close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Характеристика почв горно-лесной зоны Южного Урала (на примере хребтов Кибиз Олотау и горного массива Иремель)

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ХАЛИТОВ РОМАН МАРАТОВИЧ
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ГОРНО-ЛЕСНОЙ ЗОНЫ
ЮЖНОГО УРАЛА (НА ПРИМЕРЕ ХРЕБТОВ КИБИЗ, ОЛОТАУ И
ГОРНОГО МАССИВА ИРЕМЕЛЬ)
Специальность: 03.02.13 – Почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Уфа - 2018
2
Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения, ботаники и
селекции растений ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный
университет».
Научный руководитель:
Сергеев Владислав Сергеевич
доктор биологических наук, доцент
ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, г.Уфа
Официальные оппоненты:
Залибеков Залибек Гаджиевич
доктор биологических наук, профессор
главный научный сотрудник
ФГБУН Институт геологии ДНЦ РАН
г. Махачкала
Денева Светлана Валентиновна
кандидат биологических наук,
научный сотрудник
ФГБУН Институт биологии Коми научного
центра УрО РАН, г.Сыктывкар
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
образования "Пермский государственный
аграрно-технологический университет
имени академика Д.Н. Прянишникова"
Защита состоится 26 июня 2018 года в 13.00 часов на заседании
диссертационного совета Д 220.003.01 при ФГБОУ ВО «Башкирский
государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Республика
Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, ауд. 222/1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Башкирский
государственный аграрный университет».
Автореферат разослан 21 мая 2018 года и размещен на официальном сайте
Министерства образования и науки Российской Федерации http://vak.ed.gov.ru и
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» www.bsau.ru.
Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с печатью
организации и заверенными подписями по адресу: 450001, Республика
Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, ученому секретарю
диссертационного совета Д 220.003.01 Р. Р. Гайфуллину.
Факс: 8(347) 228-08-98, e-mail: gayfullin@bk.ru
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор сельскохозяйственных наук, доцент
Р.Р. Гайфуллин
3
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Закономерности пространственного распределения
почв связаны с физико-географическими условиями почвообразования:
биоклиматических и геогенных. Последние играют особую роль в формировании
лито- и топокатенарных закономерностей распределения почв, что характерно в
первую очередь для горных массивов.
Республика Башкортостан расположена на географически сложной
территории, которая разделяется на три части: Предуральскую – равнинновозвышенную, относящуюся к Русской платформе; Уральскую – горную,
располагающуюся в области Уральской геосинклинали; Зауральскую –
возвышенно-холмистую, примыкающую к Сибирской платформе. Этим
объясняется большое разнообразие физико-географических, геоморфологических
и климатических условий, почвообразующих пород, типов растительности и почв.
Для Южного Урала характерны, в основном, низкогорные формы рельефа, но
некоторые горные массивы – Иремель и Яман-Тау, представляют максимально
выраженную высотную зональность от лесостепных экосистем до тундровых. В
связи с этим изучение генезиса, географии, химии и минералогии почв Южного
Урала является самостоятельной научной проблемой.
Степень разработанности проблемы. В двухтомной фундаментальной
монографии Почвы Башкортостана (1995) дана характеристика условий
почвообразования, морфо-генетические, физико-химические и биологические
свойства почв. Большой вклад в изучение почв горно-лесной зоны Южного Урала
внесли Бурангулова М.Н., А.Х. Мукатанов и другие. А.Х. Мукатанов (2000)
является первым в Башкортостане почвоведом, который составил кадастр особо
ценных почвенных объектов. Однако остаются неизученными ряд вопросов
географии, генезиса и минералогии горно-лесных почв.
Цель работы. Целью работы являлось установление генезиса и
географического распространения почв на хребтах Кибиз, Олотау и горного
массива Иремель и определение минералогического состава почв и породы
массива Иремель.
Задачи:
1. Провести морфогенетический анализ почвенных профилей,
формирующихся в различных ландшафтно-экологических условиях на хребтах
Кибиз, Олотау и горном массиве Иремель.
2. Исследовать основные химико-аналитические характеристики почв,
уточняющие их классификационное положение.
3. Изучить мезо- и микроморфологические признаки и выявить
специфику организации текстурно-дифференцированных почв, формирующихся
на горных элювиях и делювиях.
4. Определить минералогический состав тонкодисперсной фракции почв
и горной породы массива Иремель.
5. Охарактеризовать основные минералы в составе торфянистоподзолистой почвы и породы горного массива Иремель.
4
6. Выявить почвенные объекты с целью внесения их в реестр почв,
подлежащих охране в Республике Башкортостан.
Новизна исследований. Заключается в изучении фациальных и
провинциальных особенностей горно-лесных почв Южного Урала. В
исследовании особенностей мезоморфологического строения текстурнодифференцированных почв. Для диагностики почв используется Классификация и
диагностика почв России 2004 года. Впервые был исследован минералогический
состав почв и породы горного массива Иремель и рассчитаны формулы
минералов. Также были выявлены почвы, которые следует внести в кадастр особо
ценных почв Башкортостана.
Теоретическая и практическая значимость работы. Заключается в
исследовании генезиса и географии горно-лесных почв Южного Урала и в
описании фациальных и провинциальных особенностей. В результате
проведенных минералогических исследований были изучены основные минералы
почв и породы массива Иремель. Собранный экспериментальный материал
позволяет изучить влияние почвообразования на минеральную матрицу почвы.
Полученные данные используются для инвентаризации объектов охраны почв
особо охраняемых природных территорий (ООПТ) и дополняют кадастр особо
ценных почв Башкортостана. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ
№11-05-97017 Поволжье-а.
Методология и методы исследования. Проведенные исследования
основываются на концепции Докучаева В.В.: почва - зеркало ландшафта, т.е.
почва отражает не только современные факторы почвообразования но и бывших
геологических эпох. Для изучения почв хребтов Кибиз, Олотау и горного массива
Иремель использовался катенарный метод исследования. Почвенные разрезы
описывали по Классификации и диагностике почв России 2004 года.
Исследования проводили по принятым в почвоведении современным и
классическим методикам.
Положения, выносимые на защиту:
1.
Распространение почв на территории низко- и среднегорного рельефа
Южного Урала зависит, главным образом, от мощности элювиальных и
делювиальных отложений. А на территории высокогорного Южного Урала
обусловлено высотной поясностью.
2.
На хребте Кибиз, генезис почв связан с древними аллювиальными
террасами.
3.
Горный массив Иремель сложен сланцами хлорит-иллит-кварцевого
состава.
4.
Формулы минеральных фаз горной породы и почв массива Иремель.
Степень достоверности и апробация работы. Материалы работы
докладывались
на
всероссийских
и
международных
конференциях:
Фундаментальные и прикладные вопросы лесного почвоведения (Сыктывкар
2015), наука молодых - инновационному развитию АПК (Башкирский ГАУ, 2015),
Аграрная наука в инновационном развитии АПК «Агрокомплекс-2016» (Уфа,
2016), «Природа, наука, туризм», посвященная 30-летию Национального парка
5
«Башкирия» (Мелеуз, 2016), Докучаевские молодежные чтения (Санкт-Петербург
2017). Выполнена статистическая обработка данных с помощью программы
Microsoft Excel.
Личное участие автора состоит в участии в экспедициях, отборе образцов,
выполнении химико-аналитических исследований и интерпретации результатов.
Публикации. Основные положения изложены в 13 публикациях автора, в
том числе 6 в журналах из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, 6 разделов, выводов и списка литературных источников. Работа
содержит 153 страницы машинописного текста, в том числе 122 рисунка и 48
таблиц. Список источников включает 149 наименований.
Благодарности. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры
почвоведения, ботаники и селекции растений ФГБОУ ВО БГАУ, научному
руководителю, доктору биологических наук Сергееву Владиславу Сергеевичу.
Также автор признателен сотрудникам кафедр почвоведения и экологии почв,
прикладной экологии и кафедре минералогии Санкт-Петербургского
государственного университета (СПбГУ); ресурсным центрам СПбГУ:
«Рентгенодифракционные методы исследования», «Геомодель», «Центр
микроскопии и микроанализа». И лично, доктору биологических наук
Сулейманову Р.Р. (УИБ РАН), доктору биологических наук Абакумову Е.В.
(СПбГУ), и кандидату геолого-минералогических наук Перовой Е.Н. (СПбГУ).
Cодержание работы
1. Обзор литературы
Первая монография, посвященная почвам Республики Башкортостан, издана
в 1954 году Д.В. Богомоловым. Д.В. Богомолов с соавторами создал первую
классификацию почв Башкирии и составил схему агропочвенного районирования.
В 1973 году вышла в свет вторая серия монографий «Почвы Башкирии», где
рассмотрены вопросы классификации почвенного покрова и агропочвенного
районирования. В третьей серии монографий «Почвы Башкортостана» (Хазиев,
Хабиров и др., 1995) описаны условия почвообразования и подробно
охарактеризованы морфогенетические, химические и биологические свойства
почв.
Площадь горного Южного Урала в пределах территории Башкортостана
около 4 млн. га. На территории распространены меридионально-ориентированные
хребты, за исключением хребта Крака, и Южно-Уральского плоскогорья. На
Южном Урале преобладают горные серые и темно-серые лесные почвы. А по
крутым склонам южной экспозиции сложенным известняковыми или основными
и ультраосновными изверженными породами, появляются массивы горных
черноземов. На самых высоких массивах распространение почв подчиняется
высотной поясности. Так, на горном массиве Иремель высотные пояса
изменяются от лесостепного до тундрового.
Основу любой почвы, за исключением органогенных почв, составляет
минеральная матрица. Дисперсные слоистые силикаты – одна из наиболее широко
6
распространенных в природе групп породообразующих минералов. Они
распространены в осадочных, метаморфических породах, глинах, донных осадках
и почвах. С появлением точных методов минералогического анализа появилась
возможность детального изучения минеральных фаз вплоть до расчета
формульных коэффициентов.
2. Объекты и методы исследования
В ходе выполнения исследований, нами были изучены почвы хребта Кибиз,
Олотау и горного массива Иремель (рисунок 1). Диагностика почв проводилась с
помощью Классификации и диагностики почв России (2004) и Полевого
определителя почв России (2008).
Рисунок 1. Почвенно-экологические округа
Южно-Уральской горно-лесной провинции (Мукатанов,1986)
Хребты Кибиз и Олотау находятся в Калу-Алатауском округе (7),
горный массив Иремель в Иремель-Ямантауском округе (1)
Хребет Кибиз находится в охранной зоне Национального парка "Башкирия".
Хребет Олотау (местное название) располагается на левом берегу охранной зоны
Юмагузинского водохранилища, близ деревни Мряушле. В тектоническом
отношении хребет Кибиз и Олотау представляют собой антиклиналь, сложенную
докембрийскими терригенными образованиями. Вершины хребтов сглажены,
благодаря длительному выветриванию и вымыванию. Абсолютные высоты
колеблются в пределах 500-700 м. Данная территория входит в нижнюю зону
денудационных ступеней Южного Урала. Почвообразующие породы
7
представлены элювием известняка, и делювиальными отложениями на пологих
склонах долин. Хребты покрыты широколиственным и дубово-кленово-липовым
лесами.
Горный массив Иремель входит в полосу центральных наиболее высоких
возвышенностей Южного Урала. В 2010 году на территории массива был создан
природный парк. Климат на территории Природного парка континентальный. На
западных наветренных склонах осадков выпадает 700–1100 мм в год. Вершина
горы Большой Иремель (1582 м) является второй по высоте на Южном Урале. По
тектонике
горный
массив
Иремель
представляет
собой
сложную
бранхиантиклиналь, сильно перемятую и размытую в средней и западных частях.
Согласно схеме геологических отложений Южного Урала территория сложена
метаморфическими
кристаллическими
породами
докембрия
ИремельЯмантауского узла. На массиве, согласно высотной поясности, от подножия до
вершины происходит смена растительного покрова, от смешанных лесов до
тундры экосистем.
Образцы почв отбирались по генетическим горизонтам. Исследования
проводились по принятым методикам химического анализа почв. Главные
минералы породы и почв были исследованы с помощью настольного растрового
электронного микроскопа-микроанализатора НITACHI ТМ 3000 в ресурсном
центре СПбГУ: «Центр микроскопии и микроанализа». Прибор оснащен
приставкой энергодисперсионного спектрометра (ЭДС) фирмы «OXFORD».
Расчет формул минералов производился по полученным спектрам ЭДС по
практическому руководству и справочнику: «Формулы минералов» (Булах и др.,
1995).
Рентгенофазовый
анализ
производился
в
РЦ
СПбГУ
«Рентгенодифракционные методы исследования». Сьемка проводилась в
диапазоне углов 2Ө от 3О до 45О, напряжение 30 кВ, кобальтовый анод.
Подготовка для съемки образцов почв тонкодисперсной фракции и коренной
породы проводилась методом седиментации, был выполнен общий анализ
мелкозема.
Для
дополнительной
диагностики
образцы
насыщались
этиленгликолем и прокаливались в муфельной печи 2 часа при температуре 550
О
С. Для диагностики минералов использовалась база порошковых
дифракционных данных PDF (Powder Diffraction File) Международного центра
дифракционных данных. Соответствующие номера карточек использованных в
настоящей работе: кварц 00-046-1045, иллит 01-072-0496, судоит 00-019-0751.
Для определения основных петрогенных оксидов в почве проведен
рентгенофлюоресцентный химический анализ. Анализ проб был выполнен на
кафедре геохимии СПбГУ на спектрометре «ARL Advant`X» фирмы
«ThermoFisher Scientific» по программе полуколичественного анализа QuantAs.
Потери после прокаливания определены по методике химического анализа почв.
8
3. Результаты и обсуждение
3.1. Характеристика почв хребта Кибиз
Катена восточного склона была заложена на хребте Кибиз (таблица 1).
Разрезы располагались в верхней, средней и нижней части склона; в центральной
части поймы ручья Кутук и на противоположной стороне берега.
Таблица 1. Морфометрическая характеристика почв хребта Кибиз
Разрез
Формула профиля
Название почвы
(мощность в см)
1
О (0-2) –АН (2-22) –АС (22-34) перегнойно-темногумусовая
–С (34-↓)
легкосуглинистая на элювии
известняка перемешанного галькой.
2
О (0-2) –АН (2-11) –АС (11-26) литозем перегнойно-темногумусовый
–R (26-↓)
легкосуглинистый на элювии
известняка.
3
О (0-2) –АH (2-18) –АС (18-42) перегнойно-темногумусовая
–С (42-↓)
легкосуглинистая на склоновом
делювии
4
О (0+10) –АU (0-21) –
аллювиальная темногумусовая глеевая
Gox(21-83)
легкосуглинистая на пойменном
аллювии
5
O (0-3) –AU1(3-20) –AU2(20- темно-серая легкосуглинистая на
35) – AUе(35-46) – BEL (46-70) делювиальных глинах.
–BT (70-95) – BC (95-113)
На хребте Кибиз распространены литоземы перегнойно-темногумусовые на
элювиях коренных пород. В долинах межгорных ручьев и рек в участках развития
пойменных заливных лугов преобладают аллювиальные темногумусовые
глееватые и глеевые почвы. В профиле прослеживается вертикальная
трещиноватость, а в магистральных трещинах происходит аккумуляция
окисленных форм соединений железа.
На широких и выровненных аккумулятивных надпойменных террасах
распространены темно-серые почвы на делювиальных глинистых отложениях.
Они приурочены к широколиственным лесам с выраженными опушками и
луговыми остепненными участками на склонах (таблица 2).
Таблица 2. Химическая характеристика темно-серой почвы
Горизонт
ГВ,% Сорг,% Cгк/Сфк
ЕКО
S
Нг
рН
рН
Н2О KCl
(мг-экв)/100г
AU1
3,4
3,1
2,5
39,5
35,6
3,7
4,9
4,1
AU2
3,3
2,0
1,4
21,7
17,6
3,8
4,7
3,9
AUe
3,4
2,0
1,2
20,1
15,8
3,7
4,8
3,8
BEL
3,2
0,3
1,4
32,3
28,2
3,1
4,8
3,6
BT
4,0
0,6
22,8
18,8
3,4
4,8
3,6
BC
3,9
0,58
33,6
30,8
2,6
4,9
4,0
9
Распределение органического углерода по профилю, свидетельствует о его
миграции. В темногумусовом горизонте отношение углерода гуминовых кислот к
фульвокислотам равно 2,5. Почва имеет высокую емкость поглощения и сумму
поглощенных оснований. Степень кислотности темно-серой почвы относится к
категории кислой по значениям рН водной суспензии и сильнокислой по солевой.
Следующая катена была заложена на хребте Олотау (таблица 3).
Таблица 3. Морфометрическая характеристика почв хребта Олотау
Разрез
Формула профиля
Название почвы
(мощность в см)
1
АН (0-20) – R 20↓
карболитозем перегнойнотемногумусовый легкосуглинистый на
плотном элювии известняка
2
О(0+2) – АН(0-18) – АU
перегнойно-темногумусовая глинисто(18-32) – АСi(32-50) – С(50- иллювиированная среднесуглинистая на
60)
элювии известняка
3
О(0+2) – АU(0-12) –
АUе(12-23) – АUe2(23-31)
– BEL(31-46) – ВТ(46-72) –
ВС(72-80)
AU(0-37) – Вmc(37-52) –
С(52-60)
темно-серая среднесуглинистая на
склоновом тяжелосуглинистом делювии
чернозем миграционно-мицелярный
среднесуглинистый на делювии
известняка
На выровненных участках без дополнительного привноса материала на
плотных породах известняка распространены слаборазвитые почвы: литоземы и
темногумусовые почвы. На склонах южной экспозиции под степной
растительностью развиваются горные типы черноземов миграционномицелярных. Напротив, на склонах северной экспозиции за счет меньшей
инсоляции, большей влажности почвы и древесной растительности
распространены темно-серые почвы (таблица 4).
Таблица 4. Химическая характеристика темно-серой почвы
Горизонт
ГВ,%
Сорг, %
Гумус, %
рН Н2О
рН KCl
AU
5,2
4,6
7,9
5,8
5,2
AUe
4,5
2,7
4,6
5,4
4,6
AUe2
4,1
1,8
3,1
5,3
4,5
BEL
5,2
0,4
0,7
5,4
4,1
BT
6,1
0,3
0,5
5,1
3,7
BC
8,9
0,2
0,3
4,9
3,6
Темно-серые почвы характеризуется высоким содержанием гумуса в
гумусовом горизонте (7,9%) и слабокислой реакцией среды по значениям рН
солевой суспензии. Вниз по профилю значения рН солевой суспензии изменяются
от слабокислой до сильнокислой.
В результате морфологических исследований на хребтах Кибиз и Олотау
были диагностированы почвы, которые относятся к следующим отделам:
4
10
литоземы,
слаборазвитые,
органо-аккумулятивные
почвы,
текстурнодифференцированные, аккумулятивно-гумусовые и аллювиальные почвы. Эти
почвы следует считать основными компонентами
почвенного покрова
меридионально-ориентированных хребтов восточной области гор низкогорного
рельефа Южного Урала.
Таким образом, разнообразие почв этой территории в целом относится к
типичному лесостепному, с некоторыми фациальными особенностями,
характерными для восточно-европейских территорий, которое осложнено
специфическими геогенными условиями западного склона Южно-Уральского
низко- и среднегорья.
На горном массиве Иремель заложено и описано 5 почвенных разрезов
(таблица 5).
Таблица 5. Морфометрическая характеристика почв горного массива Иремель
Разрез Профиль (мощность в см)
Название почвы
1
О (0-3) –АU (3-18) –АС (18- Перегнойно-темногумусовая
32) –С (32-65)
легкосуглинистая на элювии коренных
пород
2
АН (0-12) – АС (12-32)
Перегнойно-темногумусовый литозем
легкосуглинистый на элювии коренных
пород
3
Т (0-16)
Торфяно-литозем
4
О (0-5) –АU (5-22) – АС
Перегнойно-темногумусовый литозем
(22-29)
легкосуглинистый на элювии коренных
пород
5
O (0-5) –EL (5-10) –BEL
Торфянисто-подзолистая легкосуглинистая
(10-41) –BT (41-80) – BC
почва на суглинистом делювии
(80-90)
В распространении почв горного массива Иремель прослеживается высотная
поясность. В поясе широколиственных и смешанных лесов преобладает тип
темно-серых почв. В горном поясе елово-пихтовых лесов распространены
подзолистые почвы. Подгольцовый пояс представлен литоземами перегнойнотемногумусовыми. В гольцовом поясе в понижениях развиты темногумусовые
почвы. В таблице 6 дана химическая характеристика торфянисто-подзолистой
почвы.
Таблица 6. Химическая характеристика торфянисто-подзолистой почвы
Горизонт
ППП, %
Сорг, %
рН Н2О
рН KCl
Т
50 (16*)
5,2
3,2
EL
0,97
4,9
3,7
BT
1,35
5,4
4,0
BC
0,83
5,7
4,1
* - минеральный мелкозем
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что по
химическим показателям торфянисто-подзолистая почва характеризуется низким
содержанием органического углерода и сильнокислой реакцией среды (по
11
величине рН солевой суспензии). По показателю рН водной суспензии выявлен
минимум в горизонте EL. Аккумуляция органического углерода в текстурном
горизонте обусловлена элювиально-иллювиальной дифференциацией почвенного
профиля. В таблице 7 отображены данные валового анализа.
Таблица 7. Валовой состав торфянисто-подзолистой почвы
на делювиальных глинистых отложениях горного массива Иремель
Горизонт Содержание оксидов, % на прокаленную навеску
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O
Т
73,11 1,01 14,23 4,96
0,05 1,99 0,74 0,94 2,19 0,15
EL
73,92 0,87 15,32 3,57
0,04 2,43 0,45 1,47 1,99 0,06
BT
68,08 0,90 17,37 5,56
0,07 3,34 0,61 1,46 2,26 0,04
BC
64,34 0,91 19,36 6,81
0,08 4,01 0,76 1,04 2,37 0,08
В валовом составе наблюдается возрастание содержания Al2O3, MgO от
горизонта Т до переходного ВС. В распределении оксидов титана, железа,
кальция, калия выявлен минимум в горизонте EL.
3.2. Микроморфологическая характеристика торфянисто-подзлистой почвы
горного массива Иремель
Данные о микроморфологическом строении почвы (таблица 8) позволяют
диагностировать минералы, увидеть взаимное расположение фаз, формы
выделения частиц. С помощью микротомографии возможно исследование
почвенных агрегатов в их природном состоянии. В таблице показан фрагмент
изображений почвенных агрегатов в ненарушенном состоянии и в «срезе».
Таблица 8. Микроморфология торфянисто-подзолистой почвы (на примере
горизонта Т)
ГориМикротомография
Микроморфология
Зонт
Skyscan 1172
РЭМ НITACHI ТМ 3000
Т
На этих снимках самую темную окраску имеет воздух и, соответственно,
поры в почвенных агрегатах. Напротив, самые светлые участки представлены
фазами, которые состоят из химических элементов с наибольшим атомным весом.
На изображениях, образцы представлены довольно пестрой массой, где минералы
и органическое вещество почв находятся в тесной ассоциации.
12
3.3. Характеристика породы массива Иремель
Горный массив Иремель сложен сланцами хлорит-иллит-кварцевого
состава. Порода серо-черного цвета с выраженной слоистостью. Окраска пестрая,
неравномерная, образцы имеют плотное микросложение, видны вытянутые порытрещины по сланцеватости породы. Минеральный состав: кварц - 50-55 об.%;
иллит - 25-30 об.%; хлорит – 20-15 об.%; акцессорные минералы (моноцит,
ксенотим, рутил, циркон, флоренсит) – 3 об.%. Рентгенограмма образца породы
на рисунке 2.
в
б
а
Рисунок 2. Рентгенограмма исходного образца породы (а), его же,
этиленгликолем (б), и его же, прокаленного при 550 ОС в течение 2 часов (в).
насыщенного
По результатам расшифровки рентгенограммы удается идентифицировать
кварц, иллит, минерал группы хлорита и полевого шпата. Пики с d=7,07 Å и
d=3,53 Å исчезают после нагревания, что указывает на наличие минерала группы
хлорита, причем отражение первого порядка (001) усиливается, что указывает на
высокое содержание железа в хлорите.
Кварц является главным минералом горной породы, он представлен в виде
угловатых и округлых зерен. Средний размер зерен 0,07 мм. Кварц имеет низкие
серые цвета интерференции и волнистое погасание. Иллит представлен
бесцветными и желто-коричневыми пластинчатыми выделениями, которые
характеризуются высокими желто-синими тонами интерференции. Средний
размер выделений составляет 0,10-0,07 мм, характеризуется светло-желтым и
желто-коричневым цветами плеохроизма. Хлорит образует призматические
выделения, имеет зеленоватую окраску. Размеры выделений достигают 1 мм.
Включения акцессорных минералов обнаружены в хлорите и иллите.
13
3.4. Минералогический состав торфянисто-подзолистой почвы
По результатам расшифровки рентгенограмм однозначно удается
идентифицировать кварц, минерал группы хлорита и иллит. Пики с d=7,07 Å и
d=3,56 Å не исчезают после нагревания, что указывает на наличие минерала
группы хлорита, причем отражение первого порядка (001) усиливается, что
указывает на высокое содержание железа в хлорите. Рентгенограмма горизонта
ВС торфянисто-подзолистой почвы изображена на рисунке 3.
в
б
а
14,1
16,7
3,52
9,8
7,1
4,9 4,7 4,4
4,0
3,6 3,56
2-theta (Co)
Рисунок 3. Рентгенограмма горизонта ВС торфянисто-подзолистой почвы (а), его же,
насыщенного этиленгликолем (б), и его же, прокаленного при 550 ОС в течение 2 часов (в).
Таким образом, торфянисто-подзолистая почва полностью унаследовала
минералогический состав горной породы и содержит следующие минералы:
кварц, минерал группы хлорита, иллит.
3.5. Характеристика главных и акцессорных минералов
В результате минералогического анализа, в породе и торфянистоподзолистой почве было диагностировано 13 минералов (таблица 9). Главными
минералами почвы и породы являются кварц, иллит и Fe-аналог судоита.
Кварц является главным минералом почв и исследованной породы, и
образует минеральную матрицу. Кварц в породе представлен многочисленными
неправильными зернами со средним размером 0,08 мм, на изломе имеет синефиолетовые цвета интерференции.
В почвенных образцах кварц представлен в виде неправильных зерен и в
виде тонкодисперсной массы. В почвенных горизонтах встречаются единичные
кварцевые частицы размером до 1 см в диаметре.
14
Таблица 9. Минералы породы и почв массива Иремель
Почвенные
Минеральная
горизонты
Формула
Порода
фаза
Т EL ВТ ВС
Металлы
Серебро
Ag
+
Простые оксиды
Гематит
Fe2O3
+
+
+
+
Кварц
SiO2
+
+
+
+
+
Рутил
TiO2
+
+
+
+
Сложные оксиды
Ильменит
FeTiO3
+
+
+
+
Силикаты и их аналоги
Циркон
Zr(SiO4)
+
+
+
+
+
Иллит
K0,65Al2(Al0,65Si3,35O10)(OH
+
+
+
+
+
)2
Fe-аналог
Fe2Al3(AlSi3O10)(OH)8
+
+
+
+
+
судоита
Альбит
Na(AlSi3O8)
+
+
+
+
+
Фосфаты
Монацит
Ce(PO4)
+
+
Ксенотим
Y(PO4)
+
+
+
+
Флоренсит
CeAl3(PO4)2(OH)6
+
+
+
Ванадаты
Ферванит
Fe4(VO4)45H2O
+
+ − присутствие минерала
Иллит в образцах породы представлен многочисленными тонкочешуйчатыми
пластинчатыми выделениями со средним размером 0,07 мм, а в почвенных
горизонтах тонкодисперсными массами и чешуйками. Расчеты формул минералов
представлены в таблице 10.
В породе хлорит встречался в виде четких звездчатых выделений
призматического строения. Размеры звездчатых выделений достигают 1 мм и
имеют темную окраску. В почвах же, хлорит представлен остаточными
призматическими,
спутано-волокнистыми
или
слабо
оформленными
выделениями. В породе и в почвах хлорит по данным химического анализа
представлен Fe-аналогом судоита (таблица 11).
15
Таблица 10. Химический состав иллита (масс, %) и расчет формульных
коэффициентов по зарядам
Оксиды
Порода
Торфянисто-подзолистая почва
Т
ВТ
ВС
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
SiO2
52,64 53,81 52,33 54,91 53,73 54,20 55,07 57,91 52,81 53,33
Al2O3
34,47 35,57 37,09 32,94 34,19 33,94 34,25 27,77 34,45 34,61
FeOобщ
3,39
2,70
2,48
1,29
1,53
3,68
1,61
2,10
MgO
0,82
0,74
0,70
0,56
0,87
0,84
1,44
1,26
1,21
Na2O
1,00
1,32
2,10
1,00
1,36
1,21
0,85
1,36
0,89
0,76
K2O
7,70
8,56
8,48
7,75
7,68
8,49
7,45
7,84
8,98
7,99
Сумма
100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 99,99 100,0 100,0 100,0
Формульные коэффициенты
Катионы тетраэдрических позиций
Si
3,29
3,32
3,24
3,41
3,34
3,36
3,39
3,61
3,29
3,31
IV
Al
0,71
0,68
0,76
0,59
0,66
0,64
0,61
0,39
0,71
0,69
Сумма
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
Катионы октаэдрических позиций
AlVI
1,83
1,91
1,95
1,82
1,84
1,84
1,87
1,65
1,82
1,84
Fe2+
0,18
0,14
0,13
0,07
0,08
0,19
0,08
0,11
Mg
0,08
0,07
0,06
0,05
0,08
0,08
0,13
0,12
0,11
Сумма
2,09
1,98
1,95
2,02
2,02
1,99
2,03
1,97
2,02
2,06
Межслоевые катионы
Na
0,12
0,16
0,25
0,12
0,16
0,15
0,10
0,16
0,11
0,09
K
0,61
0,67
0,67
0,61
0,61
0,67
0,58
0,62
0,71
0,63
Сумма
0,73
0,83
0,92
0,73
0,77
0,82
0,68
0,78
0,78
0,72
Примечание: Расчет формулы производился по зарядам. Для иллита число
отрицательных зарядов по формуле KAl2(AlSi3O10)(OH)2 равно 22. Расчет производился по
практическому руководству и справочнику: «Формулы минералов» (Булах и др., 1995). Сначала
заполнялись катионы тетраэдрических позиций (Si, AlIV), затем оставшийся алюминий был
перенесен в октаэдрическую позицию с железом и магнием. Межпакетные катионы
заполнялись по остаточному принципу.
В иллит-хлорит-кварцевом сланце горного массива Иремель были выделены
два типа хлорита (Fe-аналога судоита): магнийсодержащие и безмагнезиальные. В
исследованных образцах почв минерал группы хлорита претерпевает изоморфные
замещения за счет чего в его структуру входит компенсирующий катион калия до
0,12 формульных коэффициентов. Отметим, что в состав хлорита из почвенных
горизонтов ВТ и EL характеризуется более высокими содержаниями магния по
сравнению с хлоритом из других почвенных горизонтов.
Монацит - в породе и почве встречался в виде отдельных и небольших
скоплений зерен в иллите. Ксенотим был обнаружен в породе и только в
горизонте EL торфянисто-подзолистой почвы. Гематит в почвах присутствует в
виде отдельных небольших зерен и в виде «пленки». При этом «пленочные»
формы образуются на хлорите и иллите. Ильменит – минерал из класса сложных
оксидов, устойчив к выветриванию за счет чего накапливается в почвах, он был
обнаружен только в почвенных образцах в виде таблитчатых кристаллов.
16
Таблица 11. Химический состав Fe-аналога судоита (масс, %) и расчет
формульных коэффициентов по зарядам
Оксиды
Порода
Торфянисто-подзолистая почва
Т
EL
ВТ
ВС
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
SiO2
34,21 34,45 27,09 29,90 35,98 33,80 31,44 34,51 37,34 39,40 34,13
Al2O3
43,47 43,91 41,29 44,38 41,84 42,92 44,19 25,91 28,95 23,99 42,41
FeOобщ 20,64 20,15 31,61 25,72 20,26 21,32 22,61 28,71 16,06 17,04 21,67
MgO
1,68 1,49
1,54 1,68 1,51 10,56 17,20 19,18 1,78
K2O
0,37 0,28 0,25 0,31 0,45 0,39
Сумма
100,0 100,0 99,99 100,0 99,99 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 99,99
Формульные коэффициенты
Катионы тетраэдрических позиций
Si
2,90 2,91 2,47 2,71 3,05 2,89 2,71 3,12 3,16 3,36 2,91
AlIV
1,10 1,09 1,53 1,29 0,95 1,11 1,29 0,88 0,84 0,64 1,09
Сумма
4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00
Катионы октаэдрических позиций
VI
Al
3,25 3,29 2,91 3,29 3,22 3,21 3,20 1,88 2,05 1,77 3,18
Fe2+
1,46 1,42 2,41 1,88 1,43 1,52 1,63 2,17 1,14 1,21 1,55
Mg
0,21 0,19
0,19 0,21 0,19 1,42 2,17 2,44 0,23
K
0,04 0,03 0,03 0,04 0,05 0,04
Сумма
4,92 4,90 5,32 5,17 4,88 4,97 5,05 5,47 5,36 5,46 4,96
Примечание: Расчет формулы производился по зарядам. Для судоита число
отрицательных зарядов по формуле Mg2Al3(AlSi3O10)(OH)8 равно 28. Расчет производился по
практическому руководству и справочнику: «Формулы минералов» (Булах и др., 1995). Сначала
заполнялись катионы тетраэдрических позиций (Si, AlIV), затем оставшийся алюминий был
перенесен в октаэдрическую позицию с железом и магнием.
Рутил и циркон распространенные акцессорные минералы в
метаморфических горных породах. Накапливаются в почвах, так как являются
устойчивыми к выветриванию минералами. Форма выделений рутила - вытянутые
кристаллы, циркон встречался в виде зерен. Они находились в виде включений в
иллите. Ферванит Fe4(VO4)45H2O – минерал группы ванадия и самородное
серебро были диагностированы в гумусовом горизонте торфянисто-подзолистой
почвы.
3.6. Охрана почв Республики Башкортостан
В настоящий момент Красная книга почв Республики Башкортостан не
создана. На сегодняшний день существует Красная книга почв России, и
отдельных субъектов Российской федерации: Московской, Оренбургской,
Тульской областей и других.
Центральное место в Красной книге должны занимать почвенные эталоны,
представляющие почвы, широко распространенные на данной территории.
Перечень типов почв, которые следует отнести к категории почвенных
эталонов для горно-лесной зоны Башкортостана:
 Петроземы темногумусовые
 Литоземы темногумусовые
 Темногумусовые почвы
17
 Темно-серые почвы
 Черноземы миграционно-мицелярные
 Аллювиальные темногумусовые глеевые почвы
Данные типы почв являются самыми распространенными на территории
низко- и среднегорного рельефа Южного Урала (на примере хребтов Кибиз и
Олотау). Это характерные и наиболее представительные почвы, определяющие
тип коренных биогеоценозов и природных комплексов.
Почвы горного массива Иремель внесены в Красную книгу почв России
(2009). Экосистемы массива чутко реагируют на изменения климатических
условий и особенности формирования почв связаны с поступление органического
вещества.
Количество ООПТ на территории Башкортостана с каждым годом растет.
Исследования почв ООПТ позволит дать им полноценную характеристику как
части охраняемого природного комплекса.
Выводы
1. В результате морфологических исследований на территории хребтов Кибиз
и Олотау и горного массива Иремель диагностированы и описаны следующие
типы почв: петроземы темногумусовые, литоземы темногумусовые, литоземы
перегнойно-темногумусовые, темногумусовые и перегнойно-темногумусовые
почвы, подзолистые почвы, темно-серые почвы, черноземы миграционномицелярные и аллювиальные темногумусовые глеевые почвы. За счет рельефа и
литологического фактора почвообразования наибольшее распространение имеют
литоземы, петроземы, темногумусовые и темно-серые почвы.
2. Содержание гумуса в гумусовых горизонтах темно-серых почв варьирует от
5,0 до 7,9%; в литоземах колеблется в пределах 7,5%; в перегнойнотемногумусовых почвах от 6,2 до 7,8%; в аллювиальной почве 8,3%. Степень
кислотности почв варьирует в литоземах от 5,7 до 6,0; в темногумусовых почвах
от 5,0 до 6,2; в темно-серых почвах от 4,9 до 5,8 (по значениям рН водной
суспензии). Темно-серые почвы характеризуются короткопрофильностью,
гуматным типом гумуса, высокими значениями емкости катионного обмена.
3. Мезоморфологические исследования показали, что органическое вещество
гумусового горизонта ассоциировано с минеральной массой, наблюдается обилие
копролитов, корней и слаборазложившихся растительных остатков. Гумусовоэлювиальный горизонт характеризуется неоднородной окраской, прослеживаются
процессы выноса материала в нижележащие горизонты. В субэлювиальном
горизонте представлены некоторые морфологические фрагменты текстурного
горизонта, обильные силтаны и скелетаны. В текстурном горизонте имеются
многочисленные гумусово-глинистые кутаны, которые приурочены к
поверхности агрегатов. В переходных к породе горизонтах прослеживаются
многослойные
кутаны
иллювиирования,
приуроченные
к
порам.
Микроморфологические исследования торфянисто-подзолистой почвы горного
массива Иремель показали, что соотношение органического материала и
минеральных фаз меняется вверх по профилю в пользу органического вещества.
18
4. В горной породе массива Имерель диагностированы: кварц, иллит, Feаналог судоита, рутил, циркон, альбит, монацит, ксенотим, флоренсит. В почвах
горного массива Иремель распространены кварц, иллит, Fe-аналог судоита, а в
торфянисто-подзолистой почве дополнительно обнаружены: гематит, рутил,
ильменит, циркон, альбит, монацит, ксенотим, серебро, флоренсит и ферванит.
Почвы
унаследовали
минералогический
состав
горной
породы.
Минералогическая дифференциация профиля не выражена в литоземах и
темногумусовых почвах, а в торфянисто-подзолистой почве прослеживается
изменение содержания хлорита и иллита по горизонтам.
5. Минеральная матрица почв массива Иремель состоит из кварца, Fe-аналог
судоита
и
иллита.
Хлорит
представлен
призматическими
и
скрытокристаллическими массами, характеризуется высоким содержанием железа
(до 31% в породе и 28% в почве). В результате расчета формульных
коэффициентов составлена кристаллохимическая формула магнезиальножелезистого хлорита: (Fe2+1,55Mg0,28)1,83Al3,20((Si2,76Al1,24)4,00O10)(OH)8. Химический
состав иллита характеризуется высоким содержанием алюминия (до 37% в породе
и 34% в почве). При этом в иллите породы содержится больше железа и магния в
октаэдрической позиции чем в иллите почв. В результате расчета формульных
коэффициентов
составлена
кристаллохимическая
формула
иллита:
2+
(K0,61Na0,12)0,73(Al1,83Fe 0,18Mg0,08)2,09((Si3,29Al0,71)4,00O10)(OH)2.
6. В горно-лесной зоне Южного Урала и на территории изученных ООПТ
выявлены особо ценные почвенные объекты, относящиеся к категории
«почвенные эталоны»: петроземы темногумусовые, литоземы темногумусовые,
темногумусовые почвы, темно-серые почвы, черноземы миграционномицелярные, аллювиальные темногумусовые глеевые почвы.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях из Перечня российских рецензируемых научных
журналов, рекомендованных ВАК
1. Халитов, Р.М. Горные почвы Южного Урала (на примере Национального
парка «Башкирия») [Текст] / Р.М. Халитов, Е.В. Абакумов, Р.Р. Сулейманов, Э.Ю.
Котлугалямова // Известия Самарского НЦ РАН, Самара. - 2011. - Т.13, №5-2. - С.
128-130.
2. Халитов, Р.М. Почвы надпойменных эрозионных и эрозионноаккумулятивных террас древних речных долин Южного Урала, Башкортостан
[Текст] / Р.М. Халитов, Е.В. Абакумов, Р.Р. Сулейманов, Э.Ю. Котлугалямова //
Известия Самарского НЦ РАН, Самара. - 2012. - Т.14, №5-1. - С. 45-48.
3. Халитов, Р.М. О создании Красной книги почв республики Башкортостан
[Текст] / Р.М. Халитов, Е.В. Абакумов, Р.Р. Сулейманов // Известия Самарского
НЦ РАН, Самара. - 2013. - Т.15, №3-2. - С. 874-876.
4. Сулейманов, Р.Р. Характеристика почвенного покрова Природного парка
«Иремель» [Текст] / Р.Р. Сулейманов, И.М. Габбасова, И.К. Хабиров, Е.В.
Абакумов, Р.М. Халитов, А.Ф. Нигматуллин // Известия Самарского НЦ РАН,
19
Самара. - 2013. - Т.15, №3-4. - С. 1440-1443.
5. Халитов, Р.М. Классификационное положение некоторых почв горнолесной зоны Южного Урала в новой Классификации и диагностике почв России
2004 года [Текст] / Р.М. Халитов, В.С. Сергеев // Вестник Башкирского
государственного аграрного университета, Уфа. - 2015. - №1(33). - С. 32-35.
6. Халитов, Р.М. Минералогический состав коренной горной породы
торфянисто-подзолистой почвы горного массива Иремель, Южный Урал [Текст] /
Р.М. Халитов, Е.Н. Перова, Е.В. Абакумов, Р.Р. Сулейманов // Почвоведение,
Москва. - 2017. - №8. - С. 992-1001.
Публикации в других научных изданиях
7. Абакумов, Е.В. Предварительные сведения о почвах хребта Кибиз (Южный
Урал, Башкирия) [Текст] / Е.В. Абакумов, Р.М. Халитов, Э.Ю. Котлугалямова,
Р.Р. Сулейманов // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной
экологии, Самара. - 2011. - Т. 20, №3. - С. 166-170.
8. Халитов, Р.М. Характеристика почвенного покрова хребта Олотау
(Южный Урал, Башкирия) [Текст] / Р.М. Халитов, Е.В. Абакумов, Р.Р.
Сулейманов, Э.Ю. Котлугалямова // Самарская Лука: проеблемы региональной и
глобальной экологии, Самара. - 2012. - Т. 21, №3. - С. 170-173.
9. Халитов, Р.М. Мезоморфологические свойства темно-серых почв
низкогорного рельефа восточной области гор Южного Урала [Текст] / Р.М.
Халитов, Е.В. Абакумов // Материалы по изучению русских почв. Вып. 7 (34): Сб.
науч. докл. / Под ред. Б.Ф. Апарина.– СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. - 2012. - С.
164-168.
10. Котлугалямова, Э.Ю. Почвенно-экологическая характеристика горных
участков Национального парка «Башкирия» [Текст] / Э.Ю. Котлугалямова, Р.Р.
Сулейманов, Е.В. Абакумов, Р.М. Халитов // Самарская Лука: проблемы
региональной и глобальной экологии, Самара. - 2013. - Т. 22, №3. - С. 166-170.
11.Халитов, Р.М. Минералогический состав илистой фракции подзолистой
почвы на метаморфических породах горного массива Иремель, Южный Урал
[Текст] // Материалы по изучению русских почв. Вып. 8 (35): Сб. науч. докл. / Под
ред. Б.Ф. Апарина.– СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. - 2014. - С. 201-204.
12.Халитов, Р.М. Классификационное положение горно-лесных почв Южного
Урала [Текст] / Р.М. Халитов, Е.В. Абакумов // «Фундаментальные и прикладные
вопросы лесного почвоведения»: материалы Всероссийской
конференции,
Сыктывкар. - 2015. - С. 70-72.
13.Халитов, Р.М. Редкие и уникальные почвы Башкортостана [Текст] //
Аграрная наука в инновационном развитии АПК: материалы XXVI
Международной науч.-практ. конф. в рамках XXVI спец. выставки
«агрокомплекс-2016» / Башкирский ГАУ, Уфа. - 2016. - С. 215-218.
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
899 Кб
Теги
южного, массивы, зоны, олотау, характеристика, почва, горного, кибиз, лесной, урала, хребтов, горной, иремель, пример
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа