Содержание к диссертации
Введение
Раздел I. Почвы долинного комплекса Средней Протвы .
Глава 1 Природные условия территории Средней Протвы .
Глава 2. Условия почвообразования и почвы ключевого участка «Протва».
Раздел II. Почвы и почвенный покров бассейна Средней Оки .
Глава 1. Природные условия территории .
Глава 2. Условия почвообразования и почвы ключевого участка «Ока».
Заключение и основные выводы 132
Список литературы 139
Приложение I Строение и свойства почв участка «Протва». 151
Приложение II Строение и свойства почв участка «Ока». 185
- Природные условия территории Средней Протвы
- Условия почвообразования и почвы ключевого участка «Протва».
- Природные условия территории
- Условия почвообразования и почвы ключевого участка «Ока».
Природные условия территории Средней Протвы
Район исследования расположен в среднем течении Протвы в районе села Сатино Боровского района и включает в себя левобережную часть водораздела и долины Протвы, заключенную между устьями ручья Межиловка, впадающего в Протву справа, и крупного левого притока Протвы - Исмы (рис.1). Район Средней Протвы относится к юго-восточной окраине Смоленско-Московской возвышенности. Рельеф типичен для вторичных моренных равнин и характеризуется плоскими слабохолмистыми междуречьями, расчлененными как и древними ложбинами стока, так и достаточно густой и глубокой современной долинно-овражно-балочной сетью (Мильков, Гвоз-децкий, 1971). Климат территории - умеренно-континентальный со среднегодовым количеством осадков около 600 мм, средней температурой июля -17,5 и января - -10. Район исследований расположен в южной части таежной зоны у южной границы полосы широколиственно-хвойных лесов (Исаченко, 1977). В тектоническом отношении район исследований приурочен к юго-западному крылу Московской синеклизы, верхней ярус которой в этой части сложен палеозойскими породами: преимущественно известняками, доломитами и мергелями с прослоями пестроцветных глин. Развитие синеклизы обусловило флексурообразное падение пластов в северном направлении, при котором плоские или слабонаклонные участки моноклинально залегающих слоев разделяются крутыми перегибами (флексурами), достигающими 10-15 (Грайзер,1956, Рычагов, Скорняко-ва, 1976). Во флексурах, как в зонах повышенного напряжения, формировалась система глубоких трещин, рассекающих породы карбона. По этим трещинам впоследствии была заложена эрозионная сеть территории. Структурные особенности территории во многом обусловили его гидрогеологическую специфику, особенности развития рельефа и четвертичный литогенез.
Хотя за четвертичный период была накоплена мощная толща рыхлых отложений, несколько снивелировшая амплитуду дочетвертичного рельефа, в целом современный рельеф носит унаследованный характер и в основных чертах соответствует погребенному рельефу кровли пород карбона. Например, яркая черта рельефа междуречий - наличие четырех высот ных ступеней (приблизительно на высоте 200 м, 185 м, 175 м, 165 м), разделенных крутыми склонами, - обусловлена уступообразным падением слоев карбона, образующим четыре терра-совидных уровня на абсолютных высотах около 180 м, 160 м, 130 м и 100 м.
Другая характерная особенность рельефа, выраженная в почти строгой меридиональной или широтной направленности большей части эрозионных форм, объясняется ортогональным характером трещиноватости известнякового фундамента. По-видимому, этими же причинами вызвана и специфическая морфология русла Протвы в районе исследования: смена направления течения под углом 45 или 90, наличие геометрически правильных спрямленных отрезков, несвободное меандрирование с образованием узких локтевидных излучин.
С разрывом водоупорных горизонтов в зонах флексур связаны выходы мощных источников жестких вод на крутых участках северных и восточных склонов водораздела, что оказывает значительное влияние на химизм речных вод и состав аллювиальных отложений в районе исследований. В меженные периоды при возрастании роли грунтового питания на некоторых участка русла Протвы минерализация воды возрастает до 700 мг/литр (Видина и др., 1974; 1976). Почвообразование в пойме идет под постоянным влиянием слабоминерализованных би-карбонатных вод Протвы с рН 7,5-8,1.
Унаследованным характером от дочетвертичной эрозионной сети характеризуются формы не только флювиального, но и гляциального рельефа, к которым относится большое количество древних балок, игравших роль долин стока талых ледниковых вод в периоды деградации оледенений. Большая часть древних балок в районе исследования ориентирована в строго меридиональном направлении. Аналогичный характер в плане имеет и приуроченная к днищам балок современная овражная сеть.
Особенности рельефа доледниковой поверхности во многом предопределили гляциодина-мику покрывавших район средней Протвы среднеплейстоценовых ледников и особенности их деградации. Особенно это влияние проявилось в московскую стадию оледенения, во время существования последнего для данной территории ледникового покрова. Несмотря на небольшую мощность самого ледника, его край характеризовался наличием активных ледниковых потоков, производивших интенсивное эрозионно-аккумулятивное воздействие на ледниковое ложе. Большое количество ориентированных по ходу ледника и глубоко врезанных эрозионных долин Пра-Протвы и ее притоков создавали крайне благоприятные условия для беспрепятственного продвижения льда в южном направлении. Хотя совпадение направления движения льда и осей гляциодепрессий обусловило максимальное для Русской Равнины проникновение московского ледника на юг, ледниковым потокам не доставало мощности для преодоления расположенных на несколько десятков км южнее района Средней Протвы отрогов Средне-Русской возвышенности, в результате чего на исследованной территории происходили периодические разгрузки ледникового материала. Морфологически это выражалось в образовании конечно-моренных гряд, оконтуривающих с юга периферию теряющих подвижность выводных ледников. Во время московского оледенения и его деградации имели место неоднократные ос-циляции активного ледникового края, оставившие в рельефе разнообразные по форме и строению маргинальные ледниковые образования. Среди морфологически выраженных холмисто-грядовых краевых образований на расстоянии всего в нескольких десятков км выделяется не менее пяти относительно крупных краевых зон, представленных в виде цепочек гряд и холмов субширотного простирания, сложенных грубым моренным материалом. Таким образом, территория, в пределах которой проводились наши исследования, является не только краевой зоной московской стадии оледенения, но и зоной максимального сближения краевых зон различных его стадий и фаз (Асеев, 1974, Судакова, 1982).
Условия почвообразования и почвы ключевого участка «Протва».
Большое количество признаков, связанных с этапами седиментогенеза и криогенеза в профиле текстурно-дифференцированных почв пойм свидетельствует о тесной связи между их эволюцией и формированием самой почвообразующей породы. Рассмотрим в виде предполагаемой схемы этот ранний этап эволюции текстурно-дифференцированных почв древних участков поймы Протвы.
Освобождение территории ото льда во время деградации оледенения происходило не одновременно. В то время как водоразделы и верхние части их склонов уже освобождались от снега, долины оставались забитыми снегом и льдом. Они были неким уровнем, к которому стремились дистальные потоки в ложбинах и трещинах льдов, покрывающих склоны. На контакте этих потоков с заполняющим долину ледником, возникали маргинальные потоки. В руслах как дистальных, так и маргинальных потоков отлагался песчаный материал. При последующем понижении уровня льда в долине, уровень флювиогляциального стока (и осадконакопления) понижался, а уже сформированные террасы или сохранялся в виде подвешенных террас или разрушались, оставляя небольшие фрагменты. Такие фрагменты, приуроченные к разным уровнем и выделяются в качестве I и II террас. Одновременно с этим в некоторых частях долины возникали подпрудные ледниковые водоемы. Особенно большие массы воды скапливались в местах сочленения меридиональных отрезков долины (или меридионально ориенторованных долин пра-притоков Протвы) и ее широтного отрезка. Это связано с тем, что все меридиональные отрезки эрозионной сети служили путями стока талых ледниковых вод и пропускали через себя (или накапливали) значительные объемы воды. Поэтому разрезы отложений, к перегибам долины Протвы, изобилуют прослоями алевритовых пород, линзами и линзочками ленточных глин, а также многометровыми толщами слоистых песков. При прорывах таких подпрудных бассейнов (в долинах прорыва), а также при отложении большого количества флювиогляциального материала в долинах, возникали более высокие террасы типа долинных зандров (иногда также многоуровенные). Одновременно с понижением уровня льда в широтных отрезках долины, перемыв материала в ложбинах стока талых ледниковых вод спускался все на более низкий уровень. Трудно говорить о биоклиматической обстановке того периода. Вполне возможно, что именно к этому периоду относится формирование нижних гумусовых горизонтов которые сохранились и в озерно-ледниковых отложениях, и в морене, связанных с существованием, судя по характеру пыльцы, холоднолюбивой наледной растительности. Как известно, на поверхности многих ледников Аляски, а тем более горных ледников в низких широтах, покрытых чехлом вытаявшего субстрата, существует полноценная растительность (даже леса) (Флинт, 1963). Последующие просыхание высоких поверхностей приводило к развеванию вытаявшего из льда моренного материала и отложение вблизи эоловых осадков (нижней части покровных суглинков). Покровные суглинки могли сохраняться везде, за исключением тех поверхностей, на которых происходили активные флювиогляциальные процессы (например, долины стока талых ледниковых вод). При отложение суглинистого покрова на поверхности, где имел место перемыв материала талыми водами (водораздел и его склон), возникали постепенные контакты с вовлечением в суглинок залегающей под ним породы. Если подстилающие породы в момент отложения покровного суглинка были закрыты льдом, то при последующем проецировании на них суглинка, образовывались резкие контакты. Такие контакты покровных суглинков с песками и моренным материалом имеют место на пойме. Дальнейшее освобождение поверхности ото льда сопровождалось развитием мерзлотных явлений и, возможно, развитием недолгой (эфемерной) вечной мерзлоты, связанной с замерзанием больших масс ушедшей в землю воды. К этому же времени мы относим образование почвенно-растительного слоя, сформировавшего в дальнейшем реликтовый второй гумусовый горизонт криогидроморфной природы в современных почвах.
При постепенном прогрессирующем понижении поверхностных и внутренних вод происходило осушение поверхностей, образованных на более поздних стадиях ледникового морфогенеза. Как следует из законов дегляциации, последними образуются и стабилизируются поверхности, созданные флювиогляциальными отложениями и сложенные песчаными осадками, в частности, отложениями русел и конусов выноса долин талых ледниковых вод. При просушивании этих осадков (пьшеватых песков) в условиях холодного климата имел место новый (и заключительный) этап эолового седиментогенеза - развевание и отложение пылеватого лессовидного материала, составившего верхнюю часть покровного суглинка. Вероятно, к этому периоду или имевшему место сразу после него периоду деградации мерзлоты относится формирование ряда признаков в профиле почв, связанных с надмерзлотным оглеением и, в частности, отбеленного горизонта А2.
В последующие периоды эволюции, очевидно, имело место формирование верхнего гуму-сово-аккумулятивного горизонта, а также усиление признаков, связанных с элювиально-глеевыми процессами. Собственно пойменный период эволюции, возможно, выразился в приобретении почвами специфических физико-химических свойств, а также признаков, связанных с эрозионно-аккумулятивной деятельностью реки (размыв, погребение аллювиальным наносом). В настоящее время речной водоток активно размывает древние участки поймы, сложенные покровными суглинками.
Полученный материал указывает на древний возраст и унаследованный характер самой долины Протвы. Выделяемые в качестве речных террас уровни, скорее всего, являются останцами флювиогляциальных террас и локальных зандров, приуроченных к долинам стока тальк ледниковых вод. Помимо известных задолго до наших исследований фактов, противоречащих представлениям о флювиальном генезисе речных долин (переуглубление большей части долин равнинных областей, огромные мощности отложений террас, их "перигляциальный" облик, отсутствие пойменных фаций в составе террасового аллювия, невьщержанность террас по простиранию и др.), об этом косвенно свидетельствует и минералогический состав отложений, слагающих поверхности, выделяемые как речные террасы (табл.6). По нашему убеждению, собственно речной является только нижняя пойменная терраса, вложенная в более древние структуры ледникового и флювиогляциального генезиса.
Природные условия территории
Гранулометрический состав. Все исследованные почвы, развитые на покровном суглинке, характеризуются однотипным гранулометрическим составом (Приложение 2, табл.1). Их верхняя часть хаарктеризуется тяжелосуглинистым иловато-крупнопылеватым составом, а нижняя - легкоглинистым иловато-крупнопылеватым составом. Для почвенной толщи в целом преобладающей фракцией является крупная пыль, среднее содержание которой составляет 47% и ил, среднее содержание которого достигает 30%. Сходным составом характеризуются все почвы, сформированным на покровных отложениях в пределах Окско-Донской равнины (Ахтыр-цев,1979). Значительно более высокое содержание ила и незначительно повышенное содержание пыли в почвах бассейна Средней Оки по сравнению с бассейном Протвы, вероятно, объясняется более глинистым составом днепровской морены и высоким содержанием этих фракций в зандровых песках и "флювиогляциальных лессах".
В отличие от аллювиальных почв, почвы на покровных суглинках отличаются выдержанностью гранулометрического состава в пределах всего массива вне зависимости от местоположения профиля в рельефе или относительно русла Оки. Исключение составляют почвы, приуроченные к контактным зонам покровных суглинков с другими породами, в частности, с флювиогляциальными песками расположенных на пойме озовых гряд.
Все почвы на покровных суглинках являются дифференцированными по содержанию илистой фракции. В профиле почв выделяются верхняя обезыленная часть (горизонты А пах, А1, А1А2, А2) и нижняя часть, обогащенная илом (горизонты Bt). В верхней части текстурно-дифференцированного профиля содержание ила изменяется от 19 до 24%, в нижней - от 28 до 36%. Максимум в содержании ила в профиле почв не выражен.
Все почвы как поймы, так и водораздела, характеризуются фактически одинаковой степенью дифференциации профиля по илу. Отношение содержания ила в тяжелой части профиля к содержанию ила в легкой части составляет для всех почв около 1,45. Вывод об отсутствии зависимости между степенью текстурной дифференциации профиля и влиянием таких факторов, как характер растительности, условия увлажнения, различия в мезорельефе и пр. приобретает особое значение для пойменных почв. Объяснить этот факт с традиционной точки зрения, согласно которой пойменные дерново-подзолистые почвы образовались из аллювиальных почв при особом, достаточно уникальном, сочетании факторов, достаточно сложно. Как отмечалось в первой главе, если бы почвы столь обширных по площади поверхностей, имели аллювиальный генезис и, соответственно, характеризовались изначально разным гранулометрическим составом и разным возрастом, они бы в настоящий момент проявляли различия по степени выраженности дифференциации профиля.
Текстурно-дифференцированные почв водораздела и поймы также характеризуются сходством валового химического состава (Приложенение II, табл. 2.), который имеет типичный характер для почв, развитых на карбонатных покровных суглинках в пределах днепровского оледенения. В отличие от почв долины Протвы, развитых на покровных суглинках московского возраста, почвы Оки характеризуются большим содержанием полуторных окислов и меньшим кремнезема, что связано с большим содержанием ила в почвах средней Оки. Значительно большее количество окислов Са и Mg связано с карбонатностью покровных суглинков в пределах Окско-Донской равнины.
Профиль исследованных почв поймы и водораздела дифференцирован по химическому составу: верхние легкие по гранулометрическому составу горизонты содержат больше кремнезема, К20 и меньше полуторных оксидов, СаО и MgO. Содержание Si02 в профиле текстурно-дифференцированных почв изменяется от 75-82% в верхних горизонтах до 68-72% в нижних. Содержание Fe203 и А1203 изменяется, соответственно, от 2-3% и 8-10% в верхних горизонтах до 5-6% и 13-15% в нижних.. Содержание СаО и MgO изменяется в сумме от 1,5-2% в верхних и до 2,5-4% в нижних горизонтах, достигая наиболее высоких значений в карбонатных горизонтах (до 6%).
Несмотря на присутствие в каждом профиле мощных геохимических барьеров в виде карбонатных горизонтов, аккумуляции полуторных оксидов на них не наблюдается. Как правило, гумусово-аккумулятивные горизонты, включая второй гумусовый горизонт, также обогащены К20 и Р203. По своему составу отличается верхний горизонт пойменных почв Апах, представляющий собой пойменный наилок. В нем содержится значительно больше полуторных оксидов и Р205. Повышенное содержание фосфора в пойменных наносах, также как и незначительное повышение его содержания в верхних гумусово-аккумулятивных горизонтах пойменных почв по сравнению с водораздельными, вероятнее всего, объясняется химическим составом Окских вод и наносов.
Также как и почвы Протвы, почвы пойм и водоразделов Средней Оки характеризуются сходной степенью дифференциации профиля по содержанию кремнезема и полуторных оксидов. Изменение отношения содержания Si02 к полуторным оксидам по профилю четко коррелирует с внутрипрофильными изменениями гранулометрического состава и связаны с дифференциацией профиля по илу.
Условия почвообразования и почвы ключевого участка «Ока».
Собственно аллювиальные почвы были исследованы в прирусловых частях поймы Оки и Прони и в тыловой части излучины Прони. В "Приложении-И-1" приводится морфологическое описание почв, входящих в катену II-II, которая проходит от русла Прони до песчаной гряды (расположенной в центре общей поймы Оки и Прони), пересекая излучину Прони в ее тыловой части, сложенной аллювиальными осадками. Контакт аллювиальных осадков с породами неаллювиального генезиса в пределах данной катены имеет место на расстоянии 1,8 км от русла Прони и хорошо диагностируется на поверхности поймы по резкому изменению характера микрорельефа (с сегментно-гривистого в тыловой части излучины на ложбинно-западинный в центральной части поймы).
В прирусловой зоне на слоистых осадках преимущественно песчано-супесчаного состава формируются светлогумусовые песчаные почвы с маломощным гумусово-аккумулятивным горизонтом светлых тонов. Строение профиля дерновых слоистых почв: А1-А1С-С (С2-СЗ...). Т.к. почвы прирусловой поймы формируются в условиях хорошего внутреннего дренажа, низкого стояния грунтовых вод и кратковременности весеннего затопления (не больше 6-8 дней), в их профиле отсутствуют признаки оглеения. Почвенный профиль может содержать погребенные гумусовые горизонты. В прирусловой зоне излучины Прони, пересекаемой катеной II-II, хорошо выражен сегментно-гривистый микрорельеф, представленный системой параллельных руслу изогнутых серповидных грив. Относительная высота и степень выраженности грив убывает в направлении от русла к центральной пойме, в этом же направлении увеличивается возраст грив. Входящие в катену разрезы почв прирусловой поймы были заложены на наиболее молодой (раз-з 0-12) и наиболее древней гриве (раз-з 0-13).
К внутренним частям излучины Прони, сложенным более тонкими и более однородными осадками, приурочены аллювиальные почвы, имеющие тяжелосуглинистый и глинистый состав. На повышеных участках поймы развиты темногумусовые аллювиальные почвы с профилем Ад-АІ-АС-С. К понижениям приурочены аллювиальные луговые почвы с профилем Ад-Alg-ACg-Cg. Все почвы характеризуются наличием в профиле мощного гумусово-акккумулятивного горизонта и признаков оглеения, выраженных в разной степени в зависимости от пойменного микрорельефа. Микрорельеф данного фрагмента поймы выражен в виде узких вытянутых параллельно руслу понижений глубиной 0,6-0,8м.
Верхний пойменный слой, связанный с современной стадией осадконакопления, также как и погребенная под ним почва, в этой части поймы морфологически почти не распознаются, т.к. целиком входят в гумусово-аккумулятивный горизонт аллювиальных почв. Однако, горизонт современного наилка хорошо распознается по более легкому гранулометрическому составу. Его мощность в наиболее удаленных от русла частях излучины, непосредственно граничащих с центральной областью, сложенной покровными суглинками, не превышает 5-6 см, что позволяет считать возраст выходящих на поверхность в этой области поймы почв равным возрасту погребенной почвы. Входящие в катену разрезы были заложены на повышенных участках (раз-зы 0-15 и 0-16, причем раз-з 0-16 -на наиболее далеко удаленном от русла и наиболее древнем участке) и в западине вытянутой формы (раз-з 0-14).
Морфологическое строение аллювиальных почв (Приложенеие II) свидетельствует об интенсивной аккумуляции органического вещества в профиле и развитие в той или иной мере элювиально-глеевых процессов. Характерным, признаком почв является макро - и микрослоистость почвообразующей толщи, максимально выраженная в почвах легкого гранулометрического состава, приуроченных к зонам активного осадконакопления, и проявляющаяся лишь на микроуровне в почвах тяжелого гранулометрического состава в виде внутриагрегатной слоистости и наличии пылеватых прослоев. Текстурная дифференциация в аллювиальных почвах отсутствует. Строение профиля и морфология отдельных горизонтов аллювиальных почв принципиально отличается от текстурно-дифференцированных почв.
Гумусово-аккумулятивные горизонты аллювиальных почв характеризуются хорошо выраженной зернистой структурой, образованной в своей основе сложными гумусово-глинистыми и железисто-гумусовыми агрегатами коагуляционной природы. Агрегаты имеют плотное сложение и низкую внутриагрегатную пористостью. В отличие от текстурно-дифференцированных почв, основную роль в образовании агрегатов в верхних горизонтах аллювиальных почв играет гидроокись железа, буквально пропитывающая почвенную массу и склеивающая минеральные частицы и агрегаты, образованные гумусовой и глинистой плазмой, в сложные конгломераты. Возможно, что образование части агрегатов произошло еще до момента отложения осадка на пойме, во время его водной транспортировки, о чем свидетельствует наличие внутри некоторых агрегатов микрослоистости
Макро-и микростроение минеральных горизонтов аллювиальных почв также значительно отличается от горизонтов Bt пойменных текстурно-дифференцированных почв. В аллювиальных почвах отсутствует характерная для пойменных текстурно-дифференцированных почв система глубоких и сложно построенных магистральных трещин, также как и и ореховато-призмовидная структура. В отличие от характерной для микростроения горизонтов Bt слабо агрегированной анизотропной железисто-глинистой плазмой с чешуйчато-волокнистым мик-ростроеним, аллювиальным почвам свойственна хорошо агрегированная преимущественно изотропная плазма. Аллювиальных почвы характеризуются низким содержанием текстурных новообразований, фактическим отсутствием кутан иллювиирования и скелетан при большем участии, чем в текстурно-дифференцированных почвах, субкутан и пропиток. Аллювиальные почвы также отличаются хорошей сортировкой минерального материала и присутствием обугленных растительных остатков, фитолитов и диатомовых водорослей по всему профилю.
Хотя аллювий средней Оки характеризуется средним содержанием карбонатов и в минеральном материале почв присутствуют зерна кальцита, в профиле почв отсутствуют карбонатные новообразования. Также в отличие от текстурно-дифференцированных почв, в профиле аллювиальных почв отсутствуют четко локализованные самостоятельных карбонатные горизонты. Карбонатные новообразования, представленные преимущественно кутанами по мелким порам и зонами пропитки, относительно равномерно распределены в средней и нижней части профиля.
Также как и почвы поймы Протвы, аллювиальные и текстурно-дифференцированные почвы Оки характеризуются различным набором признаков, вызванных элювиально-глееевыми процессами. Несмотря на явное наличие гидроморфизма в профиле тяжелосуглинистых и глинистых разностей аллювиальных почв отсутствует отбеленный горизонт, плитчатая структура, дифференциация частиц скелета, скелетаны. Аналогичные почвам Протвы закономерности наблюдаются и относительно железистых новообразований: в аллювиальных почвах значительно меньше плотных конкреций и больше мягких образований в виде стяжений, пропиток и пр. Вещественный состав
