Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая история изучения элементного химического состава почв и биогеохимического районирования Западной Сибири 10
Глава 2. Объекты и методы исследований 19
Глава 3. Природные условия формирования элементного химического состава почвообразующих пород и почв Западной Сибири 26
3.1. Географическое положение и устройство поверхности изученной части Западной Сибири 26
3.2. Геологическое строение и геохимические особенности территории Западной Сибири 51
3.3. Особенности климата региона 56
3.4. Поверхностные, грунтовые и подземные воды 65
3.5. Растительный покров 70
3.6. Почвообразующие породы 78
3.7. Почвенный покров изученных районов Западной Сибири, его состав и использование 100
Глава 4. Элементный химический состав почвообразующих пород 110
4.1. Роль горных пород в формировании состава минералов и химических элементов в почвообразующих породах 111
4.2. Влияние литогенеза и гипергенных процессов на элементный химический состав почвообразующих пород 129
4.3. Зависимость содержания химических элементов в почвообразующих породах от их минерального состава 150
4.4. Связи содержания минералов и химических элементов с гранулометрическим составом почвообразующих пород 170
4.5. Формы химических соединений элементов в горных породах, продуктах их выветривания и осадочных отложениях 183
Глава 5. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири 186
5.1. Почвообразование и микроэлементы 186
5.2. Содержание химических элементов в почвах северных природно-геоморфологических районов 191
5.3. Содержание химических элементов в почвах южных природно-геоморфологических районов 206
5.4. Общие закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах 237
5.5. Формы микроэлементов в почвообразующих породах и почвах 262
Глава 6. Почвенно-геохимическая и биогеохимическая оценка территории Западной Сибири 274
6.1. Региональные особенности содержания химических элементов в почвах 274
6.2. Почвенно-геохимическая оценка территорий с учетом состава почвенного покрова и свойств почв 281
6.3. Агрохимическая оценка содержания микроэлементов в почвах юга Западной Сибири 291
6.4. Принципы биогеохимического районирования Западной Сибири (на примере Новосибирской области) 303
Заключение 323
Список использованной литературы 326
- Краткая история изучения элементного химического состава почв и биогеохимического районирования Западной Сибири
- Геологическое строение и геохимические особенности территории Западной Сибири
- Влияние литогенеза и гипергенных процессов на элементный химический состав почвообразующих пород
- Содержание химических элементов в почвах северных природно-геоморфологических районов
Введение к работе
Актуальность исследований
В жизни растений и животных важную роль играют почвы - ключевое звено в круговороте химических элементов в биосфере. Развитие цивилизации привело к антропогенному преобразованию биосферы и биогеохимической эволюции её таксонов, к изменению поступления в пищевую цепь биофильных и экологически опасных элементов из-за истощения плодородия и загрязнения почв. Трансформация эволюционно сложившегося биогеохимического цикла биологически важных элементов в звеньях пищевой цепи (почвах, водах, атмосфере, продуктах питания) вызвала рост количества заболеваний животных и человека [Каль-ницкий, 1985; Фортескью, 1985; Adriano, 1986; Добровольский, 1988; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Авцын и др., 1991; Ильин, 1991; Шумный, 2000; Ермаков, 2003]. Все это обусловило тревогу человечества за существование жизни на Земле.
Возникшие экологические проблемы сделали актуальными фундаментальные исследования природных и антропогенных факторов, определяющих содержание и распределение широкого перечня химических элементов в почвах, их доступность растениям, способность переходить в гидросферу и атмосферу [Возможности..., 2000]. Только на основе этих исследований можно осуществлять необходимые экологические мероприятия, решать практические почвенно-агрохимические и иные задачи.
В Западной Сибири, очень неоднородной по природным условиям, из-за нарушения поступления химических элементов в пищевую цепь возросли заболевания человека и животных. Выяснение причин их возникновения и выявление ареалов распространения оказалось затруднено без изучения закономерностей формирования элементного химического состава почвообразующих пород и почв, почвенно-геохимической и биогеохимической оценки её территории [Ильин, Сысо, 2001а, б, 2004;
Йод..., 2002]. Для этого требуется исследование влияния геологических процессов, факторов почвообразования на содержание химических элементов в почвах и определение вклада в него литогеннои основы почв и биогенной аккумуляции элементов [Соколов, 1997; Экологические..., 2000]. При этом особое внимание заслуживают микроэлементы, концентрация которых в породах, почвах и растениях невелика (менее 0,01%), но она более чутко, чем у макроэлементов, реагирует на действие природных и антропогенных факторов, определяющих их содержание в объектах биосферы. Такие исследования позволят обнаружить и объяснить пространственные изменения элементного химического состава почв, выявить почвенно-геохимические неоднородности содержания отдельных элементов, обосновать формирование биогеохимических провинций.
Цель и задачи исследований
Цель исследований - изучение влияния природных и антропогенных факторов на содержание и распределение химических элементов в почвенном покрове Западной Сибири, оценка почвенно-геохимических и биогеохимических особенностей её территории.
В задачи исследования входило:
1. Выяснить связи между содержанием химических элементов в почвообразующих породах с геологической историей формирования четвертичных отложений, с их гранулометрическим, минеральным и элементным составами.
2. Оценить влияние факторов почвообразования, экзогенных и антропогенных процессов на содержание и распределение химических элементов в почвенном покрове региона и уточнить его геохимические и биогеохимические особенности.
3. Выяснить связи между составом и свойствами почвообразующих пород и почв, с одной стороны, и содержанием в них химических элементов и их подвижностью, с другой.
4. Оценить возможности использования литохимических и геохимических индикаторов для реконструкции условий формирования элементного химического состава почвообразующих пород и трансформации его при почвообразовании.
5.Обосновать новые методические подходы к почвенно-геохимической оценке территорий и их биогеохимического районирования.
Научная новизна
Впервые доказано, что геологическая история формирования четвертичных отложений региона, их генезис и дифференциация по гранулометрическому и минеральному составам нашли отражение в специфике содержания и закономерностях пространственного распределения химических элементов в почвообразующих породах.
Экспериментально подтверждена возможность использования новых для почвоведения литохимических и геохимических индикаторов для оценки по элементному химическому составу почвообразующих пород и почв, условий накопления их исходного материала и его трансформации в процессе почвообразования.
Оценена роль голоценовых эоловых осадков в формировании пространственного и профильного распределения элементов в почвах региона.
Предложены подходы к комплексной почвенно-геохимической и биогеохимической оценке территории Западной Сибири, учитывающие состав, свойства и практическое использование почвенного и растительного покрова, содержание химических элементов в почвах и растительной продукции, питьевых водах и атмосфере, специфику антропогенного воздействия на окружающую среду.
Защищаемые положения
1. В специфике содержания и распределения химических элементов в толще почвообразующих пород отразились: особенности их концен трации в продуктах разрушения коры выветривания горных областей сноса и древних осадков аккумулятивных бассейнов; генезис почвообра-зующих пород, где важнейшую роль играла дифференциация их исходного материала по гранулометрическому, минеральному и химическому составам.
2. В элементном химическом составе почвообразующих пород и почв сохранилась информация об их генезисе, которую можно восстановить с помощью литохимических и геохимических индикаторов.
3. Исходная литологическая и литохимическая неоднородность почвообразующих пород и палеоландшафтно-геохимические особенности Западной Сибири предопределили, а современные условия почвообразования (экзогенные и антропогенные процессы) усилили пространственную вариабельность содержания химических элементов в почвах и привели к формированию разнообразных почвенно-геохимических и биогеохимических ситуаций.
Научная и практическая значимость работы
Разрабатываемое направление изучения и объяснения закономерностей распределения химических элементов в почвенном покрове, вносит существенный вклад в развитие теоретических представлений почвоведения о роли факторов почвообразования и экзогенных процессов в формировании элементного химического состава почв.
Создаваемая концепция рассматривает пространственное и профильное изменение содержания химических элементов в почвах не только как результат современных процессов почвообразования, но и как наследие специфики лито- и палеопедогенеза.
Предлагаемые для использования в почвоведении литохимические и геохимические индикаторы дополняют перечень методов изучения па-леоклиматической и палеогеохимической обстановки накопления минеральной основы почв и оценки её трансформации при почвообразовании.
Методологические подходы к почвенно-геохимической оценке территорий, использованные при биогеохимическом районировании Новосибирской области, могут стать методической основой аналогичного районирования для всей территории Западной Сибири.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на съездах Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004), Российских биогеохимических школах (Горно-Алтайск, 2000; Москва, 1999, 2003), международных конференциях (Москва, 2004; Семипалатинск, 2000, 2002, 2004; Томск, 2000; Улан-Удэ, 1999), научно-практических конференциях (Абакан, 2002; Барнаул, 1984; Москва, 1989, 1998; Новокузнецк, 2002; Новосибирск, 1989, 1998, 2002; Омск, 2002), Сибирском агрохимическом семинаре (1994, 1996, 1998, 2000).
Личный вклад
Диссертация - результат обобщения материалов, полученных лично автором при выполнении запланированных и инициированных им научно-исследовательских работ лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН за 1984-2003 гг., по грантам РФФИ (98-04-49795, 00-04-63077к), интеграционным проектам СО РАН (№ 33, 130, 167). Результаты исследований изложены в 50 научных публикациях, в том числе в 2-х монографиях и 21 статье.
Структура работы
Диссертация представляет собой рукопись объемом 358 страниц, состоящую из введения, 6 глав и заключения, включает 71 таблицу и 30 рисунков. В списке литературы 336 отечественных и зарубежных источника.
Автор выражает глубокую благодарность своему учителю и научному консультанту профессору, д.б.н. В.Б. Ильину. Особую признательность автор выражает чл.-корр. РАН И.М. Гаджиеву, д.б.н. В.А. Хмелеву, д.б.н. А.А. Танасиенко, к.б.н. Б.А. Смоленцеву, к.б.н. Л.Ю. Дитц, к.б.н. СВ. Васильеву! за помощь в выборе репрезентативных почвенных разрезов и разностороннее обсуждение результатов исследований. Автор благодарен соавторам и коллегам: к.х.н. А.С. Черевко, к.с.-х. н. Г.А. Конарбаевой, к.б.н. Ю.В. Ермолову, к.б.н. Н.Л. Байдиной.
Автор признателен к.б.н. А.В. Пузанову (ИВЭП СО РАН) за информацию о почвах Алтая, позволившую полнее охарактеризовать особенности их элементного химического состава.
Краткая история изучения элементного химического состава почв и биогеохимического районирования Западной Сибири
Научный интерес к микроэлементному составу почв Западной Сибири возник в начале 30-х годов 20-го столетия в связи с необходимостью определения нуждаемости в микроудобрениях сельскохозяйственных культур. Первые опыты на осушенных низинных торфяных почвах Западной Сибири не выявили достоверного положительного влияния Си и Мп на урожай зеленой массы растений, и сложилось мнение об их богатстве микроэлементами, ошибочность которого была доказана позднее [Бахнов, 1971,19776].
Недостаток микроэлементов для сельскохозяйственных культур, выращиваемых на черноземах и серых лесных почвах Западной Сибири, впервые был выявлен в 1933 году профессором А.З. Ламбиным, изучавшим в Омском сельскохозяйственном институте влияние В, Мп, Си, Zn, Ni, Fe, I, As, Br, W, Sr, Cd, Hg на урожай и химический состав растений [Петров, 1971]. Он обнаружил положительное действие Си, Zn, Мп, Mo, Со, Sr на развитие растений и увеличение потребности в них при повышении доз макроудобрений. Эти опыты косвенно указали на дефицит серы в западно-сибирских почвах - эффективность действия на растения сульфатов микроэлементов оказалась выше, чем хлоридов. Им же было начато определение валового содержания и подвижной формы микроэлементов в почвах Сибири.
Широкомасштабное изучение микроэлементов в различных природных объектах региона, направленное на решение сельскохозяйст--венных и медицинских проблем бывшего СССР, познание основных закономерностей их распределения в покровных отложениях и почвах, растительности, поверхностных, грунтовых и подземных водах проводилось с 1960 по 1985 год. Большой объем информации о микроэлементах, полученный в этот период, был весьма пестрым по объектам и методам исследований, а также качеству аналитических данных. Обобщение её позволило получить общую картину распределения и поведения микроэлементов в почвах, растениях и природных водах, влияния микроэлементов на жизнь растений, животных и человека [Мошарова, 1969; Ильин, 1973; Макеев, 1974; Скуковский, 1978; Орлова, 1989].
Наибольший вклад в формирование представлений о валовом содержании и подвижной форме В, Со, Си, I, Mn, Mo, Zn, закономерностях пространственного и профильного изменения их в почвах Западной Сибири, об аккумуляции этих элементов в растениях и водах внесли исследования лаборатории биогеохимии и агрохимии микроэлементов Института почвоведения и агрохимии Сибирского отделения АН СССР (ИЛА СО АН СССР, ныне ИЛА СО РАН) [Аникина, 1971, 1975; Бахнов, 1971, 1986; Трейман, 1971; Ильин, 1973, 1985; Мальгин, 1978, 1988].
На основе анализа полученных данных о содержании микроэлементов в почвах юга Западно-Сибирской равнины, имевшихся на то время сведений о микроэлементном составе коренных пород районов горного окаймления было сделано заключение, что источником микроэлементов в почвах, возможно, являются гранитоиды. С продуктами их разрушения, вынесенными водными потоками в восточные и центральные районы равнины с Алтае-Саянской складчатой области и Казахского мелко-сопочника, а в западные районы - с Урала, связывали особенности микроэлементного состава почвообразующих пород - меньшее, чем кларк по А.П.Виноградову [1957], содержание Мп и Мо и большее - Си и В. Генетическую связь почвообразующих пород равнины с коренными породами названных горных систем объясняли близостью содержания и пропорций в них микроэлементов и минералов [Ильин, 1973; Аникина и др., 1977]. Следует заметить, что подобная точка зрения на генезис почвообразующих пород юга Западной Сибири, в том числе и лессовидных суглинков, объясняющая закономерности пространственного распределения в них микроэлементов, не в полной мере соответствовала мнению некоторых геологов и почвоведов об эоловом генезисе лессовидных пород.
Выяснение пространственных изменений валового содержания и подвижности микроэлементов в почвах, зависимости их от условий почвообразования, определение уровней накопления микроэлементов в растениях и концентрации в природных водах позволили выявить область борного засоления на юге Западной Сибири, провести биогеохимическое районирование этой части региона и разработать рекомендации по применению микроудобрений [Агрохимический..., 1982].
Анализ данных о валовом содержании микроэлементов и доле их подвижной формы, извлекаемой экстрагентами по методу Пейве-Ринькиса, позволил установить различие по этим показателям авто-морфных почв разных геоморфологических структур юга Западной Сибири. Оказалось, что на Васюганской равнине, в Барабе и Кулунде подвижность Си и Zn несколько выше, чем в других районах. Наибольшая подвижность бора выявилась в почвах Ишимской равнины, Зауральского плато и Барабинской низменности, территория которых была отнесена к почвенно-геохимической области борного засоления и биогеохимической провинции с повышенным поступлением бора в пищевую цепь [Ильин, Аникина, 1977; Бахнов, 1977а]. Высокие концентрации водорастворимого бора в засоленных почвах этой области отрицательно сказываются на развитии растений [Азаренко, Орлова, 2000], а избыточное накопление элемента в растениях и водах губительно действует на животных [Скуковский, Ковальский, 1985]. Сопоставление результатов определения валового содержания микроэлементов в почвах и их подвижности выявило существенные расхождения данных разных исследователей. Прежде всего это касалось молибдена. Оказалось, что там, где валовое содержание элемента в пробах определялось полуколичественным атомно-эмиссионным спектральным методом с использованием для возбуждения атомов электрического дугового разряда, подвижность элемента оказалась завышенной из-за малых величин его общей концентрации в почвах (1-2 мг/кг). Возможно, это послужило одной из причин того, что исходными горными породами, от которых покровные отложения и почвы юга Западной Сибири унаследовали микроэлементы, были названы гранитоиды, содержащие молибдена меньше, чем другие породы, богатые им и другими микроэлементами.
Несколько заниженными были определенные спектральным методом концентрации Си и Zn в карбонатных породах, поскольку присутствие карбонатов в пробах могло искажать измеряемое количество этих элементов. Не исключено, что установленные ранее относительно более высокие концентрации некоторых микроэлементов в гумусово-аккумулятивном горизонте почв по сравнению с их содержанием в карбонатных почвообразующих породах были не только результатом биогенной аккумуляции элементов, но и следствием искажения результатов их определения в богатых карбонатами породах.
Химическими методами в почвах Кузнецкой котловины выявлены повышенное валовое содержание молибдена в почвах (до 9 мг/кг), близкое значениям, получаемым на современном аналитическом оборудовании, и относительно низкая его подвижность [Хохлова, 1967]. Этими же методами в почвах Томской области обнаружено еще более высокое содержание молибдена (до 12 кг/кг), но подвижность его здесь оказалась выше, чем в почвах Кузнецкой котловины [Осмоловская, Пашнева, 1966; Пашнева и др., 1967]. Исследователи предполагали, что широкое варьирование валового содержания Мп, Си, Со, Mo, Sr и редкоземельных элементов, подвижной формы Мп, Си, Со, Мо в почвах, возможно, связано с неоднородностью состава минералов в почвообразующих породах и условий почвообразования.
Геологическое строение и геохимические особенности территории Западной Сибири
В тектоническом отношении большая часть территории Западной Сибири представляет собой крупную отрицательную структуру - Западно-Сибирскую равнину, сформировавшуюся в пределах молодой эпи-герцинской Западно-Сибирской плиты, или платформы (ЗСП), меньшая же её юго-восточная часть находится на стыке ЗСП с горными системами - Алтае-Саянской складчатой областью. Северные ответвления этой области (Салаир и КТСЗ) своими складчатыми структурами круто и далеко уходят под мощный мезозойско-кайнозойский осадочный чехол ЗСП и играют заметную роль в формировании облика Западно-Сибирской равнины. На юге Западно-Сибирская плита стыкуется с Се-веро-Казахстанско-Тяныпаньской складчатой областью, северным форпостом которой является Казахский мелкосопочник.
В строении Западно-Сибирской равнины выделяют складчатый фундамент, сложенный породами доюрского возраста, и пологозале-гаюшую, мощную толщу платформенных морских и континентальных отложений мезозоя и кайнозоя. Складчатостью фундамента равнина обязана герцинскому орогенезу, проявившемуся между Русской и Сибирской древними платформами [Архипов, 1971; Геохимическая карта..., 1985].
С геохимических позиций Западно-Сибирская равнина относится к молодой платформе, покрытой толщей мезозойско-кайнозойских отложений гумидного типа литогенеза с преобладанием рудных элементов с сидерофильными свойствами. В пределах Западно-Сибирской платформы отмечается геохимическая зональность, обусловленная тектоническими процессами новейшей активизации и особенностями литогенеза. Южная часть платформы характеризуется широким проявлением га-логенеза. Здесь А.Е. Ферсманом выделен протяженный литофильный геохимический пояс, проходящий через территории Русской, Скифско-Туранской и Западно-Сибирской платформ [Геохимическая карта..., 1985].
В пределах Западно-Сибирской платформы наблюдается вертикальная геохимическая зональность - нарастание снизу вверх степени сидерофильности ассоциаций рудных элементов, которые в ходе дифференциации участвовали в образовании земного ядра (Fe, V, Ni, Cr, Со, Ті, Au, Pt). Максимумы сидерофильности приурочены к структурно-формационным комплексам отложений поздней юры-раннего мела, позднего мела-палеогена и олигоцена. Приведем краткое описание основных геологических пород, слагающих толщу осадочных отложений Западно-Сибирской равнины и выходящих на дневную поверхность в районах её горного окаймления. Другие их характеристики, оказавшие влияние на формирование минералогического и химического состава почвообразующих пород и почв, будут даны в других разделах работы.
Древние (докембрийские, палеозойские, раннемезозойские) осадочные, вулканогенные, вулканогенно-осадочные, магматические мета-морфизованные породы фундамента в центральной части Западно-Сибирской равнины погружены на глубину 3000 м и более. Они представлены сланцами, гнейсами, песчаниками, известняками и мраморами, эффузивными и интрузивными магматическими и другими породами, часто обогащенными различными микроэлементами.
В районах горного окаймления равнины перечисленные породы выходят на поверхность и участвуют в формировании элементного химического состава современных почв. На Салаире кембрийскими и ордовикскими породами являются: кинтерепские известняки, мощность которых по р. Кинтереп достигает 1000 м; вулканогенные образования печенгинской свиты близ рек Суенги и Хайрюзовки, к «черным» сланцам которой тяготеют зоны полиметаллической минерализации; терри генно-карбонатные суенгинские отложения, обнажающиеся по левому берегу р. Бердь. Здесь же есть выходы силурийских пород, представленных преимущественно известняками с брекчевидной структурой и цветом от бело-розового до зеленовато-серого.
К девонским отложениям Салаира относятся: известковая толща мочегинской свиты, содержащая остатки кораллов, алевролиты, песчаники, бокситы; глинистые сланцы с включением фосфатных желваков маслянинской свиты. На КТСЗ породы девона представлены комплексом эффузионно-осадочных образований буготакской свиты. К ним относятся породы, слагающие Буготакские сопки, известняковые обнажения по реками Буготак и Каменка, вулканогенно-осадочные отложения тогучинской свиты (порфиры, серовато-зеленые глинистые сланцы, известняки), выходящие на поверхность вдоль р. Иня. Во многих горных районах имеются выходы каменноугольных, пермских и других толщ. Общей особенностью большинства древних пород является широкое распространение среди них карбонатных (известковых) образований.
Перечисленные породы палеозоя, различающиеся по возрасту, минералогическому и химическому составу, в большей степени представленные корами их выветривания, широко распространены в районах горного окаймления Западной Сибири. Продукты разрушения этих древних пород участвовали в формировании минерального и микроэлементного состава почвообразующих пород Западно-Сибирской равнины, и прежде всего районов её горного окаймления, где нередко они являются почвообразующими или подстилающими.
Влияние литогенеза и гипергенных процессов на элементный химический состав почвообразующих пород
Исходный материал почвообразующих пород Западной Сибири поступал в районы аккумуляции с водой и ветром, условия же его миграции, седиментации и последующей трансформации в разных частях региона были неодинаковыми. Водным потокам обязаны своим генезисом не только аллювиальные, делювиальные, пролювиальные, флювиогля-циальные отложения, но и лёссовидные породы. С экзогенной деятельностью ветра связывают, в основном, образование эоловых песков и лёссов. Лимнические осадки накапливались за счет материала, принесенного в озера как водой, так и ветром и образовывавшегося в результате геохимических и биогеохимических процессов.
В зависимости от энергии водных и воздушных потоков, устойчивости пород и минералов к истиранию, размера и удельной массы частиц переносимый материал дифференцировался по минеральному, гранулометрическому и химическому составу. На разных геоморфологических структурах накопление осадков происходило в различной ланд-шафтно-геохимической обстановке. Субаэральные условия осадконако-пления складывались только на высоких хорошо дренируемых поверхностях водоразделов, где в элювиальных ландшафтах сформировались лёссовидные отложения. Чаще всего седиментация осадков, поступавших за счет водной и эоловой миграции, происходила в супер- и субак-вальных ландшафтах, в условиях периодической смены ландшафтно-геохимических обстановок, в результате циклических изменений климата и неотектонических движений, что свойственно самой природе ландшафтов [Полынов, 1956, с. 508]. Поэтому большинство почвообразующих пород Западной Сибири - полигенетичные - субаэрально-субаквальные образования.
Приуроченность аккумулятивных поверхностей к той или иной климатической широтной зоне (или вертикальному поясу) предопределяла накопление и преобразование осадочных отложений в холодных или теплых, аридных или гумидных условиях. Все это не могло не сказаться на содержании и отношении макро- и микроэлементов в почвооб-разующих породах. Поэтому информация об условиях накопления их исходного материала и его постлитогенного преобразования гипергенными процессами важна для понимания причин формирования элементного химического состава изучаемых почв.
В геологии и геохимии разработаны литолого-геохимические методы, позволяющие по показателям отношения между индикаторными минералами и химическими элементами реконструировать палеогеографическую и геохимическую обстановку, в которой происходило перемещение, накопление и гипергенное преобразование осадочных отложений [Nesbitt, Young, 1982; Сох et al., 1995; Николаев, 1995; Маслов и др., 2003]. Некоторые из этих методов давно используются в почвоведении [Виноградов, 1957; Ковда, 1973; Гаджиев, 1982; Курачев, 1991].
Поскольку информация о палеогеографических и геохимических условиях накопления и трансформации исходного материала почвообра-зующих пород представлялась важной для понимания закономерностей формирования их элементного химического состава, мы попробовали применить литолого-геохимические методы для её получения и сопоставления с известными данными об истории осадконакопления в различных природно-геоморфологических районах региона.
К литологическим индикаторам палеоклимата относятся аккумуляции различных типов осадочных пород, минералов и солей. В качестве индикаторов гумидного климата называются углистые сланцы, железо-марганцевые руды, бокситы и каолинитовые глины. Литологическими индикаторами аридного климата служат грубообломочные пролювиаль-ные образования и эоловые отложения, гипсы, ангидриты, различные соли (флюориты, галлит, целестин), известково-доломитовые осадки, обогащение монтмориллонитом и палыгорскитом глинистых пород [Маслов и др., 2003]. Доломиты являются важным индикатором аридного климата, поскольку образуются в бассейнах повышенной солености, хотя отсутствие их не означает, что климат не был аридным. Для этого климата характерны эвапориты - аккумуляции растворимых солей (глауберова и поваренная соль, сода и др.), а также отложения, обогащенные As, Ва, Вг, Си, F, Mo, Pb, Sr, Zn и другими элементами. .Цитологические индикаторы указывают на аккумуляцию исходного материала почвообразующих пород юга Западно-Сибирской равнины в условиях аридного климата и засоленных осадочных бассейнов.
Литохимическими индикаторами палеоклимата обычно служат отношения в осадочных породах окислов макроэлементов. Для нас представляли интерес индексы: CIA = 100 х А12Оз / (А1203 + CaO + Na20 + К20); CIW = 100 х А1203 / (А1203 + CaO + Na20); ICV = (Fe203 + CaO + MgO + Na20 + K20 + Ti02) / A1203 [Nesbitt, Young, 1982; Visser, Young, 1990; Cox et al., 1995]. Выявлено, что невыветрелые породы характеризуются значениями CIA около 50, а в сильно выветрелых разновидностях CIA достигает 100 единиц. Величина CIW также возрастет с ростом выветрелости материала, увеличением степени разложения исходных горных пород и осадочных отложений. В слабо измененных докембрий-ских базальтах и гранитах индекс CIW составляет 59-76, а в корах выветривания по указанным породам достигает 94-98 единиц. Индекс изменения литохимического состава пород ICV указывает на степень зрелости тонкой алюмокластики, поступающей в область седиментации. Незрелые глинистые сланцы с высоким процентом неглинистых силикатных материалов имеют ICV более 1, в то время как в более зрелых глинистых породах с большим количеством собственно глинистых минералов индекс ICV существенно меньше.
Содержание химических элементов в почвах северных природно-геоморфологических районов
Различие генезиса, гранулометрического, минерального и химического состава, физико-химических свойств почвообразующих пород и других факторов почвообразования в природно-геоморфологических районах Западной Сибири находят отражение в содержании и распределении химических элементов в почвах и почвенно-геохимических особенностях их территорий.
В Пурской низменности на слабо дренируемых водораздельных поверхностях, сложенных суглинистыми слоистыми озерно-аллювиальными и флювиогляциальными отложениями, среди обширных верховых болотных массивов широко распространены глееподзолистые холодные, длительно промерзающие почвы. Некоторые их свойства, содержание и профильное распределение в них химических элементов характеризуют соответствующие данные разреза № 270 (табл. 32), заложенного на границе с лесотундрой, в 50 км южнее Уренгоя. Эта почва, в которой летом на глубине 70 см сохраняется мерзлота, сформировалась под пологом елово-лиственничного северо-таежного леса.
Специфика генезиса глееподзолистых почв северной тайги на Сибирских Увалах изучена Б.А.Смоленцевым [2002]. Для них характерно длительное сохранение мерзлоты, сдерживающей внутрипрофильную миграцию вод и растворенных в них химических элементов и суглинистый гранулометрический состав почвообразующих пород. Это ослабляет подзолообразование и обеспечивает относительно высокое содержание химических элементов в почвах, достаточное для произрастания на них требовательной к условиям минерального питания растительности.
Зональные подзолистые умеренно холодные, длительно промерзающие почвы представлены подзолами иллювиально-железистыми и другими их родами с иллювиальным горизонтом (разрез 19, табл. 32).
Они формируются на хорошо водопроницаемых песчаных и супесчаных почвообразующих породах, поэтому содержат макро- и микроэлементов существенно меньше, чем глееподзолистые почвы. Исключение составляет цирконий, повышенная концентрация которого в профиле подзолов и в горизонте AiA2 глееподзолистых почв свидетельствует о глубоком геохимическом выветривании их минеральной основы, накоплении в почвах устойчивых к выветриванию минералов — кварца и циркона.
Подзолообразование ведет к сильному биохимическому и геохимическому разрушению неустойчивых к выветриванию минералов, выносу из почв геохимически подвижных и аккумуляции малоподвижных химических элементов, что приводит к резкой дифференциации почвенного профиля по их содержанию. Выветриванию минеральной основы почв, повышению подвижности и миграции элементов способствуют: кислая реакция, бедного щелочными и щелочно-земельными элементами опада растительности и химически агрессивный фульватный состав органического вещества почв; гумидный климат северной тайги и высокая водопроницаемость почвообразующих пород.
При подзолообразовании его водорастворимые продукты, тонкодисперсные первичные и вторичные минералы, органоминеральные частицы выносятся из элювиальных горизонтов (А1А2 и А2) и аккумулируются в иллювиальном горизонте В, представляющем собой механический и физико-химический (сорбционный) геохимический барьер на пути миграции химических элементов. Геохимически подвижные в кислых и богатых органическим веществом водах подзолистых почв В, Ва, Br, I, Си, Fe, Mn, Sr способны мигрировать в растворимой форме, которая представлена преимущественно их хелатными комплексами с фульвокислотами. Хелатогенез - процесс, характерный для ландшафтов кислого и кислотно-глеевого классов водной миграции [Глазовская, 1988], способствует активному перемещению элементов вниз по профилю почв и аккумуляции в иллювиальном горизонте, выносу их с грунтовыми и поверхностными водами за его пределы. Адсорбция элементов оксидами и гидроксидами Al, Fe и Мп, марганцево-железистыми конкрециями [Водяницкий, Добровольский, 1998], глинистыми частицами, органическим веществом, аккумулированными в иллювиальном горизонте, сдерживает их миграцию, но все же она протекает в этих почвах весьма активно, что приводит к обеднению почв подвижными формами химических элементов и обогащению вод их органоминеральными соединениями. Слабоподвижные в кислых водах, Со, Cr, Ті, Zr и другие элементы в основном мигрируют с тонкодисперсными частицами, в которых они закреплены. Их пространственное и профильное перемещение оказывается тесно связанным с распределением в почвах физической глины.
Особенностью глееподзолистых почв Пурской низменности по сравнению с аналогами на Сибирских Увалах и подзолистыми почвами Среднесибирской низменности оказалось обогащение их стронцием. В них наблюдается некоторое отклонение описанной выше зависимости отношения Sr/Ba от увлажненности климата территорий. В верхних слоях почвы (р. 270, см. табл. 32) отмечается повышение отношения Sr/Ba до 0,4-0,5, а вниз по профилю - снижение до 0,2. Вероятно, это связано с поступлением на север Западной Сибири со стороны Северной Атлантики и Северного Ледовитого океана воздушных масс, обогащенных Sr и другими талассофильными элементами. Повышение отношения Sr/Ba в почвах Пурской низменности можно объяснить и участием в формировании их вещественного состава осадочных отложений морского генезиса. Об этом говорит отношение B/Ga в горизонтах В и ВС, близкое 7.
