связано с уменьшением влияния моря. Но, к сожалению, спектрофотометрический метод не дает полного представления о строении молекул гуминовых кислот аквапочв и талассосолей, а по мнению Л.Н.Александровой, вообще не существует четкой зависимости между коэффициентом цветности и структурой гуминовых кислот (Александрова, 1980). Следовательно, с помощью этого метода довольно сложно выявить все особенности гумусообразовательного процесса. Одной из важнейших характеристик гуминовых кислот различного происхождения является их элементный состав. Д.С.Орлов (1985) считает, что элементный состав изменяется в ходе процессов почвообразования и поэтому может использоваться при оценке генезиса почв. Для гуминовых кислот аквапочв характерно сравнительно невысокое содержание углерода по сравнению с гуминовыми кислотами автоморфных почв (Александрова, 1980; Орлов, 1985) и повышенное содержание кислорода (табл.4). Относительно невысокое содержание углерода характерно и для почв болотного ряда (Безуглова, 2001; Лодыгин, Безносиков, Ванчикова, 2001). Элементный состав гуминовых кислот данных почв схож с распределением этих элементов в фульвокислотах автоморфных почв, описанных в работе Д.С.Орлова (1985). Средний элементный состав гуминовых кислот как аквапочв, так и прибрежных почв существенно изменяется, если его представить в атомных процентах, при этом на первое место выходит водород (табл. 4, 5). Среднее содержание углерода примерно - 33 %, азота - 4 %, а кислорода — 22 %. Это говорит о значительной замещенности ароматических колец и развитии боковых алифатических цепей
