Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Костенков Н.М. 1 Пуртова Л.Н. 1 Комачкова И.В. 1 Дербенцева А.М. 2 Пешеходько В.М. 2 Дудкин Р.В. 2, 3

---

1 Биолого-почвенный институт ДВО РАН

2 Дальневосточный федеральный университет

3 Ботанический сад-институт ДВО РАН

Охарактеризовано экологическое состояние компонентов репрезентативной природной почвенной катены Япономорского побережья. Исследованы морфологические, физико-механические, химические свойства и противоэрозионная устойчивость почв морских побережий, которые отличаются от зональных и гидроморфных внутриконтинентальных аналогов. Установлено, что текстурно-метаморфические осветлённые почвы по физическим свойствам относятся к суглинкам тяжелым, переходящим в нижней части профиля к глинам легким и средним, и обладают достаточно хорошими противоэрозионными свойствами. Маритимные луговые глеевые мощные многочленные почвы в верхнем слое представлены суглинком тяжелым с постепенным облегчением вниз по профилю: от суглинка легкого крупнопылеватого до супеси. Аллювиально-маршевые перегнойно-оторфованные почвы имеют однозначный по гранулометрическому составу почвенный профиль – песок связный. Установлено превышение содержания норм ПДК валовых форм тяжелых металлов по Мn, Zn, Cr.

Статья в формате PDF

334 KB

почвенная катена

морфологический профиль

почвы морских побережий

химические элементы-загрязнители

эрозионная устойчивость

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: Изд-во МГУ, 1961. – 491 с.

2. Вадюнина, А.Ф., Корчагина, З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов: учебное пособие для студентов вузов. – 2-е. изд. – М.: Высшая школа, 1973. – 400 с.

3. Воробьев Д.П. Определитель сосудистых растений окрестностей Владивостока. – Л.: Наука, 1982. – 254 с.

4. Воробьев Д.П., Ворошилов В.Н., Горовой П.Г., Шретер А.И. Определитель растений Приморья и Приамурья. – М.-Л.: Наука, 1966. – 490 с.

5. Воронин А.Д., Кузнецов М.С. Опыт оценки противоэрозионной стойкости почв // Эрозия почв русловые процессы. – Вып. 1. – М., 1970. – С. 99–115.

6. ГН 2.1.7.2041-06. Гигиенические нормативы «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве», утвержденные Главным государственным врачом Российской Федерации 19 января 2006 г.

7. Катанская В.М. Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР. Методы изучения. – Л.: Наука, 1981. – 187 с.

8. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. – М.: Академии наук СССР, 1958. – 192 с.

9. Классификация и диагностика почв России / авторы и составители: Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. – Смоленск: Ойкумена, 2004. – 342 с.

10. Короткий А.М. Корреляция современного рельефа и осадков для целей палеогеографии (на примере горных стран юга Дальнего Востока). – Владивосток, 1970. – 67 с.

11. Костенкова А.Ф. Маршевые почвы притихоокеанского побережья, их солевой состав и электропроводность // Почвенный покров ДВ, проблемы его эффективного использования, мелиорации и охраны. – Владивосток, 1987. – С. 76–73.

12. Костенкова А.Ф. Маршевые почвы юга Приморья и особенности их солевого состава // Почвоведение. – 1979. – № 2. – С. 22–29.

13. ПНДФ 16.3.24-2000. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовых долей металлов (железо, кадмий, алюминий, магний, марганец, медь, никель, кальций, хром, цинк) в пробах промышленных отходов (шлаков, шламов металлургического производства) атомно-абсорбционным методом. – М., 2000. – 20 с.

14. Теории и методы физики почв * под ред. Е.В. Шеина и Л.О. Карпачевского. – М.: Изд-во Гриф и К, 2007. – 616 с.

15. Цытович Н.А. Механика грунтов. – 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1973. – С. 280.

16. Шляхов С.А. Классификация почв морских побережий. – Владивосток: Изд-во Дали, 1996. – 35 с.

17. Шляхов С.А. Почвы равнинных морских побережий (обзор литературы). – Владивосток, 1997. – 55 с.

18. Шляхов С.А., Костенков Н.М. Талассосоли побережья залива Петра Великого. – Владивосток, 2000. – 83 с.

Своеобразие Дальнего Востока заключается в особенностях муссонного климата, горно-долинного рельефа в сочетании с тектоническими впадинами и многообразии ландшафтов. Так, абразионно-аккумулятивный рельеф охватывает морскую береговую линию Приморья и представлен участками преимущественно аккумулятивно-выровненных, риасовых, абразионно-бухтовых и абразионно-выровненных берегов [10]. На участках развития берегов риасового типа (от бух. Сивучья до м. Оларовского) береговая черта осложнена многочисленными бухтами и заливами, происхождение которых тесно связано с плановым расположением геологических структур. От м. Оларовского до бух. Евстария развит абразионно-бухтовый тип берега. Формирование пляжей и аккумулятивных террас в вершинах бухт происходит во многих случаях преимущественно за счёт продуктов абразии коренных пород у входов мысов. Составной частью рельефа является также и морская современная терраса, распространенная фрагментами в виде прерывистой полосы на аккумулятивных берегах, подверженных интенсивному волновому воздействию. Ширина террасы редко превышает 20 м, высота уступа над пляжем 0,5–1,0 м. На этой территории широко распространены своеобразные ландшафты, как морские побережья, в сравнительно узких полосах, которых формируется целый комплекс почв, не сводимых с континентальным аналогом [11, 12]. Их уникальность обусловлена мощным геохимическим влиянием моря, которое трансформирует все факторы педогенеза в непосредственно прилегающей к нему зоне суши. Условия педогенеза на разных береговых участках заливов неодинаковы из-за неоднородности самих побережий. Различают четыре эколого-ландшафтных типа морских побережий: открытые морские берега; берега сравнительно замкнутых мелких заливов и бухт; побережья лагун; побережья устьевых участков рек (дельт и эстуариев) [16–18]. В их пределах формируются маршевые почвы, несравнимые с континентальными аналогами.

Цель работы – оценка физико-механических свойств, противоэрозионной устойчивости почв и экологического состояния компонентов репрезентативной природной почвенной катены Япономорского побережья Дальнего Востока России.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены по элементам природной почвенной катены «Тихая Лагуна», заложенной в окрестности пос. Тавричанка, на северном побережье лагуны Тихая Тавричанского лимана, входящего в Амурский залив Японского моря.

Первый элемент катены занимает верхнюю часть пологого склона высокой надпойменной террасы р. Раздольная с развитыми на ней почвами: текстурно-метаморфическими глееватыми мелкими неглубокоосветленными на делювиальных отложениях под пологом разнотравья из полыни японской (Artemisia japonica), полыни маньчжурской (Artemisia manshurica), пырея ползучего (Elytrigia repens), пырейника высокого (Elymus excelsus), мятлика однолетнего (Poa annua), молочая Комарова (Euphorbia komaroviana) и др.; по всей площади отдельными куртинами древесно-кустарниковая растительность с представителями деревьев и кустарников из ивы Гультена (Salix hultenii), ивы Бебба (Salix bebbiana), березы маньчжурской (Betula mandshurica), лещины маньчжурской (Corylus mandshurica) .

Профиль почв имеет следующее строение:

AY (0–17 см) – серогумусовый, сухой, мелкий, уплотнен, среднесуглинистый, мелкокомковато-рассыпчатый, много корневых волосков и мелких корней диаметром от 0,1 до 2 мм во всей толще горизонта; переход в нижележащий горизонт четкий.

Elm (17–21 см) – элювиально-метаморфический горизонт, сухой, желтовато-белёсый, тонко слоистый, мелкопористый, среднесуглинистый, уплотнен, встречаются корневые волоски и корни, присутствуют железистые конкреции и кремнезёмистая присыпка, переход постепенный.

ВТ (21–94 см) – текстурный горизонт, свежий, бурый, плотный, глыбистый, с глянцевым блеском, глинистый, переход постепенный.

С (94–138 см) – подстилающая порода, свежая, на общем буро-коричневом фоне видны пятна железистых конкреций в виде мазков и мелких окатышей, плотная, глинистая, крупно глыбистая.

Второй элемент катены – выделен широкой полосой, находящейся между подножьем высокой речной террасы и береговым валом. На поверхности видны остатки стеблей выгоревшей растительности, покрытые солевыми выцветами. Повсеместно всходы тростника обыкновенного (Phragmites australis) и вейника узколистного (Calamagrostis angustifolia), под которыми развиты маритимные луговые глеевые мощные почвы. Морфологическое строение почвы следующее:

Ksl (0–0,25 см) – белесая корочка легкорастворимых солей.

АТ (0–7 см) – бурый, сырой, оторфованный, густо переплетен корнями, уплотнен, минеральная масса имеет комковатую структуру; переход ясный.

А1 (7–22 см) – черный с многочисленными россыпями кремнезема, сырой, суглинок с мелким песком, бесструктурный, уплотнен, много мелких и крупных корней, встречаются раковины моллюсков, переход ясный. При разламывании отдельных кусков чувствуется запах сероводорода.

АС (22–44 см) – коричневый с многочисленными россыпями кремнезема, мелкопесчаный с суглинком, сырой, со стенок сочится влага, встречаются мелкие корни, переход заметный.

С1g (44–75 см) – буровато-коричневый песок, мокрый, уплотнен, встречаются раковины моллюсков и мелкий галечник; в нижней части горизонта сочится вода, переход заметный.

С2g (75–81 см) – желтовато-коричневый песок с черными отдельностями органического происхождения, мокрый, очень плотный – признаки цементации с мелким галечником и ракушей, снизу интенсивно поступает вода и заполняет выработку.

Третий элемент катены – расположен на первом от уреза воды береговом валу, распространяющемся на пойменную речную террасу, поросшем представителями вейниковой ассоциации: вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii), вейник узколистный (Calamagrostis angustifolia) с разнотравьем из торичника морского (Spergularia marina), донтостемона зубчатого (Dontostemon dentatus), арундинеллы жестковолосистой (Arundinella hirta), горца тончайшего (Polygonum tenuissimum), лапчатки китайской (Potentilla chinensis) и др. На поверхности выброшенные волнами на берег зостера (Zostera marina) ракушечник и раковины моллюсков Batillaria cumungii, Crassostrea gigas, Anadora broughtonii, Littorina sp.

Почвы: аллювиально-маршевые перегнойно-оторфованные.

Профиль этих почв имеет следующее строение:

TG (0–28 см) – бурый среднеразложившийся сырой задернованный торф, перемешан с илом угольно-черного цвета; переход постепенный.

I (28–36 см) – бурый заиленный суглинок с примесью мелкого песка, сырой, много живых корней, слабо оструктурен, липкий, переход постепенный.

II (36–48 см) – заиленный мелкий песок неоднородной окраски с преобладанием темно-коричнево-бурого цвета с охристыми линзами, переход ясный.

III (48–70 см) – угольно-черный ил с примесью мелкого песка, встречаются обособленные участки серой минерально-органической массы, охристые прослойки по ходам травянистых растений, сырой, со дна поступает вода; переход резкий.

IV (70–84 см) – серовато-черный мокрый слой мелкого песка с окатанной галькой, снизу интенсивно поступает вода.

При изучении физико-химических свойств почв использованы следующие методы исследований: гигроскопическая влажность, гранулометрический и микроагрегатный состав, а также оценка качества структуры почвы, микроагрегатной устойчивости и их противоэрозионных свойств определены по [8, 14]; плотность твердой фазы почв – по [2]. Фактор дисперсности, противоэрозионная стойкость определена по [5, 15] с использованием коэффициента дисперсности [8] и гранулометрического показателя структурности [2]. Подготовка образцов проведена с применением 4 %-го раствора пирофосфата натрия. Оценку предельно допустимых концентраций химических веществ в почве вели по нормативам [6].

Содержание углерода определено по методу Тюрина [1], содержание подвижных форм тяжелых металлов (в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН 4,8) и валовых форм устанавливались методом атомно-абсорбционного анализа на спектрометре AA-6800 фирмы Shimadzu в пламени ацетилен – воздух [13].

Названия почв даны по Классификации почв 2004 г. [9]. Определение растений проводили по определителю сосудистых растений [4, 7].

Результаты исследования и их обсуждение

Исследованиями физико-механических свойств почв, проведенными по элементам катены, установлено, что текстурно-метаморфические глееватые мелкие неглубоко осветлённые почвы по физическим свойствам относятся к суглинкам тяжелым мелкопылевато-мелкопесчаным, переходящим в нижней части профиля к глинам легким и средним, в результате увеличения илистой фракции с 10–19 до 38–39 % (табл. 1) Содержание физической глины возрастает от серогумусового горизонта (AY) к текстурному (ВТ). Уменьшение вниз по профилю физического песка с 53 до 26 % связано с утяжелением гранулометрического состава. Результаты микроагрегатного анализа показали, что по всему профилю преобладает фракция размером 0,25–0,05 мм, а минимум приходится в целом на илистую фракцию. Эти почвы обладают незначительной способностью к оструктуриванию при достаточно водопрочной структуре.

С гранулометрическим составом связаны пластические свойства почвенного материала. Так, для серогумусового горизонта среднее значение влажности, при котором частицы начинают двигаться, составляет 57 %. При дальнейшем увлажнении (до 60 %) масса растекается. Нижняя граница пластичности почв в верхнем 17-сантиметровом слое составляет 57 %, уменьшаясь с глубиной до 45 %. Верхняя граница текучести также уменьшается с глубиной от 60 до 51 %. Такие показатели обусловлены незначительным изменением гранулометрического состава по профилю.

Таблица 1

Гранулометрический состав почв катены

Маритимные луговые глеевые мощные многочленные почвы в слое 0–7 см представлены суглинком тяжелым крупнопылеватым. Постепенно вглубь гранулометрический состав становится легче: от суглинка легкого крупнопылеватого в горизонте А1 до супеси, начиная с 22 см (в горизонтах АС, С1g, С2g). Преобладающими фракциями являются крупная пыль и мелкий песок. Свойства фракций микроагрегатного состава, обусловленного соотношением в них агрегированной и неагрегированной частей, показывают, что в профиле данных почв больше всего мелкого песка (фракция размером 0,25–0,05 мм достигает 79 %). Минимум приходится на частицы размером менее 0,001 мм, процент которых не превышает 12 % в верхнем горизонте, а затем, ниже глубины 7 см, илистая фракция составляет 6–9 %. Почвы обладают незначительной способностью к оструктуриванию. Полученные реологические константы указывают на то, что эти почвы не пластичны и относятся к супесям.

Аллювиально-маршевые перегнойно-оторфованные почвы имеют однородный по гранулометрическому составу почвенный профиль – песок связный, за исключением горизонта I (слой 23–36 см), который представлен суглинком средним крупнопылеватым. Преобладающей фракцией до глубины 36 см является крупная пыль, ниже – мелкий песок. При этом фракция ила стабильна по всей толще разреза и находится в пределах 4–7 %. Результатами микроагрегатного анализа установлено, что в этих почвах преобладает сумма фракций крупной пыли (29–53 %) и мелкого песка (74–86 %). Содержание илистой фракции по слоям находится в пределах от 0 до 1 %. Следует отметить, что способность к оструктуриванию этих почв незначительная.

Исследованиями противоэрозионной устойчивости почв установлено: для текстурно-метаморфических глееватых мелких неглубокоосветленных почв характерны эрозионные константы, показывающие допустимую неразмывающую скорость водного потока, равную 0,255–0,279 м/с при силе сцепления почвенных частиц 0,12–0,19 кг/см2. В связи с этим почвы обладают достаточно хорошими противоэрозионными свойствами.

Маритимные луговые глеевые многочленные почвы имеют довольно высокие величины допустимой неразмывающей скорости потока (0,269–0,363 м/с), необходимые для начала эрозионного процесса на поверхности почвы при сцеплении частиц, находящемся в диапазоне 0,19–0,42 кг/см2, и нормативной усталостной прочностью на разрыв от 0,0072 до 0,0149 кг/см2 (табл. 2). Следовательно, данные типы почв обладают высокой эрозионной устойчивостью и представляют своеобразную буферную зону, сдерживающую агрессивное воздействие моря.

Таблица 2

Противоэрозионные свойства почв катены

Морфологический профиль аллювиально-маршевых перегнойно-оторфованных почв очень своеобразен, можно сказать, уникален. Горизонт Тg до глубины 23 см представляет собой смесь перегноя с песком и илом. Ниже по геоморфологическому профилю расположен слой I (23–36 см) среднесуглинистого гранулометрического состава, в котором эрозионные параметры: сцепление частиц составляет 0,021 кг/см2, допустимая неразмывающая скорость составляет 0,219 м/с. Глубже 36 см находится песок связный, который свободно пропускает через себя влагу, в том числе в виде осадков.

Физико-химическая характеристика почв изученной катены следующие: текстурно-метаморфические глееватые мелкие неглубокоосветленные почвы имеют сильнокислую реакцию среды по всему профилю. Степень гумусированности средняя в серогумусовом горизонте (4,6 %) вниз по профилю снижается до очень слабой (0,4 %).

Маритимным луговым глеевым мощным многочленным почвам свойственна сильнокислая реакция среды с диапазоном рНсол от 4,1 до 3,7. Высокая степень гумусированности до глубины 22 см, вниз по профилю 14,2 до 0,6 %.

Аллювиально-маршевые перегнойно-оторфованные почвы в основном среднекислые (рНсол 5,2) до глубины 48 см (с сильнокислой прослойкой – рНс 4,9), находящейся в диапазоне 23–36 см. Нижние слои, от 48 см, имеют очень сильнокислую реакцию среды. Степень гумусированности средняя в слое Tg. Высокое содержание органического вещества (35,8 %) свойственно для горизонта I (23–36 см), вниз по профилю содержание гумуса резко падает до 0,9 %.

Как показали результаты исследований по определению подвижных форм тяжелых металлов, повышенные дозы марганца (76 мг/кг) имеют маритимные луговые глеевые почвы (табл. 3). Очень высокое содержание трехвалентного железа свойственно для маритимных луговых глеевых почв (до 1659 мг/кг) и аллювиально-маршевых перегнойно-оторфованных почв (до 424 мг/кг).

Таблица 3

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в элементах почвенной катены, мг/кг почвы

Согласно полученным данным по содержанию валовых форм тяжелых металлов по профилю, почвы содержат ряд химических элементов-загрязнителей в количествах, превышающих ПДК. В первом элементе катены – текстурно-метаморфических глееватых почвах содержание марганца составляет 3,5–4,0 ПДК. Кобальт превысил ПДК в 1,5 раза в почвообразующей породе. Высокое количество трёхвалентного железа (17768–24577 мг/кг) свидетельствует об ожелезнении всего профиля почв.

Во втором элементе катены – маритимных луговых глеевых мощных многочленных почвах повышено в два раза, по сравнению с ПДК, – содержание цинка в слое (7–22 см) и очень высокое содержание железа (8231–16758 мг/кг).

В третьем элементе катены – аллювиально-маршевых перегнойно-оторфованных почвах также зафиксировано очень высокое содержание железа (до 11117 мг/кг).

Высокое содержание железа в почвах катены обусловлено большим количеством трехвалентного железа, присутствующего в составе кристаллической решетки минеральной части почв. Наличие в почвах валовых форм хрома, составляющих 220–620 ПДК во всех почвах исследуемой катены, связано с влиянием геохимического стока с вышележащего техногенно-промышленного террикона пустой горной породы. Хром в почве разновалентен и имеет слабую растворимость в кислой среде (каковыми являются данные почвы).

Выводы

1. Первый элемент катены – текстурно-метаморфические глееватые мелкие неглубокоосветлённые почвы по физическим свойствам относятся к суглинкам тяжелым мелкопылевато-мелкопесчаным, переходящим в нижней части профиля к глинам легким и средним, и обладают достаточно хорошими противоэрозионными свойствами.

2. Второй элемент катены – маритимные луговые глеевые мощные многочленные почвы в верхнем слое представлены суглинком тяжелым крупнопылеватым с постепенным облегчением вниз по профилю: от суглинка легкого крупнопылеватого до супеси. При этом для них характерны высокие величины допустимой неразмывающей скорости водного потока, необходимые для начала эрозионного процесса на поверхности почвы.

3. Третий элемент катены – аллювиально-маршевые перегнойно-оторфованные почвы имеют однозначный по гранулометрическому составу почвенный профиль – песок связный, за исключением верхнего горизонта, который представлен суглинком средним крупнопылеватым. Константы противоэрозионной устойчивости установить не удалось.

4. Изучение валовых форм тяжелых металлов в текстурно-метаморфических глееватых почвах свидетельствовало о превышении содержания марганца в 3,5–4,0 ПДК, кобальта в 1,5 раза. В маритимных луговых глеевых мощных почвах содержание цинка в слое (7–22 см) повышено в два раза, по сравнению с ПДК, что объясняется геохимическим стоком микроэлементов. Высокое содержание железа во всех почвах катены связано с большим количеством трехвалентного железа, входящего в состав кристаллической решетки минеральной части почв.

Рецензенты:

Голов В.И., д.б.н., главный научный сотрудник сектора биогеохимии, ФГБУН «Биолого-почвенный институт» ДВО РАН, г. Владивосток;

Бровко П.Ф., д.г.н., профессор кафедры географии и устойчивого развития геосистем, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 23.10.2014.

Библиографическая ссылка