Зональные особенности гумусообразования в подзолистых почвах Кольского полуострова

Почти повсеместно на Кольском полуострове в качестве почвообразующих пород распространены моренные отложения, которые, как было показано выше, характеризуются более или менее однородным механическим и химическим составом. Следовательно, различия в составе и свойствах почв, в том числе и в содержании, и в составе органического вещества, которые могут быть обнаружены при сопоставлении почв разных природных зон в пределах Коль-

Рис. 15. Состав органического вещества (углерод фракций, % от общего углерода) почв тундры (1), лесотундры (2), лесной зоны (3), Хибинских гор (4).

ского полуострова, обусловлены не характером материнских пород, а биоклиматическими факторами. Несколько иное наблюдается лишь в горных условиях, где почвообразующими породами служат продукты выветривания коренных пород и на процессы накопления гумуса может влиять состав пород.

Рассмотрим особенности накопления и группового состава гумуса в разных горизонтах почв в зависимости от зональных факторов. Состав гумуса определяется соотношением отдельных групп гумусовых веществ: гуминовых и фульвокислот, нерастворимого остатка.

В разных генетических горизонтах содержание этих групп гумуса неодинаково (рис.

Наиболее значительные различия в составе гумуса почв разных природных зон обнаруживаются в иллювиальном горизонте. Более или менее близки лишь ареалы, характеризующие лесотундровые и лесные почвы. В тундровых и горных почвах состав гумуса в иллювиальных горизонтах весьма специфичен. В тундровых почвах гумус в этих горизонтах отличается столь же высоким содержанием растворимых групп (гуминовых и фульвокислот), как и в почвах лесотундры и лесной зоны, но среди них больший удельный вес принадлежит гуминовым кислотам.

Графическое изображение соотношения отдельных составных частей гумусовых веществ наглядно характеризует качественные различия состава гумуса разных почв. Степень достоверности этих различий возможно установить лишь на основе статистического анализа результатов изучения органического вещества почв. Трудоемкость анализа группового состава гумуса затрудняет получение большого количества данных. Тем не менее полученные нами материалы позволяют выявить достаточно отчетливые и статистически достоверные зональные различия в составе органического вещества по отдельным показателям. Статистической обработке подвергались следующие характеристики: общее содержание углерода (С0бщ) и азо- та ( Н05щ), их соотношение (С: N1), содепжание углерода гуминовых (Сгк) и фульвокислот (Сфк) в % к почве и от общего содержания углерода и их соотношение (Сгк:Сфк), содержание углерода остатка (сост) и спирто-бензольной фракции (Сбит), а также содержание углерода органического вещества, растворимого в холодной (в % от массы почвы) и в горячей (в % от общего содержания углерода) водных вытяжках (Сводн). Кроме того, обрабатывались некоторые показатели, характеризующие физико-химические свойства почв (pH в водной и солевой суспензиях, сумма обменных оснований, гидролитическая кислотность и насыщенность). Вычисляли следующие статистические параметры: rt - число наблюдений, V - коэф- фициент вариации, х - средняя арифметическая, ?55 - ошибка средней арифметической, - критерий Стьюдента. Различия считали достоверными, если фактические значения критерия Стьюдента превышали табличное значение на 5%-ном уровне значимости, В приложениях 18—20, где приведены статистические характеристики показателей состава органического вещества и физико-химических свойств почв разных природных зон, величины t^, характеризующие достоверные различия признаков, отмечены звездочкой.

Рассмотрим полученные материалы отдельно по генетическим горизонтам.

Органогенные горизонты. Содержание углерода в составе органического вещества, слагающего эти горизонты, в почвах всех зон

примерно одинаково и составляет 37-3 8%. Можно лишь отметить несколько меньшее его количество в органогенных горизонтах тундровых почв (33%), но эта разница статистически недостоверна, поскольку величины содержания углерода отличаются значительной вариабельностью, особенно в тундровых почвах (V=38%). Высокое содержание азота характерно для горных почв Хибин, а в почвах лесной зоны органогенный горизонт наименее богат азотом. Все эти различия статистически достоверны.

Наиболее отчетливо различаются органогенные горизонты разных почв по такому важному показателю, как отношение углерода к азоту, которое отражает степень обогащенности органического вещества азотом. Только почвы тундры и лесотундры не различаются по этому признаку. Наиболее узкое отношение С - К в почвах Хибинских гор, где оно в среднем составляет 26, далее следуют почвы тундры и лесотундры (соответственно 34 и 33), а самое широкое отношение углерода к азоту обнаружено в почвах лесной зоны. Следовательно, в почвах, сформировавшихся в более суровых условиях, органическоё вещество торфянистых горизонтов и лесных подстилок более богато азотом, чем в почвах северотаежной зоны. Как было показано при обсуждении состава гумуса почв Хибинского горного массива, такая же закономерность наблюдается и по горному профилю: с возрастанием высоты местности соотношение углерода и азота становится более узким.

Групповой состав органического вещества (содержание гумино- вых и фульвокислот и негидролизуемого остатка) в органогенных горизонтах почв всех зон одинаков. Незначительные различия в абсолютном содержании отдельных групп гумуса и в их соотношении статистически недостоверны. Следовательно, формирование органического вещества в торфянистых горизонтах и в лесных подстилках в почвах различных зон происходит однотипно.

Водорастворимое органическое вещество составляет небольшую часть почвенного гумуса, но его значение очень велико, поскольку с ним связана интенсивность биологических процессов в почве.

По этому признаку равнинные почвы заметно различаются. Так, высоким абсолютным содержанием водорастворимого органического вещества отличаются органогенные горизонты почв лесной зоны.

В почвах лесотундры и особенно тундры количество его заметно снижается. Относительное содержание органических веществ, переходящих в водную вытяжку при нагревании, мало различается в разных почвах. Можно лишь отметить достоверное уменьшение этого показателя в почвах лесотундры по сравнению с почвами других зон.

Таким образом, наиболее существенные различия в составе органического вещества органогенных горизонтов разных природных зон касаются в основном степени обогащенности его азотом и содержания в нем спирто-бензольной и водорастворимой фракций. По соотношению основных групп органического вещества (гуминовых и фульвокислот) подстилки и торфянистые горизонты разных почв близки.

Физико-химические свойства органогенных горизонтов зависят от состава гумуса, поскольку их коллоидная часть представлена в основном органическими веществами. Величины pH в водной и солевой суспензии, характеризующиеся самым незначительным по сравнению с другими показателями варьиоованием (коэффициент вариации меньше 10%)» несколько увеличиваются от почв тундры к почвам лесной зоны, но только для горных почв получено достоверное уменьшение актуальной и обменной кислотности, а также существенное возрастание насыщенности. В том же направлении, что и кислотность, изменяется и содержание обменных оснований: оно увеличивается от почв тундры к почвам лесной зоны.

Подзолистые горизонты. По содержанию общего углерода почвы подразделяются на две группы: с высоким содержанием гумуса в подзолистом горизонте (почвы Хибин и тундровой зоны) и с низким его содержанием (почвы лесотундровой и лесной зон). Различия по этому показателю между почвами разных групп статистически достоверны, а внутри групп - недостоверны. Необходимо отметить, что содержание гумуса в подзолистых горизонтах отличается большой пространственной изменчивостью - коэффициенты вариации достигают больших величин, особенно для почв тундровой и лесной зон. В тундровых почвах это связано с присутствием в подзолистых горизонтах большого количества грубого гумуса, трудно идентифицируемого при отборе корешков. В лесных почвах большая вариабельность содержания гумуса в подзолистом горизонте связана с влиянием на этот показатель гидрологических условий формирования почв. При такой большой изменчивости показателей гумусиро- ванности подзолистых горизонтов почв разных зон достоверными могут быть только значительные различия. Это и наблюдается при сравнении почв тундры и Хибин, с одной стороны, и почв лесной и лесотундровой зон - с другой.

Те же закономерности можно отметить и в отношении общего азота, но они выражены менее отчетливо. Высоким содержанием азота в подзолистых горизонтах отличаются почвы Хибинских гор (в среднем 0.14%). В соответствии с изменением количества гумуса и азота в зональном аспекте изменяется и соотношение углерода и азота. Наиболее широкое оно, как и в органогенном горизонте, в почвах лесной зоны, а самое узкое - в почвах Хибин.

Абсолютное содержание гумусовых веществ (в % от почвы) в разных почвах неодинаково и соответствует общему количеству гумуса. Среди других почв более высоким содержанием как гуминовых, так и фульвокислот в подзолистом горизонте отличаются почвы тундры и Хибин. Эти различия статистически достоверны, даже несмотря на значительное варьирование этих признаков. Соотношение же разных групп органического вещества (в % от общего содержания углерода) во всех почвах примерно одинаково. Можно лишь отметить тенденцию к уменьшению доли спирто-бензольной фракции в следующем ряду: почвы тундры - почвы лесотундры - горные почвы. По относительному содержанию в составе гумуса гумино- вых кислот несколько выделяются почвы лесной зоны (28% от общего содержания углерода). Доля негидролизуемого остатка уменьшается от почв тундры к лесным. Однако все отмеченные различия статистически недостоверны. Это связано со значительной прост*, ранственной вариабельностью этих признаков, свойственной подзолистым горизонтам почв всех природных зон. Коэффициенты вариации в большинстве случаев составляют 30% и более.

Физико-химические свойства подзолистых горизонтов также мало различаются в разных почвах. Заметное увеличение содержания обменных оснований в почвах лесной зоны и Хибинских гор статистически недостоверно вследствие чрезвычайно высокой вариабельности этого показателя. Более определенные различия получены в отношении насыщенности, величина которой возрастает в том же направлении, причем различия в большинстве случаев достоверны.

Все эти различия в физико-химических свойствах разных почв, особенно содержание в них обменных оснований и степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса, обусловлены характером гумусонакопления в подзолистых горизонтах. Увеличение содержания гумуса ведет к возрастанию количества оснований и их доли в составе поглощенных катионов. Только в тундровых почвах равнинных пространств такая закономерность не выдерживается, по- сколько в суровых биоклиматических условиях тундры степень вы- ветрелости минералов, слагающих подзолистый горизонт, сравнительно невелика, поэтому количество мобилизованных оснований здесь меньшее, чем в почвах лесной зоны.

Иллювиальные горизонты. Наиболее существенные различия между почвами разных природных зон отмечаются в составе органического вещества иллювиально-гумусовых горизонтов, в то время как общее содержание гумуса здесь мало изменяется в зональном аспекте. Исключение составляют горные почвы, которые характеризуются чрезвычайно интенсивным накоплением вмытого гумуса в верхней части иллювиального горизонта. Если в равнинных почвах содержание органического вещества в этих горизонтах в среднем составляет 2.1-2.3% (в. пересчете на углерод), то для горных почв этот показатель возрастает почти до 10%. Общее содержание азота, всегда связанное тесной коррелятивной зависимостью с содержанием гумуса, подчиняется такой же закономерности. Отношение С : Ы достаточно отчетливо изменяется в зональном разрезе; обогащен- ность органического вещества азотом возрастает в следующем порядке: почЬы лесной зоны - почвы лесотундры - почвы тундры - почвы Хибинских гор. Статистически достоверные различия наблюдаются не только между крайними членами этого ряда (лесные почвы - горные почвы), но и в отдельных его звеньях, в частности между почвами лесной зоны и лесотундры. />Для иллювиальных горизонтов характерны значительные различия в содержании отдельных групп органического вещества, обусловленные зональными факторами. Абсолютное содержание гумино- вых кислот в этих горизонтах возрастает с юга на север, наибольшее их количество содержится в почвах Хибин. В этих же почвах отмечается максимум накопления фульвокислот, в то время как в равнинных почвах их количество примерно одинаковое. В целом изменение содержания гуминовых и фульвокислот в иллювиальном горизонте имеет те же зависимости, что и содержание общего угле** рода. Соотношение отдельных групп гумуса (в % от общего содержания углерода) также достаточно отчетливо зависит от зональных особенностей формирования почв. Доля гуминовых кислот закономерно и статистически достоверно возрастает от почв лесной зоны к почвам тундры и Хибинских гор, а относительное содержание фульвокислот в этом же направлении снижается, причем если в равнинных почвах оно различается несущественно, то в горных почвах количество фульвокислот (в процентах от общего содержания углерода) достоверно более низкое, чем в почвах других зон. Следовательно, накопление гумуса в иллювиальных горизонтах в разных условиях происходит неодинаково. В тундровых почвах, и особенно в почвах Хибин, в составе гумуса в этом горизонте преобладание фульвокислот над гуминовыми кислотами проявляется не столь резко, как в почвах лесотундры и лесной зоны. Это находит отражение и в величинах отношения С^С^: в тундровых и горных почвах оно равно 0.3-0.4, а в лесных и лесотундровых - 0.2.

Физико-химические свойства иллювиальных горизонтов разных почв несколько различаются. С севера на юг в этих горизонтах снижается кислотность и возрастает насыщенность поглощающего комплекса основаниями, хотя абсолютное содержание кальция и магния при этом уменьшается, гидролитическая кислотность увеличивается параллельно увеличению гумусированноети иллювиального горизонта. Наиболее высокой гидролитической кислотностью отличаются почвы Хибин.

Таким образом, сопоставление состава органического вещества почв разных природных зон в пределах Кольского полуострова свидетельствует о существенных различиях, обусловленных влиянием гидротермических условий и растительности. Прежде всего это относится к гумусированности минеральных горизонтов, обогащенно- сти органического вещества азотом, а также к соотношению отдельных групп гумуса. Наиболее показательным в этом отношении является состав гумуса в иллювиальных горизонтах, который существенно и по многим показателям статистически достоверно различается в почвах разных зон. Эти различия носят диагностический характер, что позволяет рассматривать почвы тундровой зоны Кольского полуострова как обособленный род тундровых подзолистых иллювиально-высокогумусовых почв на грубозернистых песчаных породах.