10132 (Некоторые географические гипотезы современного формирования второго гумусового горизонта Западной Сибири), страница 3

К выводу о возможности образования второго гумусового горизонта в современных условиях автор пришел, работая на подзолистых и серых лесных почвах южной тайги Причулымья (Обь-Енисейское междуречье), где второй гумусовый горизонт обнаруживается довольно часто в виде темной или черной полосы, расплывчатых темных пятен, ясно видимых на светлом фоне подзолистого горизонта. Почвы с A2h встречаются на различных элементах рельефа под темнохвойными, лиственными и смешанными лесами, а также на типичных здесь обширных гарях и «еланях». Строгой приуроченности их к определенным элементам рельефа установить автору не удалось, в отличие от работ Е. Г. Нечаевой. Это можно связать с меньшей расчлененностью Причулымья и более крупномасштабным характером работы А. С. Керженцева. Стационары, на которых работала Е. Г. Нечаева, расположены на участках с высокой расчлененностью, так в Прииртышье перепады высот около 30 метров на 500 метров. К тому же проводилась площадная крупномасштабная съемка и закладывались нивелировочные профили. В работах А. С. Керженцева такой детальности нет, что, вероятно, и не позволило автору выявить возможной связи выраженности горизонтов с рельефом.

Причины, по которым автор усомнился в приложимости реликтовой гипотезы к почвам Причулымья:

1) согласно реликтовой гипотезе, A2h должен раньше всего исчезнуть в дренированных почвах и дольше сохраняться в почвах понижений. Однако на водоразделах в Причулымье, почвы с ярко выраженным A2h встречались гораздо чаще, чем вблизи естественных понижений.

2) если A2h действительно реликт высокогумусного профиля, исчезающего под действием подзолистого процесса, то максимальной его сохранности надо ожидать в самых нижних горизонтах, куда еще не проник процесс оподзоливания. На самом деле темная полоса или серия темных пятен чаще всего выделяется на фоне элювиального подзолистого горизонта, где разрушаются даже минералы. Гумус слишком динамичная и неустойчивая система, чтобы сохранить все компоненты в течение 5-8 тыс. лет после коренного изменения породивших его условий. Кроме того, анализ качественного состава гумуса показал, что гумус А_2Ь в разных почвах представлен разными фракциями гуминовых кислот, что указывает на отсутствие единого, общего для всех почв, реликтового предшественника.

А. С. Керженцев определяет те экологические условия, при которых образование A2h, согласно гипотезе В.В. Пономаревой наиболее вероятно, чтобы таким опосредованным способом подойти к объяснению его генезиса в почвах Причулымья.

Сразу же возник вопрос о принципиальной возможности образования гуматного гумуса в почвах южной тайги. Для подзолистых почв южной тайги вероятно формирование гуматного гумуса после удаления лесного полога пожаром, вырубкой, инвазией энтомовредителей на больших площадях. В этом случае на поверхности почвы формируются гидротермические условия, идентичные условиям лесостепной зоны, которые стимулируют развитие дернового процесса с формированием темноцветного гумусового горизонта.

Во время массового размножения миллионы гусениц сибирского шелкопряда уничтожают хвою и обрекают деревья на гибель. Площади отдельных очагов повреждения (шелкопрядников) колеблются от 500-700 га до 6-10 тыс. га, а в отдельных случаях даже до 70-150 тыс. га.

Гибель древесного яруса сопровождается резким изменением всей экологической обстановки в шелкопряднике. В первую очередь изменяется фитоклимат территории. Кроме этого, гусеницы сибирского шелкопряда после поедания хвои образуют значительную массу экскрементов, покрывающих поверхность почвы сплошным органо-минеральным слоем, который существенно меняет скорость и направленность биохимических процессов в почвах. Практически мгновенно формируется новый органический горизонт почвы. Каждая тонна экскрементов содержит в кедровниках 20,4 кг, в пихтачах - 68,8 кг, в ельниках 124,0 кг кальция. Такая добавка стимулирует дерновый процесс в почвах и образование гуматного гумуса.

Столь глубокое изменение экологических условий сопровождается буйным развитием травянистой и кустарниковой растительности. Увеличение количества тепла, аэрации и оснований активизирует микрофлору и фауну почвы, которая сверхактивно разлагает экстремально большую массу опада и отпада, в которой с годами начинает преобладать травянистая фитомасса. Эти изменения отражаются на ходе гумификации органических остатков, направляя процесс в сторону увеличения доли гуминовых кислот.

Через несколько лет участок тайги, поврежденный шелкопрядом, буквально превращается в склад сухой древесины, заросший густой травянисто-кустарниковой растительностью. Огромные и равномерно распределенные по территории запасы сухой древесины стимулируют возникновение частых и очень интенсивных пожаров, охватывающих обширные Измерения показали, что водная вытяжка древесной золы имеет сильнощелочную реакцию рН 9-12, а щелочь является хорошим экстрагентом почвенного гумуса и вполне может содействовать его транзиту из верхнего горизонта в нижележащие. Высокая кислотность а контакте горизонтов А₂ и В_1; способствует осаждению гуминовых кислот именно в этом месте почвенного профиля.

Степень трансформации живой и отмершей фитомассы в результате воздействия пожара зависит от влажности материала. Сухая органическая масса при сгорании полностью озоляется, влажная масса частично озоляется, частично обугливается, сырая масса обугливается полностью или частично. Таким образом, в результате пожара поверхность почвы и ее корнеобитаемые горизонты в значительной степени обогащаются не только зольными элементами, но и древесным углем.

Лабораторные эксперименты А. С. Керженцева показали, что из древесного угля с помощью щелочи можно экстрагировать гумусоподобные вещества, которые общепринятыми методами анализа качественного состава гумуса невозможно отличить от почвенного гумуса. Возможно, что часть гумуса A2h является обугленной фитомассой.

Мелкие частицы древесного угля, обладающие гидрофобностью, могли мигрировать вместе с нисходящим водным стоком по ходам корней, почвенным порам и трещинам. Но более вероятен следующий вариант. Во время лесного пожара во влажной почве при малом доступе кислорода происходит так называемая "цепная реакция горения угля" (тления), когда вся древесная масса по контакту обугливается без остатка, как бикфордов шнур до конца. Этим эффектом пользовались в прошлом углежоги, получая древесный уголь для доменных печей и бытовых нужд (утюги, самовары). Оказывается, совсем необязательно нагревать почву выше 200 градусов, чтобы обуглить корни деревьев. Для этого достаточно сжечь пень на влажной почве. Тогда корневая система обуглится в результате цепной реакции тления по контакту, причем каждый корешок обугливается в отдельности.

В следующем эксперименте было имитировано образование A2h в результате пожара за счет накопления частиц угля в горизонте А₂ подзолистой почвы на водоупоре иллювиального горизонта В. Для этой цели массу естественной подстилки пихтача разнотравного, обугленную в муфельной печи при температуре 150-200 градусов, перемешали с почвой разных горизонтов в соотношении 1:10 по весу: 1 часть обугленной подстилки и 10 частей минеральной массы горизонтов А2 и С разного гран. состава. После сухого перемешивания в смесях был определен фракционный состав "гумуса" по методу Коновой-Бельчиковой.

Полученные результаты оказались довольно близки к качественному составу гумуса горизонта A2h в подзолистых почвах. Эти данные говорят о том, что общепринятый в почвоведении метод не позволяет отличить настоящий гумус почвы от искусственной смеси минеральной массы с древесным углем. Возможно, этим обстоятельством объясняется нетипично высокое содержание гуминовых кислот в подзолистых почвах южной и средней тайги, отмеченное некоторыми авторами.

Косвенный аргумент в пользу "угольного" состава гумуса A2h - это несоответствие его интенсивной окраски содержанию углерода, которое отмечено многими исследователями. Во всех искусственных смесях (1:10) вместо ожидаемых 10% углерода было обнаружено не более 1-3%. Причем, максимальное количество углерода экстрагировано из смеси угля с суглинистым А₂, минимальное - с супесчаным А₂ и глинистым С.

Также автором были провидены эксперименты с монолитами, на поверхности которых помещались угли. За год промывания монолитов происходило неоднократное появление темных полос в подзолистом горизонте.

Как отмечает автор, описанный механизм формирования второго гумусового горизонта можно считать частным случаем, поскольку он связан исключительно с катастрофическими сукцессиями темнохвойных лесов южной тайги Причулымья, что не позволяет интерпретировать его как универсальный. Больше того, даже в этих конкретных условиях процесс формирования A2h складывается из двух составляющих, которые могут проявляться как совместно, так и в отдельности, образуя различные сочетания результатов.

Общеизвестную приуроченность почв со вторым гумусовым горизонтом к зоне южной тайги А. С. Керженцев объясняет следующими соображениями

Во-первых, именно здесь особенно ярко выражен контраст микроклимата под пологом леса и на открытом пространстве. Следовательно, удаление лесного полога здесь приводит к резкому изменению процесса почвообразования. На обширных таежных "еланях" среди подзолов часто встречаются дерново-подзолистые почвы с мощным темноокрашенным гумусовым горизонтом.

Во-вторых, зона южной тайги - это основной ареал вредоносности сибирского шелкопряда, одного из существенных факторов уничтожения темнохвойных лесов на больших пространствах. Многие исследователи растительности Причулымья отмечали существенную роль этого фактора катастрофических сукцессии в формировании растительного покрова южной тайги.

Гипотеза А. С. Керженцева поддерживается С. С. Трофимовым (1975): «… для конкретной территории Кемеровской области, прилегающей к Томскому Причулымью, современное происхождение второго гумусового горизонта нам представляется более соответствующим реально существующим экологическим условиям».

Рассмотренные выше гипотезы критически рассмотрены И. М. Гаджиевым (1982). На довод А. С. Керженцева о миграции новообразованных гуминовых кислот на щелочном фоне после катастрофических вспышек энтомоэпифитотий сопровождаемых пожарами он возражает, что вновь образованные гуминовые кислоты не мигрировали глубже 5-7 см в их, с М. И. Дергачевой (1978), опытах. Это кажется странным, так как четко оговорены условия миграции, а именно появление щелочного фона. На довод о проградации почв сверху необходимо указать на иллювиирование гумуса в почвах гарей на месте шелкопрядников, а водорастворимый гумус будет вертикально мигрировать вплоть до водоупорного горизонта, где и сменит своё движение на латеральное, постепенно осаждаясь на поверхностях разделов. Поэтому иллювиирование гумуса и начинается в глубине профиля.

Возражения И. М. Гаджиева о нехватки всей органики фитоценоза для образования гумуса второго гумусового горизонта не совсем ясны, если принять во внимание, что сукцессии, описанные А. С. Керженцевым, протекают не единожды, а несколько раз за тысячелетие. К тому же некоторая часть гумуса представлена тонкодисперсным углем.

Критическое рассмотрение доводов Е. Г. Нечаевой, по сути, отсутствует. Отмечена странность выводов и то, что для территорий исследования характерна высокая расчлененность. На основании этого проведена аналогия территории с подтайгой, что не совсем ясно. Разве не бывает елово-кедрово-пихтовой тайги в условиях расчлененного рельефа? Конечно, бывает. Ещё одним доводом о родстве изученной территории являются описанные Е. Г. Нечаевой почвы со вторым гумусовым горизонтом залегающим сразу под первым. Но такие же почвы имеются и на Васюганской равнине и на северных отрогах Кузнецкого Алатау. Они являются логичным звеном постепенного вытеснения подзолистого горизонта вторым гумусовым по мере нарастания объемов проходящего через профиль внутрипочвенного стока.

Можно согласиться с тем, что в силу специфичности рельефа нельзя напрямую экспортировать выводы Е. Г. Нечаевой на другие районы распространения второго гумусового горизонта с более спокойным рельефом. Но четкая корреляция степени выраженности этого горизонта в почвах в зависимости от форм рельефа может быть экстраполирована на другие сильно расчлененные, хорошо дренированные районы. По крайне мере в таких условиях можно ожидать наличия современных вторых гумусовых горизонтов.

Пытаясь взять от всех существующих гипотез самое лучшее и надежное, М. И. Дергачева, совместно с И. М. Гаджиевым (1977) на основании изучения изменений качественного состава гумуса в результате ежегодного промерзания разработали гипотезу самовозобновления гуминовых веществ путем репликации молекул.

В самом общем виде процесс возобновления гуминовых веществ можно представить как процесс репликации «поврежденных» каким-либо образом (микроорганизмами, химическими воздействиями) молекул. Гумины являются при этом молекулами-репликаторами. Скорее всего, гумины по своему подобию из «строительного материала», поступающего из разлагающихся растительных остатков, воспроизводят молекулы гуминовых кислот, поддерживая их на каком то определенном уровне. Веществом, транспортирующим к гуминовым кислотам строительный материал, являются новообразованные фульвокислоты с малой оптической плотностью, что свидетельствует о слабоконденсированном ядре и большой алифатической части. Они транспортируют необходимый «строительный материал» в виде сорбированных неспецифических органических веществ. По мере передвижения вниз по профилю почв фульвокислоты постепенно отдают необходимые для образования гуминовых кислот органические вещества, и в конце концов само ядро – основа молекулы – участвует в качестве «строительного материала» в процессе репликации. Тут стоит отметить передвижение не только по профилю, но и с боковым внутрипочвенным стоком.

Началом репликации молекул гуминовых кислот или, по крайней мере, начало наиболее интенсивного ее периода начинается, по всей видимости, осенью, перед самым замерзанием, о чем можно судить по очень высокому содержанию гуминовых кислот, в этот же период наиболее активно формируется и верховодка.