Введение к работе
Актуальность исследований. Вопрос о сходстве донных отложений водоёмов с субаэральными почвами обсуждается давно, но проблема их отнесения к одной из категорий естественно-исторических природных образований - почвам - до сих пор остается дискуссионной. Одни авторы подчеркивают, что подводные отложения по ряду основных признаков сходны с субаэральными почвами, и предлагают рассматривать их в качестве одной из форм почвообразования. Другие считают, что, несмотря на выполнение подводными отложениями ряда аналогичных с наземными почвами биосферных и экологических функций, их нецелесообразно относить к почвам, поскольку они не отвечают строгому определению последних, в их образовании участвуют преимущественно аллохтонные продукты педогенеза, тогда как к почвам должны относиться те природные тела, которые возникают как результат автохтонного воздействия живых организмов на минеральную, органическую или органоминеральную составляющую.
Несмотря на значительное различие взглядов на допустимость отнесения подводных отложений к почвам, все авторы сходятся в том, что подходы к их изучению с позиций почвоведения вполне возможны. Однако данных, характеризующих признаки педогенеза в подводных отложениях разных биоклиматических условий, еще недостаточно в литературе. Представляется, что накопление различных материалов, относящихся к отложениям разных водоемов, позволит прийти исследователям в конечном итоге к однозначному решению этой проблемы. Пока же любые материалы и их понимание, решения частных задач в рамках этой дискуссионной проблемы имеют ценность.
Почвообразование представляет собой сочетание процессов синтеза и распада органических и минеральных веществ, а также перемещения образующихся продуктов с глубиной. Все эти категории процессов могут иметь место и в наземных почвах, и в подводных отложениях. В результате протекания сходных по направленности процессов, составляющих суть почвообразования, и в первых, и во вторых формируются признаки, которые можно отнести к категории педогенных, т.е. появившихся под влиянием пяти факторов почвообразования и являющихся результатом проявления одного или совокупности элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП). Признаки педогенеза, диагностируемые по совокупности морфогенетических и аналитических характеристик, могут быть разного уровня организации: от профиля как совокупности горизонтов до отдельных соединений как результата определенного ЭПП.
В подводных условиях, по сути, имеет место одновременное накопление литогенной основы и преобразование её под влиянием педогенеза, а потому почвы аквального распространения теоретически должны иметь наибольшее сходство с аллювиальными почвами и рассматриваться с позиций синлито-генного почвообразования. Однако, по мнению многих исследователей, влияние переработанного процессами почвообразования материала территории
водосбора в аквальных условиях очень велико, и педогенные признаки могут наследоваться от почвенной массы, отлагающейся на дне водоемов. До сих пор вопрос о том, какие признаки могут служить диагностическими для процесса почвообразования в подводных условиях, до конца не решен.
В почвах, формирующихся на дне озер, основными поставщиками органических остатков можно считать фитопланктон (зелёные и синезелёные водоросли, бактерии и грибы), зоопланктон и органические вещества терриген-ного происхождения. Их разложение и преобразование в специфических восстановительных условиях, взаимодействие с минеральными компонентами приводит к формированию системы гумусовых веществ со своеобразными свойствами. Можно предполагать, что система гумусовых веществ, выполняющая функции физиологически активных соединений, детоксикаторов, аккумуляторов и депонентов вещества и энергии, необходимых для устойчивого функционирования круговорота углерода, обладает спецификой, обусловленной подводными условиями их формирования, в том числе региональными особенностями водного объекта.
Все вышесказанное обусловило постановку цели и задач исследования.
Цель исследования. Выявить основные признаки педогенеза в отложениях озёр степных условий формирования разной степени засоления (на примере озёр Тувы и Хакасии) и предложить систему признаков, которые могут служить для диагностики почвообразования и выявления его специфики в условиях засоления озер.
Задачи исследования. 1. Изучить основные морфологические, физико-химические свойства, состав гумуса и гуминовых кислот отложений соленых озёр степной зоны Хакасии и Тувы.
-
Установить сходство и различия признаков педогенеза озёрных отложений и почв территории водосбора на примере озера Утичье-3 (Хакасия).
-
Выявить сходство и различия признаков педогенеза в озерных отложениях разного засоления (на примере озёр Улуг-Хемской котловины Тувы).
-
Определить признаки педогенеза, формирующиеся в аквальных условиях озёр, и предложить систему признаков, диагностирующих процесс подводного почвообразования.
Научная новизна. На основе анализа морфологических и физико-химических признаков отложений соленых озер Хакасии и Тувы выявлено, что подводные отложения можно рассматривать как систему горизонтов, выделяющихся по окраске, плотности, гранулометрическому составу, новообразованиям, включениям, мощности, магнитной восприимчивости, соотношению обменных оснований и форм железа, содержанию и составу гумуса и гуминовых кислот, что характерно и для субаэральных осадков, переработанных педогенезом.
Установлено, что в почвах водосборной территории происходит постепенное уменьшение магнитной восприимчивости (MB) в ряду от автоморф-ных почв к гидроморфным, а донные осадки имеют величину MB на порядок
ниже последних; повышенный уровень накопления органического углерода по сравнению с субаэральными и субаквальными почвами условий территории водосбора позволяет рассматривать этот компонент в качестве стока и депо углерода, необходимого для поддержания его круговорота.
Выявлено, что морфологические и химические формы железа отложений засоленных озёр Хакасии и Тувы свидетельствуют о прохождении ими в некоторые периоды их развития субаэральной стадии.
Показано, что состав гумуса подводных отложений зависит от степени засоления: в условиях соленасыщенности он имеет фульватный тип, при среднем засолении гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами.
Впервые установлено, что в аквальных условиях соленых озер Хакасии и Тувы состав гуминовых кислот является результатом автохтонного процесса: соотношение в них основных элементов существенно отличается от гуминовых кислот почв водосбора и близко к таковому водорослей и хитина водных обитателей.
Среди диагностических признаков подводного почвообразования в засо-леных озерах аридной зоны предложено использовать:
морфологические признаки отложений, формируемых в восстановительных условиях и отражающих их в своей специфике;
содержание органического вещества, отличающегося повышенным уровнем его накопления по сравнению с почвами субаэральных и субакваль-ных условий территории водосбора, служащего стоком и депо углерода, необходимым для поддержания его круговорота;
состояние железа как компонента большого числа соединений озерной среды, отражающих стадии и состояние водоема, а также условия формирования основных свойств отложений;
состав почвенного поглощающего комплекса, в том числе соотношение в нем обменных кальция и магния, являющегося специфичными в отложениях озёр аридной зоны;
соотношение гуминовых кислот с фульвокислотами, отражающее условия гумусообразования и направленность их изменения во времени за период образования отложений;
состав гуминовых кислот, в которых соотношение основных элементов резко отличает их от ГК, поступающих в озёра с территории водосбора, но близко к таковым водорослей, хитина и зоопланктона в целом.
Отложения засоленных озер Хакасии и Тувы по совокупности диагностических признаков можно отнести к категории естественно-исторических природных тел - почвам.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные материалы по морфогенетической и физико-химической характеристикам, составу гумуса и гуминовых кислот отложений озёр степной зоны Хакасии и Тувы, а также выводы исследования вносят вклад в решение одного из дискуссионных в теоретическом почвоведении вопросов - возможности отнесе-
ния аквальных отложений к категории почв. Полученные материалы и выводы могут использоваться при чтении курсов лекций, связанных с проблемами состояния и эволюции природной среды, круговорота углерода, а также при оценке подводных почв как источника лечебного сырья.
Защищаемые положения. 1. Отложения озёр по комплексу педогенных признаков могут быть отнесены к особым естественно-историческим природным телам - почвам;
2. В аквальных условиях соленых озер аридной зоны Хакасии и Тувы состав гуминовых кислот является результатом автохтонного процесса: соотношение в них основных элементов существенно отличается от гуминовых кислот почв водосбора и близко к таковому водорослей и хитина водных обитателей.
Апробация работы. Основные положения и материалы исследований опубликованы в 7 печатных работах (1 - в журнале из списка ВАК), а также доложены на Всероссийской научной конференции с международным участием «Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове, Томск, 2010; Международной конференции «Болота и биосфера», Томск, 2010; научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б.Ф. Петрова «Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв», Томск, 2011; Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем», Иркутск, 2011; молодёжной конференции «Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири», Томск, 2012; Международной молодёжной конференции «Биопространство» Томск, 2012.
Личный вклад. Автором поставлены и решены задачи исследования, получен экспериментальный и аналитический материал, проведена его интерпретация, сформулированы и обоснованы защищаемые положения и выводы работы.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 165 страницах, состоит из введения, 5 глав и выводов, содержит 24 таблицы, 33 рисунка, библиографический список из 208 наименований, в т. ч. 23 иностранных.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Марии Ивановне Дергачевой за внимание, неоценимую помощь, терпение и требовательность при выполнении работы, сотрудникам кафедры почвоведения и экологии почв Томского государственного университета за доброжелательность, внимание, консультации и содействие во время выполнения работы. Особую благодарность за помощь и рекомендации автор выражает кандидату геолого-минералогических наук Надежде Георгиевне Клопотовой, а также всем сотрудникам испытательной лаборатории природных лечебных ресурсов ТНИИКиФ.
