Содержание к диссертации
Введение
1. Объекты и методы исследования 7
2. Эколого-географические условия формирования лиственничных лесов Горного Алтая 10
2.1. Географическое положение 10
2.2. Геоморфология, геологическое строение и почвообразующие породы 13
2.3. Климат 26
2.4. Гидрографическая сеть 35
2.5. Растительность 37
3. Исторический аспект изученности вопроса 51
3.1. Особенности почвообразования в горах 51
3.2. Общие закономерности строения почвенного покрова Горного Алтая 59
4. Почвы лиственничных лесов Центрального Алтая 64
4.1. Морфологическое строение чернозёмовидных почв 64
4.2 Физические свойства чернозёмовидных почв 71
4.3. Химический и физико-химические свойства горных лесных чернозёмовидных почв 74
4.4. Морфологическое строение и гранулометрический состав горных тёмно-серых лесных почв 80
4.5. Физико-химические и химические свойства тёмно-серых лесных почв 84
4.6. Морфологическое строение и гранулометрический состав дерново-карбонатных почв 87
4.7. Физико-химические и химические свойства горных лесных дерново-карбонатных почв 90
5. Почвы лиственничных лесов Юго-восточного Алтая 93
5.1. Морфологическое строение и гранулометрический состав горных лесных мерзлотных грубогумусных почв 93
5.2. Химический и физико-химические свойства горных лесных мерзлотных грубогумусных почв 99
6. Особенности почвообразования под лиственничными лесами и классификация почв 114
6.1. Особенности почвообразования под лиственничными лесами 114
6.2. Классификация почв лиственничных лесов Горного Алтая 121
7. Лесорастительные свойства почв лиственничных лесов Горного Алтая 123
Выводы 135
Список используемой литературы 13 7
- Геоморфология, геологическое строение и почвообразующие породы
- Общие закономерности строения почвенного покрова Горного Алтая
- Химический и физико-химические свойства горных лесных чернозёмовидных почв
- Химический и физико-химические свойства горных лесных мерзлотных грубогумусных почв
Введение к работе
Актуальность проблемы. Нельзя не отметить высокую почвозащитную роль лиственничных лесов, заключающуюся в скреплении корнями рыхлого почвообразующего слоя горных пород, задержание кронами атмосферных осадков, замедлении снеготаяния и испарении влаги из почвы. Иными словами, устойчивость горно-лесных почв в значительной степени определяется влиянием и лиственничных биоценозов. Однако постоянное влияние внешних факторов, потребность населения в древесине, антропогенные нагрузки на лесные экосистемы, изменение почвенно-экологических условий на вырубках, а так же изменение состава и структуры этих биоценозов влечёт за собой изменение и почвообразования под лиственничными лесами.
В связи с этим изучение почв лиственничных лесов Горного Алтая, их генезиса, состава и закономерностей их пространственных сочетаний очень актуально. Проведенные ранее исследования (Градобоев, 1958; Волковинцер, 1964; Почвы ..., 1973; Ковалев, 1974; Хмелёв, 1982; Огородников А.В., Читоркина, Одинцов, Мерзляков, 2000; Огородников, Читоркина, 2004; Давыдов, 2005) были посвящены изучению почв Горного Алтая их многообразию и распространению. Однако эти работы не дают полного представления об условиях почвообразования в лиственничных лесах на всей территории Горного Алтая.
Разнородность данных о специфике почвообразования в различных геоклиматических ареалах распространения лиственничных лесов Горного Алтая и недостаточная информативность и выявленная недостоверность почвенно-картографического материала, послужило основой для написания данной работы. Кроме того, изучение почв лиственничных лесов необходимо для решения проблемных задач устойчивого развития и пространственного совершенствования природопользования как в целом для горных территорий, так и для конкретных районов Горного Алтая.
4 Цели и задачи исследований. Изучить региональные особенности
распределения почв под лиственничными лесами различных типов классов от горно-таёжной зоны Центрального Алтая до лесостепной зоны Юго-Восточного Алтая и выявить закономерности их пространственных сочетаний. В задачи исследования входило:
Установить характер и направление почвообразования, выявить основные типы почв и их распределение в лиственничных лесах Горного Алтая согласно законам вертикальной зональности;
Выявить связь дифференциации почвенного покрова с экологическими условиями исследуемой территории;
Изучить генетические особенности основных типов почв;
Дать характеристику лесорастительным свойствам почв лиственничных лесов Горного Алтая.
Геоморфология, геологическое строение и почвообразующие породы
Определяющие во многом характер распределения химических элементов в почвах геологическое строение и литология, дают возможность при знании характера слагающих горных пород, судить насколько они обогащены тем или иным химическим элементом. Отсюда становится понятным насколько важны при почвенных исследованиях знания геологии и литологии региона, особенно горного.
Горный Алтай в геологическом и литологическом отношении достаточно сложен. Изучению геологического строения и геологической истории этой горной страны уделяли внимание многие исследователи (Обручев, 1915, 1927; Нехорошее, 1932, 1958, 1966; Кузнецов, 1952, 1954, 1963; Щукина, 1953, 1954, 1960; Лунгерсгаузен, Раковец, 1961; и др.). Этими исследователями было установлено, что эта территория представляет собой салаирско-каледонское глыбово-складчатое сооружение, образовавшееся в результате сводного поднятия древнего палеозойского основания, которое затем подверглось существенной перестройке и проявлению магматизма в герцинском этапе тектогенеза.
Участки, смятые в складки, а затем поднятые мощными тектоническими движениями на различную высоту, образовали простые и сложные (ступенчатые) плосковершинные горные сооружения - горсты. Отдельные же блоки, расположенные между горстами, в момент вздымания мезозойско-третичного пенеплена отстали в своём перемещении вверх и послужили причиной появления другого крупного элемента рельефа Алтая - грабенов. (Нехорошее, 1959, Ефимцев, 1961.).
В стратиграфическом разрезе Горного Алтая наиболее древними отложениями являются докембрийские метаморфические сланцы Терехтинского хребта и хребта Холзун. Полоса кристаллических серицито-хлорито-кварцевых сланцев, частично с кальцитом, эпидотом, актинолитом, а также мрамором, ортогнейсом и амфиболами образуют в этих хребтах горст, имеющий от 15 до 40 км в ширину и простирающийся почти в широтном направлении. Современный голоценовый этап развития Алтая характеризуется наличием как тектонических движений, так и активизацией физико-географических и экзогенных геологических процессов. Это выражается, с одной стороны, в продолжающейся сейсмической активности, особенно в юго-восточной части Алтая, а с другой — в сокращении ледников, образовании значительных по площади курумников, активизации процессов выветривания в целом. С этим этапом связано также образование речного аллювия и некоторых озерных отложений.
Достаточно широко распространены на Алтае отложения палеозойского возраста, представленные карбонатными породами, морскими вулканогенными (порфиритовыми) и песчано-сланцевыми толщами. Среди пород преобладают хлоритовые и хлоритово-серицитовые, кварцево-хлоритовые и кварцево-полевошпатово-серицитовые, алевролитовые и кремнисто-глинистые сланцы, алевролиты, песчаники, кристаллические известняки, кварциты, эффузивы кислого и среднего состава и их туфы. Местами толщи этих пород прорваны гранитами и гранитоидами.
К концу кембрия огромные территории Алтая испытывали погружение. В верхнем кембрии, ордовике, силуре и девоне здесь формировались мощные песчано-сланцевые толщи, представленные глинисто-известковистыми сланцами, песчаниками, белыми, серыми и темно-серыми известняками, зелеными и лиловыми алевролитами, глинистыми и мергелистыми сланцами. Породы этого возраста наиболее широко распространены на рассматриваемой территории. Для девона характерно также обилие вулканогенного материала кислого характера. Морской режим в среднем девоне существовал лишь на небольшой территории, в прогибах, унаследованных от салаирскои системы. Морские отложения девона найдены в районе Семинского и Терехтинского хребтов.
В каледонский этап тектоногенеза отложения кембро-ордовика в ряде мест претерпели глубокий метаморфизм с образованием зон кристаллических сланцев и гнейсов, известных в Курайском, Шапшальском, Сайлюгемском и Южно-Чуйском хребтах и в Прителецком районе. К пермским отложениям на Алтае отнесены маломощные красноцветные глинистые песчаники, сланцы и конгломераты с пластами угля, известные к востоку от Телецкого озера. Герцинская складчатость привела к окончательному формированию Алтая. С этим этапом связано образование девонского гранитоидного комплекса, включающего в себя мелкие интрузии гранитов в Терехтинском, Северо-Чуйском, Курайском хребтах и в хребте Сайлюгем. В это же время образовался габбровый комплекс (хребты Центрального Алтая), Яломанская группа гранитоидных интрузий, чулышманские палиограниты, комплекс гранитоидных интрузий (Талицкий, Тигерекский, Белорецкий, Турачакский). На протяжении мезозоя на Алтае преобладало разрушение горных сооружений, сопровождавшееся постепенной нивелировкой поверхности. Палеозойские породы подвергались физическому и химическому расслоению с образованием кор выветривания каолиновых и пестроцветных глин. К концу мезозойской или началу кайнозойской эры образование древних поверхностей пенеплена на месте складчатой горной страны было завершено (Обручев, 1927; Сперанский, 1937; Нехорошее, 1958). В кайнозое происходило усиление тектонических движений вдоль зон глубинных разломов. Палеозойские и мезозойские прогибы продолжали погружаться и в пределах днищ впадин, приуроченных к зонам глубинных разломов, накапливались мощные палеогеновые и неогеновые континентальные толщи, представленные каолиновыми глинами с прослоями щебнисто-галечникового материала, песками, алевролитами, прослоями бурых углей и известняков.
Общие закономерности строения почвенного покрова Горного Алтая
Природные условия территории горных систем определили развитие здесь сложного почвенного покрова с ярко выраженными чертами самобытности составляющих его почв (Ковалев, Трофимов, 1968).
Пестрота почвенного покрова гор зависит от ряда причин, из которых следует особо отметить влияние солярной и ветровой экспозиции. Солярная экспозиция проявляется в том, что склоны, обращенные на юг, обычно суше, чем склоны, обращенные на север. Ветровая экспозиция, то есть расположение горных склонов по отношению к сухим или влажным, холодным или теплым ветрам, также может обусловить различия в почвенном покрове разных склонов. Серьезное значение могут иметь и температурные инверсии - скопления холодного более тяжелого воздуха у подножий склонов (Фридланд, 1986). Пестрота почвообразующих пород еще больше осложняет почвенный покров гор (Ногина, 1948; Иванова, 1949; и ДР-) Распределение основных, доминирующих типов почв на территории Алтайских гор, (Почвы ..., 1973), подчинено вертикальной поясности. В общей схеме здесь выделяются три сверху вниз сменяющихся почвенных пояса: 1. пояс альпийских почв - горно-тундровых, горно-луговых и горных лугово-степных; 2. пояс горно-лесных почв высокогорий и среднегорий; 3. пояс горно-лесных и лесостепных почв низкогорий и предгорий. Пояс альпийских почв приурочен к высокогорной (альпийской) зоне, в его пределах распространены разнообразные по строению, составу и свойствам почвы - от примитивных до относительно хорошо развитых. В пространственном отношении почвенный покров мозаичен, так как разорван выходами коренных пород, а на крутых склонах развит фрагментарно. Территория высокогорий используется в основном в качестве пастбищных угодий.
Пояс горно-лесных почв высокогорий и среднегорий занимает наибольшую площадь. В направлении с запада на восток и особенно с севера на юг он резко сокращается в размерах и в юго-восточной, наиболее засушливой и холодной части Горного Алтая почти полностью выпадает. В этом поясе развиты различные варианты горно-лесных почв (горно-лесные бурые, горно-лесные черноземовидные и др.), большей частью маломощных и сильнощебнистых, отдельные участки которых перемежаются с каменистыми осыпями и обнажениями горных плотных пород. Пояс горнолесных почв высокогорий и среднегорий представляет собой район широкого развития высокоценных лесов, имеющих хозяйственное, водоохранное, водорегулирующее, почвозащитное и санитарно-оздоровительное значение. В сельскохозяйственном отношении этот пояс представляет известный интерес для развития мараловодства.
Пояс горно-лесных и лесостепных почв низкогорий и предгорий лежит в пределах высот от 250 до 600 м. В районах низкогорий, в условиях расчлененного рельефа, умеренно теплого и влажного климата на рыхлых отложениях (слабощебнистых или нещебнистых), под осиново-пихтовой тайгой или ее дериватами формируются горно-лесные серые почвы. При развитии на рыхлых отложениях они очень сходны по морфологии и свойствам с серыми лесными почвами равнин. Небольшие участки их распахиваются под посевы зернофуражных, технических и кормовых культур. Горно-лесные серые почвы, развитые на щебнистых породах, в местах выходов известковых пород сочетаются с горно-лесными перегнойно-карбонатными почвами. Такие почвы - фонд лесных, реже пастбищных угодий. На лессовидных карбонатных суглинках и на более мягких формах поверхности преимущественно западных, северо-западных и северных предгорий и отчасти низкогорий Горного Алтая в интервале высот от 150 до 500 м распространены небольшими массивами черноземы типичные, выщелоченные и оподзоленные.
Пояс горно-лесных и лесостепных почв низкогорий и предгорий имеет большое сельскохозяйственное значение, поскольку издавна представлял собой объект наиболее интенсивного в пределах гор земледельческого освоения, с традиционным выращиванием большого ассортимента культурных растений.
В действительности почвенный покров горных стран весьма сложен, и в каждой горной системе можно найти множество участков, где структура поясности имеет особые черты (Фридланд, 1953,1986).
Кроме поясов выделяются межпоясные горные почвенные районы, охватывающие почвенный покров высокогорных, среднегорных и низкогорных котловин, речных долин и остепненных склонов (Ковалев, Волковинцер, Хмелев, 1966).
В биоклиматических условиях котловин и речных долин формируются разнообразные по признакам и свойствам почвы: каштановые (в пределах высокогорных и среднегорных котловин и долин) и черноземные (в среднегорных и низкогорных котловинах и долинах).
Каштановые почвы в пойменной части котловин и речных долин переходят через лугово-каштановые в пойменные луговые и лугово-болотные, нередко солончаковатые, а в пределах Чуйской котловины и в почвы галогенного ряда - солончаки и реже солонцы, имеющие много общего в строении и свойствах с подобными почвами равнин.
Черноземные почвы представлены в основном обыкновенными и южными черноземами, а в условиях грунтового (аллювиального делювиального) увлажнения лугово-черноземными и черноземно-луговыми почвами. В долинах, особенно низкогорных, широко развиты разнообразные пойменные почвы, аналогичные равнинным. На остепненных склонах, прежде всего южной экспозиции, формируются маломощные каштановые почвы и черноземы и, главным образом, горные сухостепные черноземовидные и каштановидные почвы, отличающиеся от своих аналогов на плато, в котловинах и речных долинах очень слаборазвитым фрагментным профилем. По типам структуры вертикальной почвенной поясности, связанной с высотными уровнями и общими биоклиматическими особенностями, ареал распространения лиственничных лесов Горного Алтая, разделяется два региона: Центральный и Юго-Восточный (таблица 7).
Химический и физико-химические свойства горных лесных чернозёмовидных почв
Горно-лесные черноземовидные почвы обладают очень хорошо развитым гумусовым горизонтом, в котором сосредоточен большой запас гумуса. После тщательного отбора неразложившихся растительных остатков слой дернины содержит от 9 до 12 % гумуса. В последующих слоях содержание гумуса уменьшается относительно плавно.
Гумус почв лиственничных лесов Горного Алтая характеризуется рядом специфических черт, несмотря на широкий диапазон колебаний условий почвообразования в горах. Причиной этого является своеобразное проявление и сочетание факторов гумусообразования в условиях горных территорий (Holtmeier F.K., 2003)
В данной работе был выявлен, как гуматный сходный с чернозёмными почвами, так и фульватный и фульватно-гуматный характер. Черноземовидные почвы лиственничных лесов относятся к высокогумусным почвам. Содержание гумуса в верхнем горизонте колеблется в пределах и вниз по профилю быстро уменьшается. По данным Н.Д. Градобоева (1955), в составе гумуса чернозёмовидных почв лиственничных лесов резко преобладают гуминовые кислоты над фульвокислотами, что и подтверждают проведённые нами исследования (таблица 8). При рассмотрении качественного состава гумуса чернозёмовидных почв обращает внимание несвойственный лесным почвам гуматный тип гумуса горизонта А, где для образования гуминовых кислот создаются, по-видимому, оптимальные условия. Такая особенность гумуса этих почв может быть связана, с поступлением значительного количества кальция с опадом хвои лиственницы. По данным Н.Д. Градобоева (1955) и R. Н Bray (1944), с тонной опада хвои в почву поступает 6,5 кг, а в тонне подстилки содержится окиси кальция - 24.5 кг, для сравнения, в тонне подстилки пихтового леса -14.4 кг.
В гумусовом слое исследуемых почв наблюдается особенность относительное превышение группы гуминовых кислот над группой фульвокислот, более того, гуматный состав гумуса не изменяется и к нижним горизонтам, что говорит о благоприятных условиях для протекания образования гуминовых кислот.
В гумусовом слое исследуемых почв наблюдается особенность -относительное превышение группы гуминовых кислот над группой фульвокислот, более того, гуматный состав гумуса не изменяется и к нижним горизонтам, что говорит о благоприятных условиях для протекания образования гуминовых кислот.
Довольно большое количество корневых остатков в нижних горизонтах, а также достаточная увлажненность, способствуют развитию здесь биохимических процессов. Кроме этого, образуемые гуминовые кислоты прочно закрепляются на месте кальцием.
Ниже по профилю в чернозёмовидных почвах происходит заметное уменьшение гуминовых кислот. Возможно, что часть этих кислот подвергается гидролизу и трансформируется в более подвижные фульвокислоты, которые и концентрируются в нижних слоях рассматриваемых почв.
Таким образом, по качественному составу гумуса они очень близки к черноземам Уймонскои депрессии и сильно отличаются от почв пихтовых лесов, в которых фульвокислоты преобладают над гуминовыми.
Говоря о физико-химических свойствах нельзя не отметить, что реакция среды чернозёмовидных почв слабокислая, особенно в средней части профиля, близкая к нейтральной в верхнем горизонте Ад и щелочная в горизонте ВС. В горизонте Ад это обусловлено биогенным накоплением оснований. Опад характеризуется пониженной кислотностью. Общее изменение гидротермических условий предопределило и общее изменение реакции среды почвы в сторону подщелачивания, особенно в нижнем горизонте ВС - до 8.5, который связан еще и с почвообразующей породой насыщенной основаниями (см. рисунок. 14).
По сравнению с вышележащими горными лесными темно-серыми почвами, у которых даже нижние горизонты, развитые на карбонатной породе, имеют кислый характер, черноземовидная почва подвержена более слабому выщелачиванию от карбонатов из-за изменившейся динамики между температурными и водными свойствами.
В соответствии с различиями в гранулометрическом составе и в содержании органического вещества, изменяется и емкость обмена, о которой мы можем судить по сумме поглощенных катионов. Поглощающий комплекс почвы насыщен щелочноземельными основаниями, главным образом кальцием - от 43 мг-экв/100 г почвы в верхнем горизонте А и равномерно понижаясь с глубиной - до 14 мг-экв/100г
Химический и физико-химические свойства горных лесных мерзлотных грубогумусных почв
Исследования качественного состава гумуса лесных почв Горного Алтая показывают, что общее содержание органического вещества в лесной подстилке значительно больше (25-34% от веса абсолютно сухой почвы), чем в минеральных горизонтах. Количество углерода вниз по профилю под лесной подстилкой во всех рассматриваемых почвах постепенно уменьшается, т.е. характерен верхний максимум общего углерода. Отличительной чертой гумуса горно-лесных почв является его «грубый» характер - наличие в его составе не полностью гумифицированных растительных остатков из-за суровых климатических условий и малой интенсивности микробиологических процессов. Во всех изученых почвах Юго-Восточного Алтая содержание гумуса высокое. Содержание органического углерода в перегнойно-аккумулятивном горизонте превышает 10%. Это даёт основание оценить содержание гумуса в соответствии с «системой показателей гумусного состояния почв» (Гришина, Орлов, 1978) как очень высокое. При этом следует отметить, что гумус этих почв представлен органическими веществами разной степени гумификации, возможно, вплоть до слабогумифицированных растительных остатков. На это обстоятельство, впервые указывал И.Н. Антипов-Каратаев (1936). В настоящие время это подтверждают многие исследователи: М.М. Кононова(1951), А.С. Владыченский, Е.М. Боровкова (1982). Большое значение имеют исследования качественного состава гумуса и гумусного состояния почв конкретных регионов, направленные в конечном итоге на разработку приёмов и методов сохранения и накопления гумуса в почвах. Малоизученными и сложными в этом отношении являются почвы Юго-Восточной части Горного Алтая. В составе органического вещества лесных подстилок преобладающими являются негидролизуемый остаток (30,35 - 72-91%) и фульвокислоты (16,0-45,58%). Незначительную часть составляют гуминовые кислоты (6,53 - 27,0), что указывает на слабую степень гумификации опада и растительных остатков в рассматриваемом районе. В составе органического вещества лесных подстилок преобладающими являются наиболее подвижные фракции 1 гуминовых кислот (6,91 - 9,04%) и фульвокислот фракции 1+1 а (14,72 -29,74%). Содержание фракции 2, связанной с кальцием, незначительно (таблица 12). Качественный состав гумуса горно-лесной грубогумусной почвы, развитой в замкнутом понижении на мерзлоте, в условиях кратковременного избыточного увлажнения, значительно отличается от состава гумуса почв, развитых на повышенных элементах рельефа.
Они содержат значительные количества гумуса, глубоко проникающего по почвенному профилю. Морфологически гумус в нижних горизонтах не обнаруживается, что, вероятно, свидетельствует о высоком содержании фульвокислот и его растёчностью по почвенному профилю, а фульвокислоты, как известно, имеют, светлую окраску. Большая подвижность гумусовых веществ и низкое содержание гуминовых кислот при большом количестве общего гумуса - характерная черта мерзлотных и таёжных почв (Ногина, 1974). Такие почвы отличаются широким отношением C/N в верхних горизонтах, что свидетельствует о низкой степени гумификации органического вещества и подтверждает точку зрения В.О. Таргульяна (1971) о недерновом гумусообразовании в подобных почвах. В этих почвах можно видеть иное распределение фракции 3 гуминовых кислот (связанных с минеральной частью) и агрессивной фракции фульвокислот 1а. происходит заметное накопление этих фракций в нижней части профиля, это, по-видимому, можно объяснить мерзлотным слоем, который служит упором для подвижных фракций. Здесь проходит механическая задержка мерзлотным слоем перемещающихся сверху подвижных гумусовых соединений. Во всех исследуемых почвах велика доля декальцита - фракции 1а, это свидетельствует о высокой подвижности гумуса горных лесных почв. Доля фракции 1 гумусовых кислот тоже велика и часто является доминирующей в горных почвах, формирующихся даже на карбонатных породах и содержащих в своём профиле карбонаты. Этим определяется «молодость» гумуса горных почв. «Молодые» гуминовые кислоты устойчивы к коагулирующему действию кальция. На эту особенность «молодых» гуминовых кислот указывала ранее М.М. Кононова (1963). Характер распределения фульвокислот показывает, что минимум их приходится на горизонт Ві и В2, а ниже их количество увеличивоется.
Такое поведение фульвокислот согласуется с особенностями перераспределения ила, которое можно объяснить склоновыми процессами. Отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот колеблются в пределах 0,2-0,9. С глубиной оно сужается (см. таблица 12). Однако, это указывает не столько на большую подвижность фульвокислот, сколько на уменьшение количества гуминовых кислот и даже отсутствие их в нижних горизонтах. Средняя величина отношения Сгк:СфК для горизонта А исследуемых почв состовляет 0,75. вниз по почвенному профилю величины отношения СгкіСфк для всех почв меняется довольно однотипно и согласуется с кривой распределения гумуса по профилю. Расширение отношения углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот в верхних горизонтах сопровождается уменьшением относительной подвижности гуминовых кислот в основном за счёт 1-ой фракции гуминовых кислот и мобильных фракций 1а и 1 фульвокислот. Преобладание в карбонатном горизонте фракции З ГК указывает на довольно прочное закрепление гуминовых кислот в этом горизонте, по данным И.В. Тюрина (1937), Д.С. Орлова (1974), О.Н. Бирюковой и В.В. Дёмина (1984).
Похожие диссертации на Почвы лиственных лесов Горного Алтая
