Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природные условия и факторы, определяющие биогеохимические циклы микроэлементов в наземных экосистемах 11
1.1. Орография и геологическое строение 11
1.2. Климат 15
1.3. Растительность 19
1.4. Ландшафтная структура и особенности почвенного покрова природных районов Тувы 23
1.4.1. Почвенный покров природных районов
1.4.2. Ландшафтная структура 30
Глава 2. Объекты и методы исследований 38
2.1. Объекты исследований 38
2.1.1. Почвообразуюшие породы 38
2.1.2. Почвы 42
2.1.2.1. Горно-тундровые почвы 43
2.1.2.2. Горно-луговые почвы 47
2.1.2.3. Горно-лесные бурые почвы 52
2.1.2.4. Горно-лесные черноземовидные почвы 55
2.1.2.5. Черноземные почвы 63
2.1.2.6. Каштановые почвы 74
2.1.2.7. Лугово-каштановые почвы 82
2.2. Методы исследований 87
Глава 3. Биологически активные микроэлементы 89
3.1. Марганец в компонентах наземных экосистем 89
3.1.1. Биологическая роль марганца 89
3.1.2. Марганец в горных и почвообразующих породах 89
3.1.3. Марганец в почвах 94
3.1.3.1.Вал овой марганец 94
3.1.3.2. Подвижный марганец 121
3.2. Медь в компонентах наземных экосистем 129
3.2.1. Биологическая роль меди 129
3.2.2. Медь в горных и почвообразующих породах 129
3.2.3. Медь в почвах 134
3.2.3.1. Валовая медь 134
3.2.3.2. Подвижная медь 146
3.3. Кобальт в компонентах наземных экосистем 151
3.3.1. Биологическая роль кобальта 151
3.3.2. Кобальт в горных и почвообразующих породах 151
3.3.3. Кобальт в почвах 154
3.3.3.1. Валовой кобальт 154
3.3.3.2. Подвижный кобальт 164
3.4. Цинк в компонентах наземных экосистем 169
3.4.1. Биологическая роль цинка 169
3.4.2. Цинк в горных и почвообразующих породах 170
3.4.3. Цинк в почвах 172
3.4.3.1. Валовой цинк 172
3.4.3.2. Подвижный цинк 182
3.5. Селен в компонентах наземных экосистем 187
3.5.1. Биологическая роль и экологическое значение селена 187
3.5.2. Селен в горных и почвообразующих породах 188
3.5.3. Селен в почвах , 198
3.6. Йод в компонентах наземных экосистем 205
3.6.1. Биологическая роль и экологическое значение йода 205
3.6.2. Иод в горных и почвообразующих породах 205
3.6.3. Йод в почвах 218
Глава 4. Ртуть в компонентах наземных экосистем 224
4.1. Биологическая роль и экологическое значение ртути в биосфере 224
4.2. Ртуть в горных и почвообразующих породах 224
4.3. Ртуть в почвах 227
Глава 5. Биогеохимическое районирование и ландшафтно-геохимическая структура Тувинской горной области 243
Выводы 253
Предложения 256
Литература 258
- Ландшафтная структура и особенности почвенного покрова природных районов Тувы
- Горно-лесные черноземовидные почвы
- Селен в горных и почвообразующих породах
- Ртуть в горных и почвообразующих породах
Введение к работе
Актуальность темы. В горных областях почвенный и растительный покровы формируются в условиях высотной поясности и разнообразных рудопроявлений, к которым приурочены биогеохимические провинции с повышенным или пониженным содержанием микроэлементов. В республике Тува, в структуре экономики которой преобладает сельское хозяйство, эффективность последнего во многом зависит от содержания в почвах биофильных микроэлементов - марганца, меди, кобальта, цинка, селена и йода (Мп, Си, Со, Zn, Se и I), играющих важную роль в минеральном питании и функционировании растений и животных. Так, из-за низкого содержания йода, например, в горно-котловинных ландшафтах практически повсеместно наблюдается поражение населения и животных эндемическим зобом. Напротив, на ореолах рассеяния полиметаллических и ртутных (Hg) месторождений Тувинской горной области в компонентах наземных экосистем (почвообразующих породах, почвах, растениях) в повышенных концентрациях присутствуют Мп, Со, Си, Zn, Se и Hg. Избыток этих элементов, относящихся к тяжелым металлам, вреден для растительных и животных организмов.
Элементный химический состав коры выветривания и почвенного покрова являются ведущими факторами, определяющими качество поверхностных и грунтовых вод в бассейнах горных рек. В пределах региона исследований выклинивается водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС. Исходное биогеохимическое поведение Hg и других тяжёлых металлов в почвах, впоследствии подверженных затоплению, во многом определяет процессы метилирования в экосистемах водохранилища.
Учитывая специфику экономики Тувы, интенсивное развитие горнорудной промышленности, загрязняющей тяжелыми металлами основные компоненты ландшафтов на локальном и региональном уровнях, исследование биогеохимии I, Se, Мп, Со, Си, Zn, Hg в наземных экосистемах является весьма актуальным. В республике задачи геохимического мониторинга и геохимической экологии окружающей среды и, прежде всего, биогеохимии почвенного покрова являются первоочередными экологическими проблемами. В то же время, местоположение Тувинской горной области в центре Азии, отсутствие в некоторых районах (Убсунурская котловина) антропогенного и естественного загрязнений позволяют изучать здесь эталонное состояние вещественного состава компонентов наземных экосистем.
Цель и задачи исследований. Цель работы — выявить закономерности поведения микроэлементов (I, Se, Мп, Со, Си, Zn, Hg) в компонентах наземных экосистем Тувинской горной области. В задачи исследований входило:
1. Установить региональное среднее содержание микроэлементов в почвообразующих породах и почвах региона.
2. Выяснить закономерности пространственного распределения микроэлементов в почвообразующих породах и почвенном покрове.
3. Выявить основные факторы, определяющие внутрипрофильное распределение микроэлементов в основных почвах региона.
4. Исследовать роль илистой фракции, гумуса и карбонатов в миграции и аккумуляции микроэлементов в условиях криоаридного почвообразования и педогенеза холодных гумидных среднегорий и высокогорий.
5. Определить особенности изменения микроэлементного состава растений в системе высотной поясности.
6. Оценить обеспеченность пахотных вариантов чернозёмов и каштановых почв степных котловин обменной формой элементов;
7. Дать экологическую оценку уровня содержания микроэлементов в наземных экосистемах Тувинской горной области и осуществить её биогеохимическое районирование.
Научная новизна. Впервые установлен региональный кларк (среднее содержание) Мп, Со, Си, Zn, Se, I и Hg в основных типах четвертичных отложений (элювиальных, элювиоделювиальных, делювиальных, пролювиальных, аллювиальных, озерно-аллювиальных), а также почв в системе высотной поясности Тувинской горной области (горно-тундровых, горно-луговых, горно-лесных бурых, горно-лесных чернозёмовидных, горнолесных серых, чернозёмах, каштановых).
Определены особенности растительных ассоциаций и содержания микроэлементов в растениях - доминантах в ландшафтных поясах. Показана ведущая роль почвообразующих пород в формировании уровня содержания и вариабельности микроэлементов в ландшафтно-геохимических условиях Центральной Азии.
Выявлены закономерности пространственного распределения микроэлементов в почвенном покрове и внутрипрофильного - в почвах в условиях холодных гумидных и криоаридных областей и горно-котловинного почвообразования. Установлено, что биогеохимический, сорбционный и щелочной барьеры предотвращают вынос микроэлементов за пределы профиля горно-лесных почв в условиях транзитных геохимических ландшафтов. Ярко выраженные эоловые процессы в сухостепных котловинах нивелируют результаты биогенного накопления микроэлементов. Особенности биогеохимии микроэлементов в горных почвах во многом определяются депонирующими свойствами органического вещества. Реликтовые карбонатные горизонты в почвах степных и сухостепных котловин определяют геохимию микроэлементов.
Оценена степень обеспеченности подвижной формой марганца, кобальта, меди и цинка каштановых и чернозёмных почв растений разного уровня выноса.
Впервые осуществлено биогеохимическое районирование Тувинской горной области, выявлены биогеохимические и почвенно-геохимические провинции с низким и аномально-высоким содержанием микроэлементов. Показано, что ландшафтно-геохимическая структура горных регионов является главным фактором биогеохимической дифференциации наземных экосистем.
Практическая значимость работы. Информация о содержании подвижных форм микроэлементов в пахотных почвах может быть использована для агрохимической оценки чернозёмных и каштановых почв степных котловин. Данные по микроэлементному составу почв и растений важны при решении задач фонового геохимического мониторинга. Сведения о микроэлементном составе почв являются базовыми при биогеохимическом районировании. Данные о микроэлементном составе почв, почвообразующих пород и растений могут быть использованы для: биогеохимического метода поиска полезных ископаемых; планирования противозобных профилактических мероприятий, при условии использования результатов исследований по биогеохимии йода; составления рационов животных, особенно, в условиях селеновых- и йоддефицитных биогеохимических провинций.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на межлабораторном семинаре в ИЛА СО РАН, региональной конференции по котловинам Алтае-Саянской горной области (Барнаул, 1986), региональной конференции по экологии в Бурятии (Улан-Удэ, 1987), VIII Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), XI Всесоюзной конференции по микроэлементам (Самарканд, 1990), региональной конференции по экологии Тувы (Кызыл, 1991), Всесоюзном съезде по медгеографии (Ленинград, 1991, 1999), на конференции (Кызыл, 1993), Республиканской конференции (Барнаул, 1996), Международных научно-практических конференциях (Томск, 1997, 1999; Семипалатинск, 2000, 2002, 2004, Российских биогеохимических школах (Москва, 1999, 2003; Горно-Алтайск, 2000), IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 60 работ.
Личный вклад. Диссертация - результат обобщения материалов, полученных лично автором при выполнении плановых научно-исследовательских работ в рамках программ СО АН СССР, СО РАН, интеграционных проектов СО РАН (№33, 65,167), грантов РФФИ (98-05-03164, 99-05-96017, 00-05-79097, 00-05-79082) и РГНФ (02-06-18009е, 03-06-18006е), ФЦП "Интеграция" М0369.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка литературы, который включает 306 источников. Объём диссертации - 285 страниц, в том числе 86 таблиц и 15 рисунков.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Разнообразие микроэлементного состава почвообразующих пород, почв, растений, ландшафтно-геохимических условий поведения микроэлементов в системе высотной поясности, сложная металлогения территории, хозяйственная деятельность человека обусловили формирование биогеохимических провинций в Тувинской горной области.
2. Уровень содержания, закономерности пространственного и внутрипрофильного распределения микроэлементов в почвенном покрове Тувинской горной области определяются литохимическими особенностями почвообразующих пород, направлением почвообразовательных макропроцессов, физическими и физико-химическими свойствами почв.
3. Ландшафтно-геохимическая структура, сложившиеся биогеохимические циклы микроэлементов в наземных экосистемах Тувы позволяют выделить три биогеохимических пояса: 1) высокогорных тундр и альпийских лугов; 2) горно-лесной; 3) степных и сухостепных котловин и шесть ландшафтно-геохимических провинций: Западно-Саянская, Восточно- Тувинская, Центрально-Тувинская, Танну-Ольская, Каахемская, Сангиленская, Убсунурская.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему учителю и научному консультанту профессору, д.б.н. М.А. Мальгину].. Особую признательность автор выражает чл.-корр. РАН И.М. Гаджиеву, д.г.н. Ю.И. Винокурову, д.б.н. В.Б. Ильину, к.б.н. А.И. Сысо. Автор благодарен коллегам: Н.П. Цаплиной, к.с.-х.н. О.А. Ельчининовой, к.б.н. Т.А.
Рождественской, Г.М. Медниковой, Н.В. Гуляевой за оказание помощи при выполнении работы.
Ландшафтная структура и особенности почвенного покрова природных районов Тувы
Восточно-Саянский горный голъцово-таёоюный округ. Занимает бассейн правых притоков р. Хамсары и верховья p.p. Хамсары, Азела и Бий-Хема и принадлежит к двум вертикальным поясам — гольцовому и таёжному. Рельеф средне- и высокогорный (древнеледниковые формы, столовые горы, остроконечные вершины, выровненные нагорья, плато). Сложен гранитами, гнейсами, амфиболитами, кристаллическими метаморфическими сланцами, мраморами, доломитами. Почвообразующими породами являются маломощный элювий этих пород, а также продукты ледниковой и водно-ледниковой переработки. Климат холодный и влажный. Основу структуры почвенного покрова округа образуют горно-тундровые почвы под лишайниковыми, мохово-лишайниково-кустарничковыми, лишайниково-травянистыми, мохово-кустарничково-ерниковыми ассоциациями и оподзоленные горно-таёжные почвы под кедровыми лесами и горно-таёжные неоподзоленные под травяно-мохово-брусничными лиственничными насаждениями. Б2 - Восточно-Тувинский горный тундрово-лугово-таёжный округ. Охватывает хр. акад. Обручева и бассейн среднего и верхнего течения р. Каа-Хем. Рельеф среднегорный (1600-2200 м), тектонико-эрозионный, развиты ледниковые формы: седловины, троги, мореные гряды, подпружные озёра. Климат очень влажный и холодный. Территория значительно обводнена. Почвенный покров представлен горно-таёжными перегнойными кислыми неоподзол енными и оподзоленными многолетне-мерзлотными торфянисто-перегнойными глееватыми и горно-тундровыми почвами. БЗ - Тоджинский лугово-таёжный котловинный округ. Находится в пределах таежно-лесной Тоджинской котловины, которая представляет собой сильно расчленённое водной и ледниковой эрозией плато, с чередованием возвышенностей и эрозионно-тектонических долин. Характеризуется большой увлажнённостью и умеренным климатом. Структуру почвенного покрова формируют: а) горно-тундровые почвы по вершинам островных гор; б) горно-таёжные перегнойные неоподзоленные и оподзоленные и торфянисто-перегнойные почвы в верхней подзоне тайги; в) горно-таёжные дерновые неоподзоленные почвы на низкогорных водоразделах под травянисто-брусничными лиственничными лесами; г) слабоподзолистые песчаные и супесчаные почвы под сосновыми и сосново-лиственничными лесами на слабо расчленённых моренных и древнеаллювиальных террасах; д) черноземовидные почвы под сосновыми и сосново-лиственничными лесами. Охватывает южную сторону Западного Саяна, Турано-Уюкскую котловину. Климат умеренно влажный (500 мм в год). Доминируют горная тайга и горные степи. В1а -Алашский горный район Высокое плоскогорье, глубоко расчленённое на ряд хребтов. Развито три вертикальных пояса: горно-тундровый и горно-луговой, среднегорный таёжный и среднегорный степной. Преимущественно представлены: горно-луговые почвы под субальпийскими лугами, выше сменяющиеся горно-тундровыми почвами; горно-таелшые дерновые неоподзоленные и слабооподзоленные почвы под травянистыми лиственничниками в среднегорье; горные чернозёмы под густотравными луговыми степями. В1б-Куртушибинский горный район В основном преобладает низкогорный, увалисто-холмистый рельеф, почти отсутствуют элементы высокогорных ландшафтов. Распространены горная тайга, горные и долинные степи. Под лиственничной тайгой формируются горно-таёжные дерновые почвы в комплексе с горно-таёжными перегнойными кислыми неоподзоленными по теневым склонам. Под горными и долинными степями развиты горно-каштановые каменистые почвы. В1В- Турано-Уюкский котловинный район Приурочен к Турано-Уюкской степной котловине с хорошо развитыми пойменными комплексами. Повышенные террасы и шлейфы заняты обыкновенными и южными чернозёмами, склоны островных возвышенностей покрыты горными чернозёмами. В пойме развиты луговые и лугово-болотные почвы, а на низких надпойменных террасах - луговые, лугово-степные, солончаковатые и лугово-каштановые. 82 - Монгун-Тайгинский высокогорный тундрово-лугово степной округ Занимает крайнюю юго-западную часть Тувы на стыке Алтая, Западного Саяна и Западного Танну-Ола. Рельеф высокогорный с развитыми альпийским формами и следами последнего оледенения. Горно-тундровые почвы формируются под травянисто-лишайниково-дриадовыми, травянисто-мохово-кустарниковыми тундрами. Горно-луговые почвы развиваются под низкотравными альпийскими лугами. Ниже 2400-2500 м распространены высокогорные луговые степи со своеобразными темно-каштановыми почвами. 83 - Таннуольский горный лугово-таёжный и степной округ Приурочен к хр. Танну-Ола. На северном склоне хр. Восточного Танну Ола под лиственнично-берёзовыми лесами развиты тёмно-серые и чернозёмовидные почвы, Западного Танну-Ола — тёмно-каштановые почвы под горными степями. В горно-таёжном поясе под кустарниковыми лиственничниками формируются дерновые слабооподзоленные или неоподзоленные почвы; на северных и северо-западных склонах и седловинах под угнетёнными лиственнично-кедровыми лесами с мощным лишаиниково-моховым покровом - торфянисто-перегнойные глееватые почвы. В высокогорном поясе распространены горно-тундровые и горно-луговые почвы. На южном макросклоне хр. Танну-Ола горно-таёжный пояс резко сменяется горными степями с чернозёмами и горно-каштановыми почвами. 84 - Сангиленский горный таёокно-степной округ Центральную часть округа занимает высокое плато хр. Сангилен. Территория с глубокими речными долинами рек бассейна Верхнего Енисея, Мурена и Тес-Хема. Высокогорный пояс образован комплексами горных тундр и горных лугов. Почвенный покров среди егорий образован сочетаниями горно-таёжных перегнойных кислых неоподзоленных почв с торфянисто-мерзлотно-таёжными почвами, а на южных склонах развиты горно-луговые, степные и тёмно-каштановые почвы. 85 - Центрально-Тувинский котловинный степной и сухостепной округ
Занимает обширную Центрально-Тувинскую депрессию, находится в пределах бассейнов рек Верхнего Енисея, Хемчика и Каа-Хема. Преобладает волнисто-равнинный рельеф. Климат резко континентальный, среднегодовые температуры отрицательные, годовое количество осадков 200-300 мм.
Обыкновенные чернозёмы формируются фрагментарно на лессовидных суглинках на подгорных шлейфах хр. Танну-Ола, с которым граничат горнолесные чернозёмовидные почвы под парковыми лиственнично-берёзовыми лесами.
Горно-лесные черноземовидные почвы
Эоловые песчаные образования встречаются во всех степных котловинах региона исследований, слагают характерные формы рельефа - дюны, барханы, гряды, бугры. Характеризуются высоким содержанием карбонатов и щелочной реакцией среды (см. табл. 1).
Многообразие факторов гипергенеза и педогенеза на территории региона- геологии (Лебедева, 1938; Обручев, 1946; Васильев, 1947; Леонтьев, 1956; Природные..., 1957; Унксов и др., 1958; Додин, 196І; Шорыгина, 1961), геоморфологии (Зятькова, 1969а,б, 1977), климата (Ефимцев, 1957; Галахов, 1964; Агроклиматические..., 1974), растительности (Соболевская, 1950, 1953; Красноборов, 1976; Ханминчун, 1980; Растительные..., 1982; Определитель..., 1984; Растительный..., 1985; Седельников, 1988) - предопределили целую гамму почвенных образований и генетических типов коры выветривания в системе высотных поясов региона исследований.
В разное время почвенный покров Тувы изучали: Б.Ф. Петров (1952а,б), М.В. Кириллов (1954), В.А. Носин (1957, 1963), М.Н. Смирнов (1970), В.И. Волковинцер (1978). В диссертационной работе рассматриваются основные типы почв в системе высотной почвенной поясности Тувы - горно-тундровые, горно-луговые, горно-лесные бурые, горно-лесные серые, горно-лесные черноземовидные, черноземы, каштановые и лугово-каштановые. При систематике исследуемых почв за основу взята классификационная схема, разработанная В.А. Носиным (1963), а также используются более поздние представления о почвообразовании в горно-лесном поясе гор юга Сибири (Почвы..., 1973; Колосов, 1983).
Горно-тундровые почвы широко распространены на северо-востоке Тувы, составляя основу структуры почвенного покрова вертикального яруса в системе высотной почвенной поясности хребтов Западной Тувы, Западного и Восточного Саяна (Петров, 1952а,б; Носин, 1963; Смирнов, 1970). Почвообразование протекает в условиях резко континентального с узкой годичной амплитудой температур климата. В качестве почвообразующих пород выступают маломощные элювиальные, ортоэлювиальные и коллювиальные отложения разноразмерного терригенного материала, содержание мелкоземистой фракции в котором, как правило, составляет менее половины объема. Сильная расчлененность поверхности, а также защебненность профиля горно-тундровых почв обусловливают высокие инфильтрационные свойства почвенной толщи. Для этих почв, аналогично почвообразованию в холодных гумидных областях (Таргульян, 1971), свойственно слабое химико-минералогическое превращение исходного почвообразующего субстрата при одновременно высокой степени физической дезинтеграции. Вследствие этого, общая мощность отложений, вовлеченных в сферу почвообразования и активного гипергенеза, мала - 28-55 см. Количество новообразованного минерального материала в почвенном профиле и продуктах выветривания небольшое, т.е. процессы глинообразования выражены слабо. Положение горно-тундровых почв в системе элювиальных и транзитных ландшафтов при соответствующей окислительно восстановительной обстановке детерминирует поведение химических элементов в профиле почв, а также аспекты их аккумуляции и миграции в ряду каскадных ландшафтно-геохимических систем (Глазовская и др., 1989). Почвообразование протекает, преимущественно, под лишайниково-кустарниковой растительностью. Верхний ярус сформирован зарослями круглолистной березы с участием кустарниковых ив (Седельников, 1988). Надпочвенный ярус образован из вересковых кустарников и ягельных лишайников с участием мхов. Характерной особенностью тундровых фитоценозов, по нашим данным, является низкое накопление их фито массой азота, фосфора, калия, кальция и других элементов (табл. 2). Растительность является одним из ведущих факторов, определяющих биогеохимические циклы миграции химических элементов в ландшафтах (Ковда, 1976). Вовлекая в биологический круговорот соединения химических элементов и увеличивая их подвижность, растительность способствует выщелачиванию химических элементов за пределы почвенного профиля и соответствующих элементарных геохимических ландшафтов. Таким образом, почвообразование и биологический круговорот веществ являются мощными факторами, усиливающими химическую денудацию горно-тундровых ландшафтов. Профиль горно-тундровых почв образован следующей системой генетических горизонтов: А0 - А„ - АВ - В - С. А0 - рыхлая подстилка из растительных остатков различной степени оторфованности; Ап - буро-черный или серовато-темно-коричневый рыхло перегнойный, пороховатый; АВ - буро-коричневый, значительно прогумусирован, с хорошо выраженной крупитчатой или мелкозернистой структурой; В - рыжевато-бурых тонов, разного гранулометрического состава, защебенен, может быть оглеен; С - каменистая порода различного петрографического состава, возможно оглеение, Гумусо-аккумулятивные горизонты горно-тундровых почв накапливают значительное количество грубого гумуса— 11-29%, содержание валового азота достигает существенных величин - 0,62%, концентрация валового фосфора равна 0,37% (Носин, 1963). Сумма обменных оснований в гумусовом горизонте колеблется от 8,5 до 33,3 мг-экв на 100 г почвы. Показатели всех перечисленных характеристик снижаются вниз по профилю.
Селен в горных и почвообразующих породах
Иллювиально-карбонатный горизонт Вк высоко достоверно является зоной максимальной аккумуляции карбонатов (см. табл, 23). Наличие мощного карбонатного горизонта со значительной концентрацией карбонатов важнейшая черта геохимического профиля каштановых почв Тувы, которая определяет процессы аккумуляции и миграции микроэлементов. Генезис карбонатных отложений, на которых осуществляется формирование каштановых почв в сухостепных котловинах, различен. Столь высокое содержание карбонатов в профиле почв, вероятно, имеет реликтовое происхождение, связанное с формированием аккумулятивных карбонатных кор выветривания в депрессионных территориях Алтае-Саянской горной страны (Волковинцер, 197S).
Поглотительная способность каштановых почв, во многом определяющая процессы сорбции, десорбции, миграции и аккумуляции подвижных соединений микроэлементов (Ермоленко, 1966), тесно связана с содержанием гумуса и механических элементов. В зависимости от гранулометрического состава и гумусированности, емкость поглощения в гумусо-аккумулятивном горизонте, по литературным (Носин, 1963; Волковинцер, 1978) и нашим данным, колеблется от 6 до 37 мг-экв на 100 г почвы и резко уменьшается вниз по профилю параллельно снижению концентрации гумуса и тонкодисперсных гранулометрических элементов (см. табл. 20).
Состав поглощенных оснований в каштановых почвах характеризуется практически полной насыщенностью кальцием и магнием (см. табл. 20), максимум которых, чаще всего, сосредоточен в гумусовых горизонтах. Каштановые почвы, в основном, имеют легкий гранулометрический состав: легкосуглинистый, супесчаный и песчаный, и очень редко встречаются тяжелосуглинистые разновидности. В составе мелкозема преобладают фракции среднего и мелкого песка, и в минимуме находятся тонкодисперсные механические элементы. Реакция среды по всему профилю каштановых почв щелочная, что обусловлено содержанием значительных количеств карбонатов. Валовой химический состав однообразен как между почвами котловин, так и по распределению по профилю каштановых почв. Таким образом, можно отметить ряд свойств и процессов в каштановых почвах, определяющих уровень содержания, аспекты миграции, аккумуляции, биологического поглощения микроэлементов: 1) низкое содержание органического вещества; 2) щелочная реакция среды; 3) наличие мощных карбонатных горизонтов; 4) легкий гранулометрический состав; 5) петрографическое и минералогическое разнообразие почвообразующего субстрата; 6) слабое химико-минералогическое изменение минеральной фазы почв, практически отсутствие минералов группы монтмориллонита; 7) проявление выраженных в значительной степени дефляционных и эрозионных явлений в сухостепных котловинах, приводящих к кардинальному изменению биогеохимических циклов макро- и микроэлементов. Лугово-каштановые почвы в сухостепных котловинах Тувы, наряду с каштановыми, являются элементом структуры почвенного покрова, Ареал лугово-каштановых почв связан с транзитными и трансаккумулятивными ландшафтами и приурочен к низким надпойменным террасам, к нижним частям делговиально-пролювиальных шлейфов и к другим относительно пониженным формам макро- и мезорельефа, в условиях которых происходит разгрузка почвенно-грунтовых вод (Носин, 1963). Наибольшие массивы этих почв находятся в Турано-Уюкской древнеозерной котловине, на низких террасах рек Улуг-Хем, Хемчик и Тес-Хем. Лугово-каштановые почвы формируются на аналогичных с каштановыми, преимущественно легкого гранулометрического состава, почвообразующих породах (табл. 24), которые периодически испытывают влияние почвенно-грунтовых вод. По водно-физическим свойствам рассматриваемые почвы практически не отличаются от каштановых почв с подобным гранулометрическим составом. Лугово-каштановые почвы в естественных условиях формируются под фитоценозами, где, в зависимости от экологии, доминируют чий, ковыль, тонконог, полынь холодная, лапчатка бесстебельная, луки, карагана, элементный химический состав которых иллюстрируют данные таблицы 25. Профиль лугово-каштановых почв состоит из горизонтов А - Вк - ВСК— Ск и имеет много общих черт с морфологическим строением каштановых почв. Содержание гумуса в гумусо-аккумулятивном горизонте, в зависимости от конкретной экологии почвообразования, варьирует в широких пределах — от 1 до 5%. Уровень концентрации органического вещества резко падает вниз по профилю, отражая распределение с глубиной запасов ризомассы. Реакция среды по всему профилю лугово-каштановых почв щелочная и показатель рН, как правило, увеличивается с глубиной. В зависимости от состава почвообразующих пород, динамики гидрохимических особенностей почвенно-грунтовых вод, положения почвы в рельефе карбонаты могут содержаться по всему профилю или отмыты за его пределы. В ряде случаев наблюдается "висячий" карбонатный горизонт, т.е. когда карбонаты отсутствуют в верхней и нижней части профиля лугово-каштановых почв, а аккумулируются в горизонте Вк. Содержание карбонатов в толще рассматриваемых почв колеблется от следов до 32%. Емкость поглощения невелика (см. табл. 24) и уменьшается с глубиной. Почвенно-поглощающий комплекс насыщен Са и Mg (см. табл. 24), в солончаковых вариантах - натрием.
Ртуть в горных и почвообразующих породах
В Улуг-Хемской и Хемчикской сухостепных котловинах минимальные содержания марганца приурочены также к песчаным эоловым и озерно-аллювиальным песчано-галечниковым отложениям, в Турано-Уюкской котловине нижний предел концентрации микроэлемента - 221 мг/кг — характерен для продуктов выветривания красноцветных третичных песчаников, в Тоджинской котловине - для песчаных аллювиальных и флювиогляциальных седиментов.
Максимальные содержания марганца, как правило, свойственны суглинистым отложениям, но существуют и исключения, например, высокими концентрациями микроэлемента обладают песчаные отложения в Хемчикской котловине, что, вероятно, связано с влиянием многочисленных ореолов рассеяния полиметаллических месторождений. Элювиально-делювиальные отложения над полиметаллическими месторождениями отличаются самым высоким уровнем концентрации марганца — 2455 мг/кг.
В различных типах генетических отложений, особенно в элювиальных, элювиоделювиальных и делювиальных, содержание марганца колеблется в широком диапазоне (см. табл. 1), что связано со слабой сепарацией материала. В этих отложениях уровень концентрации элемента зависит, главным образом, от гранулометрического состава. Максимальная выдержанность низких содержаний марганца свойственна эоловым, аллювиальным отложениям речных террас и озерно-аллювиальным осадкам. Генезис этих четвертичных образований обусловил довольно четкую сортировку мелкоземистой части, в которой превалируют грубые гранулометрические фракции с большим долевым участием кварцевых песков.
Остаточные коры выветривания, являющиеся почвообразующим субстратом в горных окаймлениях, содержат сравнительно высокие количества марганца (см. табл. 1, 27).
В целом, содержание марганца в почвообразующих породах Тувы значительно меньше кларка для горных пород мира и ниже региональных кларков для почвообразующих субстратов юга Западной Сибири (Ильин, 1973; Ильин, Сысо, Конарбаева и др., 2000) и Горного Алтая (Мальгин, 1978).
Почвообразующие субстраты являются ведущим фактором, определяющим уровень концентрации марганца в почвенном покрове Тувы. Об этом свидетельствуют данные корреляционной зависимости между уровнем концентрации марганца в гумусовом горизонте и материнских породах (табл. 28). Эта зависимость сохранилась, несмотря на активно протекающие процессы эрозионного и дефляционного обновления почвенного покрова горных окаймлений и котловин и перераспределение соединений марганца в результате почвообразования и гипергенных процессов.
Почвенная химия марганца, закономерности пространственного распределения его в почвах различных ландшафтов изучены достаточно хорошо в разных регионах мира (Маданов, 1953; Виноградов, 1957; Ковда, Якушевская, Тюрюканов, 1959; Власюк, 1959; Бериня, 1961; Каталымов, 1965; Зырин, 1968а,б; Ковальский, Андрианова, 1970; Ильин, 1973; Макеев, 1973; Мальгин, 1978; Пейве, 1980; Сеничкина, Абашеева, 1986; Шиндлер, 1988; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, Сысо, Конарбаева и др., 2000; Ильин, Сысо, Байдина и др., 2003; Богатырев, Ладонин, Семеню к, 2003; Мурашкина, Копцик, Саузард, 2004).
Для валового марганца свойственна высокая пестрота содержания в педосфере. По свидетельству В.В. Ковальского и Г.А. Андриановой (1970), колебания концентрации элемента в почвах СССР составляют от 20 до 21800 мг/кг; по данным В.А. Ковды с соавторами (1959), - от 40 до 7200 мг/кг; в почвах юга Западной Сибири, по данным В.Б. Ильина (1973), - от 237 до 7413 мг/кг; по свидетельству М.А. Мальгина (1978), в почвах Горного Алтая концентрация валового марганца изменяется в пределах 200-2692 мг/кг. О мозаичности концентраций марганца в почвенном покрове сообщают и другие исследователи (Виноградов, 1957; Бериня, 1961; Зырин, 1968а,б; Nortschiff, 1982; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989, Ильин, Сысо, Байдина и др., 2003 и т.д.). Существенная вариабельность содержания микроэлемента характерна и для педосферы Тувинской горной области (табл. 29, 30), что обусловлено сложнейшей структурой почвенного покрова исследуемой горной страны, большим многообразием горных и почвообразующих пород, их исходной литохимической контрастностью, целой гаммой ландшафтно-геохимических систем (от горных тундр до полупустынь) с контрастными физико-химическими свойствами, определяющими процессы геохимического поведения и биогеохимического круговорота марганца. На сравнительно большее варьирование концентраций марганца в горных почвах, чем в однотипных равнинных, указывает Н.Г. Зырин (1968а). Коэффициент варьирования содержания валового марганца в гумусовом горизонте убывает от почв высокогорий к почвам степных котловин Тувинской горной области (см. табл. 29). Аналогичная тенденция наблюдается и для почв Алтайской горной страны (Мальгин, 1978). Это обстоятельство во многом связано как с более разнообразным минералогическим, гранулометрическим составом и генезисом почвообразующих пород положительных геоморфологических структур (хребтов, плато) по сравнению с часто хорошо сортированными и выдержанными по гранулометрии четвертичными отложениями депрессионных территорий (котловин), так и с многообразием почвообразовательных макропроцессов и их направленностью в пределах горных ландшафтов (Петров, 1952; Носин, 1963; Смирнов, 1970; Таргульян, 1971; Колосов, 1983). Большая вариабельность концентраций валового марганца свойственна не только педосфере исследуемого региона в целом (см. табл. 29), но и почвенному покрову отдельных районов Тувинской горной области (табл. 31), а также разнотипным почвам в системе вертикальной поясности (см. табл. 30). География марганца в педосфере Тувы характеризуется убыванием концентрации элемента от почв горных окаймлений к почвам сухостепных.
