2. Педогалогенез

Характер засоления почв отличается зональностью. Правобережье Оби характеризуется отсутствием засоления рыхлых пород зоны аэрации, гидрокарбонатно-кальциевым составом вод и отсутствием опасности вторичного засоления почвогрунтов при орошении.

На водораздельных пространствах Приобского плато, c мощностью зоны аэрации 5-10 м, почвогрунты не засолены. Содержание водорастворимых солей не превышает 0,1-0,2 %. На выступающих участках равнины преобладают гидрокарбонаты, на склоновых – сульфаты и гидрокарбонаты. Северные склоны практически не засолены, южные засолены локально (с засоленностью 0,15-0,20% сульфатного типа).

В левобережье Оби в верховьях ложбин древнего стока содержание солей составляет от 0,1 до 0,3%, с пятнами средне- и сильно-засоленных почвогрунтов. Тип засоления сплошной, с ведущей ролью сульфатов и гидрокарбонатов; реже отмечается сода и еще реже хлориды.

В пределах средней и нижней части этих долин значительно участие грунтов с повышенной засоленностью, вплоть до развития солончаков.

В замкнутых пониженных формах рельефа появляются горько-соленые озера. В северных частях тип засоления содовый, на юг и юго-запад меняется на сульфатный. Сумма солей достигает 2%. Средневзвешенное их содержание на мощность зоны аэрации достигает 0,5-0,6%.

Особое место среди ложбин древнего стока занимают долины Бурлы и Кулунды, для которых в почвогрунтах показательны меньшие содержания водорастворимых солей (из-за ежегодных промывок весенними паводками). Преобладает содовый тип засоления. Участки с лесной растительностью не засолены.

Максимальные соленакопления приходятся на глубины 30-100 см на южных склонах.

Для Кулундинской аллювиальной равнины характерен западинный рельеф, с приуроченностью крупных соленых и горько-соленых озер к замкнутым бессточным впадинам. Специфичен солончаковый тип засоления. При мощности зоны аэрации до 2,5-3 м формируются сильно засоленные породы и солончаки. Тип засоленияя сульфатно-содовый и содово-сульфатный.

Содержание солей при максимальном соленакоплении 0,6-2,0%, глубина горизонта засоления до 0,3 м, редко 0,5-1,0 м. Средневзвешенное содержание солей в зоне аэрации до 0,5-0,7%.

Ведущие типы засоления: содовый, гидросодовый, гипсовый, бессодовый-безгипсовый (может преобладать любая соль).

В целом для региона характерно увеличение интенсивности засоления пород с востока на запад.

Современное засоление почв Кулундинской равнины связано с интенсивными испарениями почвенных и грунтовых вод в условиях близкого залегания их от дневной поверхности.

Для Кулунды в общем характерно разнообразное зосоление почв практически всеми указанными типами. Специфична сложная структура засоленного почвенного покрова. Типично проявление галогеохимической зональности. Весьма значителен диапазон изменений почвенной pH (от 9 до 5,5 ?).

3. Микроэлементный состав почв

Изучению химических элементов в природных объектах придается большое значение, так как оно помогает понять многие события биогеохимического и экологического плана.

Относительно средних содержаний микроэлементов в почвах региона, по сравнению с усредненными общими данными, в Западной Сибири накапливаются Hg, As, P, менее Pb, Zn, Rb, Mo, Cu. Обеднены равнинные почвы Cd, Ge, Be, Ga, а также Zr, Sr, V, Ti.

В почвах лесостепной зоны, по сравнению с почвами таежных равнинных областей Западной Сибири, заметно понижены содержания Co, Cu, Cd и повышены Zn, As, Rb, отчасти Hg. Одновременно они богаче V, Rb, Pb.

Для почв степной зоны характерно накопление таких малоподвижных в зоне гипергенеза элементов как Ti, V, Ba, а также Pb и Ga, и недостаток Co, Sr и Cd.

Таким образом, в зависимости от климатической зональности, рассматриваемые почвы можно подразделить на три группы (по содержанию металлических компонентов):

1. Li, V, Ga, Rb, Ba – содержание их возрастает от гумидных зон к аридным.

2. Cr, Mn, Sr, Cd – содержания снижаются в том же направлении.

3. Ti, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Hg, Pb –

определенной зависимостиотклиматической зональности не проявляют.

Распространение микроэлементов в покровных отложениях и почвах определяются их генезисом, гранулометрическим и минеральным составом, физико-химическими и химическими свойствами, а также миграционными способностями элементов в данной среде.

В Кулунде широко распространены субаэральные нерасчлененные четвертичные отложения и верхнечетвертичные – лессовидные суглинки мощностью 0,2-1,5 м и более, перекрывающие гривообразные и увалообразные повышения. Они характеризуются небольшим содержанием карбонатов и легкорастворимых солей, преобладанием в составе глин гидрослюд. На них формируются черноземы и серые лесные почвы.

Лессовидные суглинки Приобья, предгорий и низкогорий Салаира и Алтая относятся к полигеничным субаэрально-субаквальным отложениям. В их составе из глинистых компонентов преобладают гидрослюды. На них формируются черноземы, каштановые и серые лесные, дерново-подзолистые, а в горных районах – черноземовидные и горно-лесные почвы.

В повышенных геоморфологических структурах они содержат меньше кварца, а доля химически слабо выветрелых компонетов относительно велика.

Они относятся к гиперстен-амфибол-эпидотовой провинции I типа.

Указанное разнообразие – главная причина варьирования в почвообразующих породах и почвах рассматриваемых химических элементов.

Основные породные факторы – литологические и литохимические. Значительно влияние гранулометрии. Существует мнение, что именно гранулометрический состав пород, а не генезис и почвообразование определяют содержание микроэлементов в породах и почвах. Особенно это присуще физической глине. Значима подобная зависимость и от минералогического состава, в том числе и особенно глин. Так, содержания тяжелых металлов определяются областями сноса Алтае-Саянской складчатой области.

В целом облегчение гранулометрического состава почв в Кулунде сопровождается снижением содержаний большинства микроэлементов. На юго-востоке, с приближением к горному обрамлению, в почвах возрастает концентрация элементов, генетически связанных с рудоносностью пород этой области – As, Cu, Mo, P, Sn, Zn.

Уровень содержаний микроэлементов на юге Западной Сибири крайне неодинаков – от очень низкого до очень высокого.

Выделяется несколько почвенно-геохимических провинций. Здесь длительное время происходило и происходит перераспределение солей между геоморфологическими структурами и элементами рельефа, ставшими одной из основных причин засоления почв пониженных пространств лесостепной и степной зон. Помимо традиционных катионов - Na, Mg, Ca, а также сульфат-, карбонат-, хлорид-анионов, выявлены высокие концентрации В и галогенов – Br, F и Cl.

Борная почвенно-геохимическая провинция представлена рядом ареалов в Кулунде. Обычно аккумуляции бора пространственно совпадают с накоплениями хлоридов, сульфатов, карбонатов. Наибольшие количества бора наблюдаются в засоленных и солонцеватых почвах. Насыщенность бором поверхностных вод нарастает с севера на юг, с максимумом в озерах Кулунды.

От концентрации в почве его подвижной формы зависит поступление бора в растения: он существенно различен в межгривных понижениях и по периферии озер, где сосредоточены естественные пастбища и сенокосы, и на вершинах грив, где находятся пашни.

Бораты токсичнее хлоридов, сульфатов, карбонатов. Они вызывают такие эндемичные заболевания животных как борные энтериты (воспаления тонких кишок).

Самая общая закономерность в распределении фтора – увеличение количества галогенов с юга на север. В связи с утяжелением гранулометрического состава почв. При 20 % содержания физической глины количество фтора составляет 100-250, при 60 % - 400-500 мг/кг.

Наблюдается рост воднорастворимых его форм от таежной зоны к степной, от легких почв к тяжелым, от автономных ландшафтов к подчиненным. Почвы таежной зоны обеднены воднорастворимым фтором. Мало галогенов здесь в поверхностных и грунтовых водах. Содержания его увеличиваются в засоленных щелочных почвах и водах южной части региона. В засоленных почвах понижений оно нередко превышает ПДК.

Оказывает влияние и гумусированность почв.

Наибольшая контрастность всех галогенов отмечена в почвенном покрове гривного рельефа.

Неглубоко залегающие грунтовые воды с высокой концентрацией B, F, J могут подпитывать нижние почвенные горизонты воднорастворимыми солями этих элементов.

На высоких позициях в пищевых цепочках возможен дефицит галогенов, на низких – их избыток.

При щелочной реакции вод подвижность микроэлементов увеличивается и возрастает их поступление в растения.

В подземных водах количество фтора ближе к гигиеническому уровню, а концентрации иода недостаточны в таежной зоне и часто избыточны в степной.

Наблюдается избыток брома на засоленных территориях юга Западной Сибири, где его концентрации в несколько раз превышают ПДК.

Таким образом, по галогенам на юге Западной Сибири сформировалась обширная биогеохимическая провинция, где в пищевых цепочках большую роль играют фтор и иод. Выявлены территории с дефицитом или избытком их в почвах и питьевых зонах. В Кулунде в условиях гривного рельефа обычно соседствуют очаги дефицита и избытка.

Значительные площади с торфянниками и торфяными почвами слагают провинцию дефицитную для растений по меди.

На юге Западной Сибири отмечается почвенно-геохимическая провинция с высоким валовым содержанием мышьяка. Ее ядро – юго-восточная часть Западно-Сибирской низменности. Содержания As составляют от 15 до 35 мг/кг. Отечественный гигиенический норматив ПДК – 2 мг/кг для легких почв и до 10 мг/кг для тяжелых с нейтральной средой.

По количественному фактору почвы должны представлять казалось бы большую экологическую опасность. Но токсикозы не зафиксированы. Вероятно потому, что почвенный мышьяк мало подвижен и его поступления в пищевые цепочки ограничены (количество мышьяка в растительной продукции мало). При возрастании щелочности почв (до pH 9-10) этот элемент станет подвижным, а это опасно.

В щелочной среде повышается и мобильность молибдена. Его много в почвах юга, особенно восточной окраины Западно-Сибирской равнины. Повышенные количества молибдена обнаружены в болотно-солончаковой и солонцево-солончаковой растительности на пастбищах и сенокосах Барабы.

Повсеместно отмечается дешицит доступного растениям цинка. Однако сильного голодания растений в отношении этого элемента нет. Но, если мы вносим в почвы большие дозы фосфора, то он отчетливо проявляется.

Могут существовать и другие дефицитные и избыточные микроэлементы, но они очень слабо изучены.

Из исследованных взаимоотношений элементов для стронция важную роль играет его баланс с кальцием: при малых значениях Ca/Sr нарушается кальциевый обмен и может возникнуть уровская болезнь (или болезнь Кашина-Бека), у животных – стронциевый рахит.

Низкое содержание Ca/Sr в почвах и водах сказывается и на химическом составе растений. В вегетативной массе это отношение может опускаться до 15-50, что существенно ниже порога этого параметра (80-140). А это означает недостаточную минеральную ценность выращиваемой на засоленных почвах растительной продукции, что может привести к заболеванию населения и животных.

Техногенные геохимические провинции по сравнению с природными почвенно-геохимическими не столь оширны. Но опасны. Это не только «приоритетные» Pb, Cd, Zn, Cu, но порой и малоизученные (Bi, Ce, Nb, Sn, W и др., например для Новосибирска).

Необходимо тщательное изучение растительной продукции. Основную роль в буферных свойствах почв играют глинистые частицы, гумус, гидроокислы и окислы полуторных элементов, реакции среды.

Проникающие в растения ионы задерживаются преимущественно в корнях. Небольшая их часть поступает в наземные органы (стебли, листья), совсем малая – в органы запасания ассимиляторов (плоды, корне- и клубнеплоды, луковицы и т.п.). Резервы растений в охране элементно-химического гомеостаза в важнейших органах значительны, но уступают в этом буферным свойствам почв.

Таким образом, снижение экологической остроты на пахотных угодьях в основном зависит от свойств загрязняемой почвы. Роль возделываемой культуры не так существенна, причем у разных культур она неодинакова: в большей степени сохранять экологически чистыми органы запасания ассимиляторов удается зерновым культурам, томату, белокачанной капусте, в меньшей – корне- и клубнеплодам.

В целом, на юге Западной Сибири биогеохимические и экологические проблемы прежде всего связаны с естественным избытком B и Br в пищевых цепочках в Кулунде, с дефицитом F и J в Приобье, с недостатком Cu на мелиорируемых торфянниках, с техногенным загрязнением воздушного бассейна и сельскохозяйственных культур в промышленных городах и их пригородах.