Состав и свойства аллювиальных почв средних рек северного Зауралья

На правах рукописи

БУКИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОСТАВ И СВОЙСТВА АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВ СРЕДНИХ РЕК СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ

Специальность 03.02.13 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Тюмень – 2012

Работа выполнена в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, с. н. с.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, в. н. с. Института

экологии растений и животных УрО РАН

кандидат биологических наук, доцент

Тюменского государственного нефтегазового

университета

Ведущая организация: Институт агроэкологии – филиал Челябинской

государственной агроинженерной академии

Защита состоится 29 марта 2012 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 при ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия» , тел./

E-mail: [e-mail]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан 28 февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат с.-х. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Почвы пойменных ландшафтов являются неотъемлемым компонентом очень сложных и продуктивных экосистем. Сложность процесса почвообразования, его высокий динамизм, специфика водного питания, существенное влияние интразональных факторов (аллювиальных и поемных процессов) являются основными причинами слабой изученности пойменных экосистем с почвенно-агрохимических позиций. Это проявляется в недостаточности материалов по режиму биологических, химических и физико-химических процессов в пойменных почвах, в малом количестве данных по их гумусному состоянию, содержанию и распределению макро - и микроэлементов. Поэтому слабо разработаны экологически обоснованные пути рационального использования и охраны аллювиальных почв. Действие антропогенного (в первую очередь сельскохозяйственного) фактора на них неуклонно усиливается в связи с тем, что данные почвы составляют основу лучших природных кормовых угодий и являются очагами интенсивного кормопроизводства и овощеводства.

В Тюменской области пойменные почвы занимают площадь более 1 млн. га. Площадь сельскохозяйственных земель на пойменных почвах составляет 463 тыс. га или 8,8% от общей площади сельскохозяйственных угодий (Каретин, 1990).

Недостаточная изученность пойменных почв Северного Зауралья обусловила необходимость проведения наших исследований.

Цель исследований. Изучение состава и свойств аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья.

Задачи исследований:

1.  Дать морфологическую характеристику основных типов аллювиальных почв;

2.  Изучить гранулометрический состав и химические свойства аллювиальных почв;

3.  Определить содержание и распределение микроэлементов в аллювиальных почвах.

Научная новизна. Впервые выявлены зональные особенности морфологического строения, гранулометрического состава и пространственной вариабельности его различных фракций в пойменных почвах средних рек Северного Зауралья. Установлено содержание гумуса, величины обменной и гидролитической кислотности, емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями, содержание валовых и подвижных форм питательных веществ в основных типах пойменных почв. Впервые изучено содержание, особенности внутрипрофильного и пространственного распределения микроэлементов в аллювиальных почвах и выявлены определяющие их факторы (содержание гумуса, карбонатов, гранулометрический состав, величина емкости поглощения, рНkcl).

Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты позволяют разработать экологически безопасные технологии рационального использования и охраны пойменных почв в интенсивном лугопастбищном хозяйстве и освоении под пашню, при усилении гидромелиоративного и агрохимического воздействия.

Материалы исследований используются в учебном процессе в Тюменской ГСХА при чтении лекций по дисциплине «Сельскохозяйственная экология».

Защищаемые положения:

- в поймах средних рек Северного Зауралья состав и свойства выявленных типов аллювиальных почв (дерновые, луговые и лугово-болотные) имеют зональные особенности;

- содержание и особенности распределения микроэлементов в аллювиальных почвах определяются их гранулометрическим составом и химическими свойствами.

Апробация работы. Результаты исследований представлены и обсуждены на заседаниях кафедры; на региональной конференций молодых ученых «Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу Сибири и Урала» (Тюмень, 2010); на Международной научно-практической конференции, посвященной 420-летию земледелия Зауралья «Перспективы инновационного развития АПК» (Тюмень, 2010); на Международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе одна публикация в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 170 страницах. Диссертация содержит 25 таблиц, 16 рисунков и 68 приложений. Список использованных источников состоит из 189 наименований, в том числе 23 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Обзор литературы

В главе обобщены результаты исследований по вопросу влияния зональных и интразональных факторов на формирование аллювиальных почв. Изложены морфологические характеристики, гранулометрический состав и химические свойства основных типов аллювиальных почв. Описано содержание, пространственное и профильное распределение микроэлементов в аллювиальных почвах.

2 Объекты и методика исследований

Объектами исследований послужили пойменные почвы рек Пышма, Тура и Тобол в лесостепной зоне Северного Зауралья. В основу выбора объектов исследований был положен принцип охвата спектра почв, формирующихся в различных речных ландшафтах. В ходе рекогносцировочного обследования долин рек Пышма, Тура и Тобол выделены участки, на которых были заложены профили с глазомерной привязкой, что позволило убедиться в типичности выделенных элементарных площадок, а также выявить и проследить аналогию процессов почвообразования и почвенного покрова на территориях, не охваченных основными ключевыми профилями.

Пойма р. Пышма имеет ширину около 5 км и представляет широко распространенный в Северном Зауралье тип сегментно-гривистой поймы. Почвы формируются под естественной растительностью. На пойме р. Пышма были заложены 5 почвенных разрезов: по два в прирусловой и в притеррасной частях и один в центральной части поймы.

Пойма р. Тура шириною 3-3,5 км представляет сегментно-ровный тип. Растительный покров на исследуемом участке - разнотравно-злаково-осоковый. На пойме р. Тура заложено два разреза: в прирусловой и в притеррасной частях.

Пойма р. Тобол имеет ширину 11 км. Рельеф поймы волнистый с более или менее высокими гривами и межгривными понижениями. На данной пойме было заложено 4 почвенных разреза: два в прирусловой и по одному в центральной и в притеррасной частях.

Основные методы исследований: полевой и лабораторный. Разрезы закладывались в наиболее типичных местах. Отбор проб почвы проводился в соответствии с ГОСТом 17.4.402-84 с каждого генетического горизонта по всему почвенному профилю массой не менее 0,5 кг. Кроме этого, ежегодно отбирались пробы почв методом «конверта» для определения микроэлементного состава на глубинах 0-10, 10-20 и 20-30 см и в почвообразующей породе на глубине 5 метров.

Химические свойства почв, валовые и подвижные формы питательных веществ изучали по общепринятым методикам. Валовое содержание микроэлементов определяли согласно методике ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02, подвижные формы – в почвенной вытяжке ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН=4,8 на пламенном атомно-абсорбционном спектрометре «ConterAA 300». Гранулометрический состав – на приборе Analisette 22. Исследования включают расчеты коэффициентов техногенной концентрации, химического загрязнения и подвижности микроэлементов.

Статистическая обработка результатов проводилась при помощи программ MS Excel, для графической интерпретации использовались программы MS Paint, ABBYY Fine Reader 8.

3 Зональные особенности гидрологического режима аллювиальных почв

Поймы рек Западной Сибири отличаются сравнитель­ным однообразием, что связано с геологической историей, орографией и литологическим строением территории, почти на всей площади сложенной рыхлыми легкоразмываемыми породами большой мощности. У поверхности залегают четвертичные породы преимущественно ледникового, водно-ледникового и озерно-аллювиального генезиса на севере и озерно-аллювиального, болотного и покровного генезиса на юге. В южной части Западно-Сибирской равнины к поверхности могут близко подходить нео­геновые пески. Такое строение обусловило преобладание в Западной Сибири широко­пойменных рек (Чернов, 2006).

Поймы на реках юга Западной Сибири сегментно-гривистые, но большая мут­ность водных потоков (250-500 г/м3) при сохраняющейся высокой длительности затоп­ления приводит к быстрой нивелировке первичного пойменного рельефа и к выравни­ванию поверхности пойм. Пойменная многорукавность не типична для рек этого ре­гиона. Исключение составляют реки бассейна верхнего Тобола. На поймах рек юга Западной Сибири могут встречаться суффозионные западины. Ру­словые деформации на реках юга Западной Сибири не столь интенсивны, как на севере, что связано с большей долей суглинистых пород в пойменных разрезах, например, р. Тобол и его притоков (Зинченко, 1976).

Реки юга Западной Сибири отличаются типом гидрологического режима, при котором большая часть стока проходит во время весеннего половодья, а в межень сток резко сокращается и многие малые реки вообще пересыхают. Соответственно, в русловом режиме протекающих здесь рек отмечается абсолютное преобладание весенних переформирований как русел в целом, так и форм их донного рельефа. В целом это объясняет не­высокую развитость здесь форм половодного пойменного рельефа и отсутствие пойменной многорукавности (Лезин, 1999).

4 Состав и свойства аллювиальных почв средних рек Северного Зауралья

В поймах исследованных нами были выявлены три основных типа аллювиальных почв: дерновые (слоистые и карбонатные), луговые и лугово-болотные.

Аллювиальные дерновые почвы формируются в прирусловой части поймы в условиях интенсивного аллювиального процесса. В пойме р. Пышма и р. Тобол они обнаруживаются также в притеррасье в связи с нечеткой выраженностью притеррасных понижений. Характерной чертой аллювиальных дерновых почв является чередование слоёв разной окраски, слабо затронутых процессами почвообразования и признаками оглеения в нижней части профиля. Гумусовый профиль морфологически слабо выражен, светло-серой окраски с палевым оттенком, с неясно выраженной плитчатой структурой.

Аллювиальные луговые почвы формируются в центральной пойме при атмосферно-грунтовом водном питании в меженный период. Профили луговых почв имеют достаточно мощные гумусовые горизонты черного или серовато-черного цвета, хорошо оструктурены. Характерными особенностями морфогенетических свойств луговых почв р. Тобол является сильная ожелезненость. Для пойменных почв р. Пышма свойственно оглеение средней и нижней части профиля, наибольшая мощность прогумусированной толщи, ясно выраженной зернисто-комковатой структуры.

Аллювиальные лугово-болотные почвы – это почвы притеррасных понижений. Почвы имеют высокое содержание ила, что отражено в их типовой номенклатуре. Формируются они в условиях устойчиво-избыточного увлажнения и достаточно частого затопления паводковыми водами в заболоченной части пой­мы и на других пониженных элементах рельефа. Лугово-болотным почвам присущи слабо выраженный перегнойно-торфянистый горизонт и значительная оглееность профиля.

Одним из важнейших факторов, определяющих свойства пойменных почв, является их гранулометрический состав. Последний обуславливается в основном характером аллювия.

Гранулометрический состав аллювиальных дерновых почв поймы р. Пышма (рис. 1) имеет чередование фракций мелкого песка (2,1-20,5%) и средней пыли (10,5-30,5%). В луговых почвах центральной части поймы увеличивается содержание фракции ила (23,2-31,6%). Для лугово-болотных почв характерно чередование содержания ила и снижение содержания песка (0,1-10,7%) в нижней части профиля. Во всех типах почв данной поймы содержание крупного и среднего песка незначительно, преобладающей фракцией является пыль (52,9-91,1%) .

Дерновая Луговая Лугово-болотная

Рис. 1 – Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Пышма, %

Аллювиальные почвы поймы р. Тура имеют среднесуглинистый и глинистый гранулометрический состав (рис. 2). В дерновой слоистой почве доля пылеватых фракций изменяется от 31,9 до 52,2%. Песок представлен в основном

Дерновая Лугово-болотная

Рис. 2 – Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Тура, %

средней (3,2-28,9%) и мелкой фракцией (6,0-28,2%).

В пределах всего профиля лугово-болотной почвы преобладает фракция ила (51,4-63,1%). В пылеватой фракции доминирует содержание мелкой и средней пыли. Крупная пыль в пределах профиля изменяется незначительно – от 6,1 до 4,4%.

Почвам поймы р. Тобол присущ гранулометрический состав от среднесуглинистого до глинистого типа. В дерновой почве содержание физической глины уменьшается с 43,5% в верхнем 0-50 см слое до 14,0% на глубине 118-180 см. В структуре почвы от 27,9% до 44,0% занимает мелкий песок (рис. 3).

В составе фракций лугово-болотной почвы около 25% занимает мелкий песок и от 23,6 до 38,0% – ил. Содержание остальных фракций гранулометрического состава имеет практически равное соотношение.

Дерновая Луговая Лугово-болотная

Рис. 3 – Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Тобол, %

Особенностью почв центральной поймы р. Тобол является непостоянство преобладающих фракций в разных частях профиля. Количество физической глины в слое 0-60 см составляет 42,8-49,3%. Преобладающей фракцией до глубины 100 см является мелкий песок.

Содержание гумуса в аллювиальных дерновых почвах варьирует от критического до среднего (0,4-5,2%). Эти почвы имеют слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды (табл. 1). Исключение составляют дерновые карбонатные почвы, имеющие слабощелочную реакцию (рНkcl 8,0-8,4). В связи с неоднородным гранулометрическим составом и различной гумусированностью дерновые почвы имеют широкую вариабельность емкости катионного обмена (13,5-60,0 мг-экв./100 г) (табл. 2). Обеспеченность нитратным азотом аллювиальных дерновых почв классифицируется как очень низкая (0,1-4,2 мг/кг). По содержанию подвижного фосфора почвы варьируют от очень низкого до высокого (0,1-17,7 мг/100); средняя обеспеченность – низкая. Содержание обменного калия очень высокое (13,0-235,0 мг/100 г). Наиболее обеспечены подвижным калием почвы р. Тобол.

Таблица 1 – Химические свойства аллювиальных почв

Объект, часть поймы	Гумус, %	рНkcl	Нг	Sобщ.	ЕКО	Степень насыщенности основаниями, %
мг-экв./100 г почвы
Аллювиальная дерновая
Пышма, притеррасная	0,4-4,0 2,2	6,0-6,2 6,0	1,5-7,5 4,2	34,0-46,0 39,1	35,5-50,8 43,3	84,2-95,7 90,7
Пышма, прирусловая	0,5-4,7 1,8	5,8-6,2 6,0	1,6-7,5 3,7	18,0-48,8 32,7	21,0-56,3 36,4	85,7-94,2 89,9
Пышма, притеррасная	0,6-5,1 2,2	6,0-6,4 6,0	1,5-5,3 3,3	12,0-56,0 35,5	13,5-59,8 38,8	88,7-93,6 91,2
Тура, прирусловая	1,5-5,2 2,1	5,6-6,2 6,0	1,5-6,7 3,1	7,5-29,3 18,9	9,3-32,9 22,0	76,7-93,5 85,5
Тобол, прирусловая	1,3-1,6 1,4	5,0-6,4 5,9	1,5-4,2 2,9	12,0-32,0 21,4	13,5-35,8 24,3	82,3-92,6 87,1
Тобол, притеррасная	1,3-4,0 2,9	7,0-8,4 8,0	0,4-1,2 0,9	37,8-49,8 45,5	38,4-51,0 46,3	97,5-99,1 98,2
Аллювиальная луговая
Пышма, центральная	0,4-5,5 2,3	6,0-6,1 6,0	1,5-3,0 2,3	27,2-53,2 41,6	28,7-56,2 44,0	94,3-95,2 94,7
Тобол, центральная	0,5-3,0 1,6	5,4-8,8 7,3	0,3-2,4 1,5	27,5-47,8 38,9	29,0-49,1 40,4	92,1-99,3 95,9
Аллювиальная лугово-болотная
Пышма, прирусловая	1,0-3,5 2,4	6,0-9,0 6,1	0,8-6,0 3,1	44,8-96,8 48,2	49,5-97,6 51,9	88,2-99,1 92,8
Тура, притеррасная	1,3-3,3 2,5	5,4-5,8 5,7	2,4-6,6 3,6	18,9-30,0 26,6	21,3-36,6 30,2	82,0-92,3 88,3
Тобол, прирусловая	1,2-3,7 1,9	5,6-6,0 5,8	3,0-6,0 4,3	16,7-27,5 23,7	19,7-33,5 27,9	82,0-87,5 84,8

В луговых почвах основное содержание гумуса (1,4-5,5%) сосредоточено в горизонтах А0-В1. Реакция среды в этих почвах изменяется от слабокислой до щелочной (рНkcl 5,4-8,8). Емкость поглощения (29,0-56,2 мг-экв./100 г) значительна в верхних горизонтах и снижается с глубиной. Из катионов до 80% приходится на Ca2+ и Mg2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных луговых почвах очень низкое (0,10-1,52 мг/кг). Количество подвижного фосфора изменяется от очень низкого до среднего (0,1-9,9 мг/100 г). Обменным калием луговые почвы обеспечены очень высоко (16,2-259,0 мг/100 г).

Лугово-болотные почвы имеют содержание гумуса в горизонтах А1-В1 в пределах 1,3-3,5%. Низкое содержание гумуса в этих почвах связано с замедленной гумификацией растительных остатков. Для них свойственна слабокислая реакция почвенной сре­ды (рНkcl 5,4-6,0). В горизонте ВСк почвы в пойме р. Пышма отмечена щелочная реакция среды (рНkcl 9,0). Для них характерна значительная емкость поглощения (21,3-97,6 мг-экв./100 г). Катионы почти на 90% представлены Са2+ и Mg2+.

Таблица 2 – Содержание питательных веществ в аллювиальных почвах

Объект, часть поймы	Валовое содержание, %	Содержание
N	P	K	N-NO3, мг/кг	P2O5	K2O
мг/100 г
Аллювиальная дерновая
Пышма, притеррасная	0,13-0,24 0,16	0,04-0,09 0,07	2,32-3,10 2,70	0,1-14,3 4,8	0,1-4,2 1,3	34,0-46,0 39,7
Пышма, прирусловая	0,01-0,19 0,09	0,04-0,11 0,07	2,15-2,98 2,54	0,1-2,7 1,0	2,5-3,4 2,8	31,5-43,8 37,2
Пышма, притеррасная	0,01-0,26 0,15	0,06-0,20 0,11	1,23-3,03 2,63	0,1-4,2 0,9	1,9-17,7 6,0	18,3-43,3 36,9
Тура, прирусловая	0,06-0,24 0,10	0,04-0,17 0,09	2,24-2,83 2,48	0,01-0,4 0,02	0,5-8,3 3,0	24,0-152,0 44,2
Тобол, прирусловая	0,06-0,11 0,09	0,04-0,20 0,09	1,23-3,03 2,13	0,03-0,85 0,6	0,5-4,1 2,7	13,0-47,8 32,6
Тобол, притеррасная	0,07-0,18 0,13	0,06-0,12 0,09	1,30-2,76 2,35	0,70-1,05 0,9	3,1-4,9 4,1	49,4-235,0 121,6
Аллювиальная луговая
Пышма, центральная	0,01-0,25 0,14	0,06-0,11 0,09	2,20-3,02 3,35	0,1-0,4 0,2	0,1-9,9 4,1	32,0-44,0 39,3
Тобол, центральная	0,05-0,17 0,10	0,03-0,08 0,06	1,10-2,84 2,28	0,65-1,52 0,9	0,8-3,8 2,8	16,2-259,0 119,2
Аллювиальная лугово-болотная
Пышма, прирусловая	0,11-0,18 0,15	0,07-0,10 0,08	3,10-3,18 3,14	0,1-1,2 0,2	0,1-1,2 2,9	45,0-91,5 54,9
Тура, притеррасная	0,07-0,16 0,12	0,07-0,12 0,09	2,21-2,88 2,57	0,01-0,02 0,01	0,5-2,0 1,1	21,4-41,5 31,7
Тобол, прирусловая	0,06-0,33 0,16	0,04-0,32 0,16	1,75-3,10 2,68	0,65-2,45 1,2	0,7-5,0 2,4	35,5-67,8 46,4

Содержание нитратного азота в аллювиальных лугово-болотных почвах очень низкое (0,1-2,45 мг/кг). Подвижный фосфор изменяется в пределах от 0,1 до 5,0 мг/100 г, что говорит о довольно низкой обеспеченности им, при этом его концентрация увеличивается с глубиной. Обеспеченность обменным калием очень высокая (21,4-91,5 мг/100 г), некоторое повышение его отмечается в почвах содержащих карбонаты.

5 Содержание микроэлементов в аллювиальных почвах средних рек

Северного Зауралья

Валовые формы микроэлементов. Аллювиальные почвы лесостепи Зауралья входят в состав биогеохимической лесостепной и степной зон, характеризуемых, как правило, достаточным, а иногда и избыточным содержанием отдельных элементов (Cu, Co, Zn, Ni, Mn и др.) в почвах (Ковальский, 1966; Макеев, 1973).

Наибольшее содержание элементов 1-ой группы токсичности (Zn, Pb, Cd) отмечено нами в почвах поймы р. Тобол. Среди аллювиальных почв максимальное содержание этих элементов обнаружено в лугово-болотных почвах, из них Zn и Cd имеют значения выше ПДК. Самые высокие концентрации кадмия установлены в центральной и в прирусловой частях, которые выше значения ПДК. Основная аккумуляция кадмия происходит в гумусовых горизонтах и превышает величину ПДК в 3,5 и 6,5 раз соответственно (рис. 4).

Рис. 4 – Среднее содержание валовых форм микроэлементов в аллювиальных почвах, мг/кг

Среднее содержание кадмия в метровом слое аллювиальной дерновой почвы составляет 1,2 мг/кг, луговой – 1,7 мг/кг и лугово-болотной почвы – 3 мг/кг. Коэффициент вариации кадмия для аллювиальной лугово-болотной почвы равен 33%, луговой – 35% и дерновой – 26%.

Содержание свинца не превышает ПДК. Вместе с тем, превышение мирового кларка для аллювиальной дерновой и лугово-болотной почвы очевидно. В аллювиальной лугово-болотной почве содержание свинца выше мирового кларка на 50%, а в дерновой – на 30%. Максимальным значением свинца характеризуются гумусовые горизонты почв пойм р. Тобол и р. Пышма (от 24 до 27 мг/кг). Минимальные его концентрации отмечены в почвах поймы р. Тура, особенно в прирусловой части (9 мг/кг). Коэффициенты вариации свинца незначительно отличаются, для дерновой – 27% и луговой почвы – 23%. Лугово-болотная почва имеет довольно низкое варьирование – 12%.

На всех объектах исследований установлено превышение ПДК по содержанию валового цинка. Среднее содержание цинка в пойменных почвах Зауралья выше мирового кларка. На 7-ми из 11-ти участков поймы наблюдалась повышенная обеспеченность почв цинком. Из общего количества проанализированных образцов 6% имеют недостаточное содержание цинка – менее 30 мг/кг, а 12% образцов имеют избыточное его количество – более 70 мг/кг. Наибольшие концентрации цинка определены в аллювиальных лугово-болотных почвах р. Тобол и р. Тура. Коэффициент вариации цинка для аллювиальной лугово-болотной почвы составляет 2,5%, а для аллювиальной луговой почвы – 9%. Максимальный коэффициент вариации (24%) отмечен в аллювиальной дерновой почве.

Максимальное содержание изучаемых элементов второй группы токсичности установлено в почвах поймы р. Тура (Cu) и р. Пышма (Cr, Ni). Концентрация меди по типам почв варьирует в широких пределах от 0,42 до 958,4 мг/кг. При этом наибольшее ее содержание отмечается в аллювиальных лугово-болотных почвах. Содержание меди в генетических горизонтах почв сильно изменяется, но не превышает значений ПДК. Коэффициент вариации меди в метровом слое для аллювиальной луговой и аллювиальной дерновой почвы составляет 40%, для аллювиальной лугово-болотной почвы – 67%.

Валовое содержание хрома в 10 из 11 разрезов аллювиальных почв по отдельным генетическим горизонтам фиксируется как повышенное от 1,1 до 2,3 ПДК. Среди аллювиальных почв максимальными концентрациями характеризуются лугово-болотные (239,2 мг/кг) и луговые почвы (104,8 мг/кг). Самое высокое количество хрома находится в пойменных почвах р. Пышма и превышает мировой кларк в 1,8 раза. Коэффициент вариации для аллювиальных почв равен: аллювиальная дерновая – 22%, луговая – 23% и лугово-болотная – 9%.

Содержание никеля в аллювиальной дерновой почве Северного Зауралья изменяется от 5,7 до 55,8 мг/кг или в 10 раз. При близких значениях рНkcl колебания обусловлены, главным образом, различиями гранулометрического состава и, прежде всего, содержанием глинистой фракции. Количество никеля в аллювиальной луговой почве в зависимости от гранулометрического состава изменяется от 16 до 51,3 мг/кг или в 3,2 раза при среднем содержании 27,3 мг/кг. В аллювиальной лугово-болотной почве содержание его варьирует от 9,3 до 65 мг/кг или в 7 раз при его среднем значении 36,8 мг/кг. Колебания в содержании никеля в этих почвах обусловлены как изменением кислотно-основного показателя, так и различиями в количестве глинистых фракций. Коэффициент вариации никеля для аллювиальной дерновой почвы равен 54%, для аллювиальной луговой почвы – 30% и для аллювиальной лугово-болотной почвы – 26%.

Среди объектов исследований самое высокое содержание элементов третьей группы токсичности (Co, Mn) установлено в аллювиальных почвах поймы р. Пышма.

Содержание кобальта в метровом слое аллювиальных почв очень низкое от 0,44 до 13,4 мг/кг. Максимальным содержанием кобальта отличаются лугово-болотные почвы, но превышение его относительно других типов аллювиальных почв незначительное. Среди объектов исследований наибольшей концентрацией кобальта обладают пойменные почвы р. Пышма (5,2 мг/кг), минимальным его значением почвы р. Тобол (1,2 мг/кг). Варьирование содержания элемента в целом довольно высокое. Коэффициенты вариации для аллювиальных почв равны: дерновая – 65%, луговая – 86%, лугово-болотная – 38%.

Среднее содержание марганца по типам аллювиальных почв ниже мирового кларка. Исключение составляют почвы поймы р. Пышма, где его количество несколько выше. Содержание марганца по горизонтам, распределение его в профиле весьма неравномерно и на большинстве участков снижается с глубиной. Минимум содержания, близкий к недостаточному (<400 мг/кг), обнаружен в материнской породе и в иллювиальном горизонте (В). Максимальная концентрация марганца в гумусовом горизонте отмечена в прирусловой части р. Пышма (1485 мг/кг), при среднем содержании его на данном объекте 951 мг/кг. Наименьшим количеством марганца (464 мг/кг) в горизонте А обладает аллювиальная луговая почва р. Тобол. Максимальная вариабельность концентрации марганца выявлена в луговых и лугово-болотных почвах, имеющих величины вариации 36 и 34% соответственно. Меньший коэффициент вариации у аллювиальной дерновой почвы – 27%.

Между реакцией среды (рНkcl) почвы и содержанием в них элементов выявлено два типа связи: положительная – для Cr, Ni, Pb, Cd, Co; отрицательная – для Zn, Mn, Cu. Элементы первой группы в больших концентрациях встречаются в почвах имеющих слабощелочную и щелочную реакцию среды, а второй – слабокислую и кислую. Первая группа элементов в повышенных концентрациях обнаруживается в карбонатных почвах, а высокое содержание элементов второй группы характерно для почв с низким содержанием кальция.

По данным корреляционного анализа установлено, что наибольшее влияние на содержание и характер распределения микроэлементов в пойменных почвах Северного Зауралья оказывает содержание гумуса, карбонатов, реакция среды, гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований. Выявлена прямая корреляционная зависимость содержания Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Mn в пойменных почвах от содержания гумуса (r=+0,6-0,9); Zn, Cr, Co, Mn – с суммой поглощенных оснований (r=+0,4-0,6); Pb, Zn, Cu, Co, Mn – с гидролитической кислотностью (r=+0,4-0,6); Cd, Pb, Zn, Co – с валовыми формами азота и калия (r=+0,6-0,8).

Подвижные формы микроэлементов. В пойменных почвах установлено заметное накопление подвижных форм микроэлементов в органогенных и иллювиальных горизонтах. Эти горизонты служат геохимическим барьером на пути миграции микроэлементов в пределах профиля (рис. 5-7).

Наиболее обеспеченными по содержанию Zn, Cu, Cr, Ni, Co являются почвы поймы р. Тура, в основном за счет высокого наличия элементов в лугово-болотных почвах. В среднем доля подвижных форм микроэлементов от их общего содержания в почвах колеблется в пределах 0,2-58%. Максимальная подвижность характерна для соединений Со, а минимальная – для Сr.

Наибольшее среднее количество подвижной формы Сd отмечено в аллювиальной дерновой почве – 0,14 мг/кг, минимальное в луговой почве – 0,10 мг/кг. Распределение элемента в аллювиальной дерновой и в лугово-болотной почвах происходит по регрессивно-аккумулятивному и недифференцированному типу. В луговой почве распределение подвижного Сd характеризует элювиально-иллювиальный тип. Средняя степень подвижности Сd составляет 11,8% для дерновых почв, 8,4% – для луговых и 8,5% – для лугово-болотных почв. Среди объектов исследований наибольшая концентрация подвижного кадмия установлена в аллювиальных почвах р. Пышма и составила 0,17 мг/кг. Среднее содержание подвижных форм Pb в аллювиальной дерновой почве составляет 1,04 мг/кг, в луговой – 1,03 мг/кг и в лугово-болотной – 1,40 мг/кг. В аллюви-

Рис. 5 – Среднее содержание и распределение подвижных форм

микроэлементов в аллювиальных дерновых почвах, мг/кг

Рис. 6 – Среднее содержание и распределение подвижных форм

микроэлементов в аллювиальных луговых почвах, мг/кг

Рис. 7 – Среднее содержание и распределение подвижных форм

микроэлементов в аллювиальных лугово-болотных почвах, мг/кг

альных дерновых почвах для подвижных форм Pb установлен прогрессивно-

аккумулятивный тип внутрипрофильного распределения, для луговых почв – аккумулятивно-элювиально-иллювиальный и для лугово-болотных почв регрессивно-аккумулятивный тип. Диапазон значений степени подвижности имеет следующие показатели: в аллювиальной дерновой почве – 5,3-12,0%, в луговой – 5,6-20,6% и в лугово-болотной – 7,1- 11,8%. Наибольшая степень подвижности (68%) характерна для иллювиально-карбонатного горизонта луговой почвы. Среднее значение коэффициента вариации элемента очень высокое и составляет 50,6.

Максимальное среднее содержание подвижных форм Zn характерно для лугово-болотной почвы – 4,2 мг/кг. Практически равное количество имеют луговая и дерновая почвы – 2,2 мг и 2,4 мг/кг соответственно. В распределении подвижных форм Zn в пойменных почвах проявляется следующая закономерность: дерновые и лугово-болотные почвы отличаются регрессивно-аккумулятивным типом. В луговой почве повышенное содержание элемента наблюдается не только в гумусовых горизонтах, но и в подстилающей породе. Содержание подвижных форм Zn от его валового количества в пойменных почвах Северного Зауралья весьма незначительно и в среднем составляет: для дерновых почв 3,4%, луговых – 3,7% и лугово-болотных – 2,9%. Средний показатель коэффициента варьирования элемента в пойменной почве имеет довольно высокую степень – 56,5. В почвообразующей породе максимальную концентрацию Zn имеет аллювиальная дерновая почва (6,95 мг/кг). Наибольшее содержание Zn характерно для дерновой карбонатной почвы (24,2 мг/кг), что несколько выше значения ПДК.

Наибольшее среднее количество подвижной формы Cu отмечено в лугово-болотной почве – 1,19 мг/кг, минимальное в луговой почве – 0,70 мг/кг. Среднее содержание данного элемента установлено в дерновой почве – 0,78 мг/кг. Выявлен аккумулятивно-элювиально-иллювиальный тип внутрипрофильного распределения подвижных форм Cu для дерновых и луговых почв. Равномерно-аккумулятивный тип распределения характерен для лугово-болотных почв. Степень подвижности Cu для луговой и дерновой почвы равна 10,0-10,3%, в два раза меньше она в лугово-болотной почве – 5,2%. Варьирование Cu в пойменных почвах составляет 38,1. Содержание Cu в почвообразующей породе аллювиальной лугово-болотной почвы составляет 0,44 мг, в луговой – 1,63 мг, среднее значение имеет дерновая почва – 0,88 мг/кг.

Среднее содержание подвижных форм Cr в аллювиальной дерновой почве составляет 0,37 мг, в луговой почве – 0,35 мг и в лугово-болотной – 0,79 мг/кг. Распределение элемента в аллювиальной дерновой и в луговой почве происходит по равномерно-аккумулятивному типу, в лугово-болотных – по регрессивно-аккумулятивному типу. Степень подвижности Cr в аллювиальной дерновой и в луговой почвах практически одинаковая – 0,45 и 0,43% соответственно, а в лугово-болотной почве – 0,64% от его валового содержания. Коэффициент варьирования Cr в пойменных почвах составляет 36,3. Количество Cr в почвообразующей породе пойменных почв в среднем составляет 0,17 мг/кг, более высокое его количество отмечается в лугово-болотной почве.

Среднее содержание подвижных форм Ni в аллювиальной дерновой почве – 2,4 мг, в луговой почве – 1,72 мг, в лугово-болотной почве – 4,22 мг/кг. Максимальное количество подвижных форм элемента отмечено в почвах поймы р. Тура, где его величина незначительно превышает ПДК. Распределение подвижного Ni в аллювиальной дерновой почве имеет регрессивно-аккумулятивный тип, в луговой – прогрессивно-аккумулятивный и в лугово-болотной – аккумулятивно-элювиально-иллювиальный тип. Средняя степень подвижности Ni в дерновой почве составляет 14,5%, в луговой – 8,8% и в лугово-болотной – 11,9% от его валового содержания в почве. Коэффициент вариации Ni в пойменных почвах составляет 31,2. Концентрация Ni в почвообразующей породе аллювиальной лугово-болотной почвы выше значения ПДК.

Содержание подвижных форм Со в исследованных почвах составляет: в аллювиальной дерновой почве – 0,17 мг, в луговой – 0,3 мг, в лугово-болотной – 0,36 мг/кг. Внутрипрофильное распределение элемента в дерновой и в луговой почвах происходит по аккумулятивно-элювиально-иллювиальному типу, в лугово-болотной почве – по регрессивно-аккумулятивному типу. Средняя степень подвижности элемента в дерновой почве составляет 16,6%, в луговой – 30,1%, в лугово-болотной – 6,9%. Коэффициент вариации Со в пойменных почвах составляет 49,8. Максимальное количество подвижного Со в почвообразующих породах содержится в аллювиальных лугово-болотных почвах (2,46 мг/кг), минимальное в дерновых (0,87 мг/кг).

Содержание подвижного Mn в аллювиальной дерновой почве составляет 29,3 мг, в луговой – 50,3 мг, в лугово-болотной – 28,8 мг/кг. Тип внутрипрофильного распределения подвижных форм Mn во всех аллювиальных почвах регрессивно-аккумулятивный. Подвижность Mn в дерновых почвах – 4,5%, в луговых – 10,6%, в лугово-болотных – 4,1%. Варьирование элемента в пойменных почвах составляет 33,6. В почвообразующей породе наибольшее количество подвижного марганца наблюдается в луговой и в лугово-болотной почве (112,2-125,9 мг/кг), минимальное количество в дерновой – 75,1 мг/кг.

Наиболее сильные связи в пойменных почвах микроэлементы образуют с гумусом, гидролитической кислотностью и емкостью катионного обмена. Самые слабые корреляционные связи между элементами образуются в карбонатных и глеевых почвах. Корреляционный анализ между валовыми и подвижными формами элементов дал не четкие, а иногда и противоречивые результаты.

Выводы

1. Характерной чертой аллювиальных дерновых почв является чередование слоев разной окраски, слабо затронутых процессами почвообразования и признаками оглеения в нижней части профиля. Гумусовый профиль морфологически слабо выражен, светло-серой окраски с палевым оттенком, с неясно выраженной плитчатой структурой.

Профили луговых почв имеют достаточно мощные гумусовые горизонты черного или серовато-черного цвета, хорошо оструктуренные. Характерными особенностями морфогенетических свойств луговых почв р. Тобол является сильная ожелезненость. Для пойменных почв р. Пышма свойственно оглеение средней и нижней части профиля.

Лугово-болотным почвам присущи слабо выраженный перегнойно-торфянистый горизонт и значительная оглеенность профиля.

2. Гранулометрический состав аллювиальных дерновых почв поймы р. Пышма имеет чередование фракций мелкого песка (0,9-20,5%) и средней пыли (10,5-30,5%). В луговых почвах центральной части поймы увеличивается содержание фракции ила (23,2-31,6%). Для лугово-болотных почв характерно чередование содержания ила и снижение содержания песка (0,1-10,7%) в нижней части профиля. Во всех типах почв данной поймы содержание крупного и среднего песка незначительно, преобладающей фракцией является пыль (52,9-91,1%).

3. Аллювиальные почвы поймы р. Тура имеют среднесуглинистый и глинистый гранулометрический состав. В дерновой почве доля пылеватых фракций изменяется от 31,9 до 52,2%. Песок представлен в основном средней и мелкой фракцией (3,2-28,9%) и (6,0-28,2%).

В пределах всего профиля лугово-болотной почвы доминирует фракция ила (51,4-63,1%). В пылеватой фракции преобладает содержание мелкой и средней пыли. Содержание крупной пыли в пределах профиля изменяется от 4,4% до 6,1%.

4. Почвам поймы р. Тобол присущ гранулометрический состав от среднесуглинистого до глинистого типа. В дерновой почве содержание физической глины уменьшается с 43,5% в верхнем 0-50 см слое до 14,0% на глубине 118-180 см. В структуре почвы от 27,9% до 44,0% занимает мелкий песок.

В составе фракций лугово-болотной почвы около 25% занимает мелкий песок и от 23,6 до 38,0% – ил. Содержание остальных фракций гранулометрического состава имеет практически равное соотношение.

Особенностью почв центральной поймы р. Тобол является непостоянство преобладающих фракций в разных частях профиля. Количество физической глины в слое 0-60 см составляет 42,8-49,3%. Преобладающей фракцией до глубины 100 см является мелкий песок.

5. Содержание гумуса в аллювиальных дерновых почвах варьирует от критического до среднего (0,4-5,2%). Эти почвы имеют слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды. Исключение составляют дерновые карбонатные почвы, имеющие слабощелочную реакцию (рН 8,0-8,4). В связи с неоднородным гранулометрическим составом и различной гумусированностью дерновые почвы имеют высокую вариабельность емкости катионного обмена (13,5-60,0 мг-экв./100 г). Обеспеченность нитратным азотом аллювиальных дерновых почв классифицируется как очень низкая (0,1-4,2 мг/кг). По содержанию подвижного фосфора почвы варьируют от очень низкого до высокого (0,1-17,7 мг/100); средняя обеспеченность – низкая. Содержание обменного калия очень высокое (13,0-235,0 мг/100 г). Наиболее обеспечены подвижным калием почвы р. Тобол.

6. В луговых почвах основное содержание гумуса (1,4-5,5%) сосредоточено в горизонтах А0-В1. Реакция среды в этих почвах изменяется от слабокислой до щелочной (рН 5,4-8,8). Емкость поглощения (29,0-56,2 мг-экв./100 г) значительна в верхних горизонтах и снижается с глубиной. Из катионов до 80% приходится на Ca2+ и Mg2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных луговых почвах очень низкое (0,10-1,52 мг/кг). Количество подвижного фосфора изменяется от очень низкого до среднего (0,1-9,9 мг/100 г). Обменным калием луговые почвы обеспечены очень высоко (16,2-259,0 мг/100 г).

7. Лугово-болотные почвы имеют содержание гумуса в горизонтах А1-В1 в пределах 1,3-3,5%. Низкое содержание гумуса в этих почвах связано с замедленной гумификацией растительных остатков. Для них свойственна слабокислая реакция почвенной сре­ды (рН 5,4-6,0). В горизонте ВСк почвы в пойме р. Пышма отмечена щелочная реакция среды (рН 9,0). Для них характерна значительная емкость поглощения (21,3-97,6 мг-экв./100 г). Катионы почти на 90% представлены Са2+ и Mg2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных лугово-болотных почвах очень низкое (0,1-2,45 мг/кг). Подвижный фосфор изменяется в пределах от 0,1 до 5,0 мг/100 г, что говорит о довольно низкой обеспеченности им, при этом его концентрация увеличивается с глубиной. Обеспеченность обменным калием очень высокая (21,4-91,5 мг/100 г), некоторое повышение его отмечается в почвах содержащих карбонаты.

8. Содержание валовых форм микроэлементов в пойменных почвах Северного Зауралья варьирует в довольно значительных пределах. Среднее содержание составляет: медь – 18,3, цинк – 81,1, кадмий – 1,96, свинец – 12, никель – 28,4, хром – 105,1, марганец – 749, кобальт – 4,1 мг/кг. Диапазон коэффициента вариации содержания микроэлементов в почвах высокий и составляет – 3-86%.

9. Лугово-болотные почвы характеризуются высоким содержанием подвижной меди и средним – цинка, свинца и марганца. Им свойственна низкая обеспеченность кобальтом и хромом. В луговых почвах содержание подвижных микроэлементов в целом несколько ниже, чем в лугово-болотных. В них средний уровень накопления меди и марганца. Содержание свинца находится ниже среднего уровня, обеспеченность такими элементами как кобальт, хром и цинк – очень низкая. Обеспеченность дерновых почв подвижными микроэлементами не уступает луговым, а в некоторых случаях даже превосходит или равна им. Это касается меди, цинка, свинца и хрома.

10. Коэффициент подвижности микроэлементов в пойменных почвах рек Северного Зауралья имеет следующий ряд:

Общий ряд – Со > Cu > Ni > Pb > Cd > Zn=Mn > Cr.

Тобол – Co > Cu > Ni > Pb > Mn > Cd > Zn > Cr.

Пышма – Cu > Ni > Cd > Pb > Co > Zn > Mn > Cr.

Тура – Co > Cu > Ni > Pb > Zn > Mn > Cd > Cr.

Наименьшей подвижностью микроэлементов обладают лугово-болотные почвы, максимальной – дерновые.

11. Вариабельность микроэлементов в порядке увеличения ее коэффициента в пойменных почвах имеет следующий ряд:

Общий ряд – Co=Zn > Pb > Mn > Cu=Cr > Ni.

Тобол – Zn > Pb > Co > Ni > Cr > Mn > Cu.

Пышма – Mn > Zn > Cu > Pb > Co > Cr > Ni.

Тура – Co > Cr > Mn > Zn > Cu > Pb > Ni.

Среди пойменных почв наибольшей вариабельностью обладают дерновая и лугово-болотная почвы, несколько меньше – луговая.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Букин металлы в пойменных почвах средних рек Северного Зауралья / // Аграрный вестник Урала. Екатеринбург: УрГСХА, 2011. – №8. – С 53-55.

2. Букин металлы в аллювиальных почвах реки Пышма / // Вестник ТГСХА. Тюмень: ТюмГСХА, 2010. – №3. – С 31-35.

3. Букин металлы в аллювиальных почвах р. Тура и их профильное распределение / // Научно-техническое творчество молодежи – агропромышленному комплексу Урала и Сибири: Сборник материалов конференции молодых ученых – Тюмень: ТГСХА, 2010. – С 120-124.

4. Моторин пойменных почв реки Тура / , // Перспективы инновационного развития АПК: Международная научно-практическая конференция, посвященная 420-летию земледелию Зауралья – Тюмень: ТГСХА, 2010. – С 315-326.

5. Букин микроэлементов в пойменных почвах реки Тобол / // Перспективы инновационного развития АПК: Международная научно-практическая конференция, посвященная 420-летию земледелию Зауралья – Тюмень: ТГСХА, 2010. – С 183-188.

6. Букин в пойменных почвах реки Тобол / // Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов: Тезисы докладов Международной конференции – Тюмень: ТГУ, 2010. – С 324-325.

7. Букин характеристика аллювиальных почв поймы реки Пышма / // Инновации молодых ученных агропромышленному комплексу Сибири и Урала: Сборник материалов региональной конференции молодых ученых – Тюмень: ТГСХА, 2010. – С 18-21.