62

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биолого-почвенный факультет

Кафедра почвоведения и агрохимии

МИКРОБИОМОРФНЫЕ КОМПЛЕКСЫ СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВ СЕВЕРО-ВОСТОКА ЯКУТИИ

Дипломная работа по специальности - 013000 – почвоведение

(013001 - специализация генезис и эволюция почв)

Допущено к защите в ГАК

Зав. кафедрой __________ Щеглов Д.И. доктор биологических наук, профессор.__.__.2011

Студентка __________ Соловьева О.М.

Руководитель __________ Джувеликян Х.А. профессор, ст.научн.сотр. доктор

биологических наук

Рецензент______________ Яблонских Л.А. профессор, доктор биологических наук

Воронеж 2011

УДК 631.445.41

РЕФЕРАТ

Соловьева О.М. Микробиоморфные комплексы современных почв северо-востока Якутии.

Дипломная работа . Воронеж, 2011. 55 с., 6 рис., 11 табл., 7 прилож., библ. источн. 59..

Криозем торфянисто-перегнойный пылевато-легкосуглинистый, криозем глееватый пылевато-суглинистый, глеезём криотурбированный суглинистый и глеезем (типичный) суглинистый, микробиоморфы, фитолитный анализ.

В дипломной работе изучены микробиоморфные комплексы и химические характеристики современных мерзлотных почв Северо-Востока Якутии. Выявлены состав и распределение разных типов микрофоссилий в почвенных профилях, зоны тундры и севера таёжной зоны. В результате исследований были изучены биоморфные спектры двух типов биоценозов (тундры и лиственничного редколесья), что позволило оценить закономерности аккумуляции и трансформации микрофоссилий в мерзлотных почвах разных зон. Выявленные зоны максимума связаны с криогенными процессами в профиле.

Проведено озоление основных видов растительности ключевых участков. Выявлено соответствие с формами, выделенными из почвенного профиля. Установлено, что разнообразие морфологических форм фитолитов в современных почвах меньше, чем в растениях.

Содержание стр.

Введение 4

1. Литературный обзор 8

   1. Физико-географическая характеристика района исследования 8

   2. Климат 8

   3. Растительный покров 9

   4. Почвообразующие породы и рельеф 12

   5. Особенности педогенеза 14

   6. Характеристика почв и типов биоценозов 15

1.6.1 Почвы 15

7. Растительные сообщества 17

1. Тундра 17

2. Предтундровые редколесья 18

2. Объекты и методы исследований 20

2.1. Методы исследований 20

2.1.1. Микробиоморфный анализ 20

2.1.2. Фитолитный метод 21

2.1.3 Озоление 22

2.1.4. Химические методы 22

2.2. Основные типы микробиоморф 24

3. Результаты и обсуждения 30

3.1. Химические характеристики почв ключевых участков 30

3.2. Основные характеристики микробиоморф из

многолетнемёрзлых почв Северо – Востока Якутии 31

Заключение 46

Список литературы 47

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

Одним из основных разделов исследования почв и отложений различного генезиса является морфологический, изучающий морфоны разного масштаба – от субмикроскопических глинистых частиц до горизонтов, профилей и даже фрагментов почвенного покрова. (Розанов, 1983). Однако при этом из поля зрения исследований выпадает существенная часть включений и новобразований биогенного происхождения (биоморф), как правило, рассеянная в почвенной или иной вмещающей их массе.

В почвах и седиментах существует группа объектов – микробиоморфы, которые хорошо известны (Тюрин, 1937; Усов, 1943; Полынов, 1944; Скрынникова, 1944; Вильямс, 1949; Пономарева, Сотникова, 1972; Добровольский, Шоба, 1972; Рубилина, 1983; Роде, 1984; Ковда,1985; Штина, 1987; Добровольский, 1999), однако их информационная роль детально не исследована. Вместе с тем в общей системе научных знаний важен каждый элемент, в том числе микробиоморфы, которые дают новые данные для понимания процессов генезиса и географии природных систем и их взаимосвязи (Гольева, 2008).

Биогенные включения и новообразования представлены в почвах очень широко, от крупных и сложносоставных форм, таких как кротовины, сурчины, до микроскопических остатков биоты. Микробиоморфы - обязательный компонент природных и антропогенных систем. Они являются индикаторами особенностей функционирования почв и ландшафтов в целом (Гольева,2008).

Микробиоморфы очень разнообразны. Однако по составу их можно разделить на две большие группы: органические новообразования (пыльца и споры растений, углистые частицы, травянистый и древесный детрит) и минеральные, кремнеземистые включения (фитолиты, спикулы губок, диатомовые и.т.д.). Каждая из микробиоморф связана с определенными типами ландшафта и несет свою информационную нагрузку, свидетельствующую об отдельных этапах его развития.

Наиболее интересна информация, получаемая при комплексном изучении всех микробиоморф. Одновременно учет количественных и качественных характеристик всех присутствующих в образце частных микробиоморф дает новую информацию, которую в ряде случаев невозможно получить при использовании традиционных методов. Поэтому основу микробиоморфологии составляет изучение не отдельных частных микробиоморф, а их совокупный анализ.

Изучение микробиоморфных комплексов позволяет получать дополнительную информацию для выработки новых или подтверждения имеющихся гипотез в дискуссионных вопросах почвоведения и эволюционной географии.

В микробиоморфном методе важную роль играют количественные характеристики комплекса микробиоморф. Это связано с тем, что каждый тип почв и отложений содержит свой, специфический, свойственный только ему количественный и качественный набор микробиоморф.

При своей универсальности микробиоморфный метод исследования почв и седиментов имеет свои ограничения, связанные с невозможностью выделения микробиоморф или их утратой. Малоинформативными с позиции микробиоморфологии являются: песчанные и щебнистые отложения и почвы за счет высокой порозности пород, способствующей миграции мелкозема, эродированные и склоновые поверхности, где происходит снос всех частиц, включая и микробиоморфы. На Северо-Востоке Якутии это аллювиальные, деллювиальные отложения.

Почва, будучи открытой информационной системой, постоянно получает информацию в виде энергии и вещества о факторах, формирующих ландшафт. Одна часть информации со временем утрачивается, но другая - остается в почвенном покрове, в том числе в виде комплексов микробиоморф. Они сохраняют свои параметры на протяжении значительных отрезков времени и являются одним из компонентов такой памяти почв и седиментов (Таргульян, Соклов, 1976).

Цель работы: изучить микробиоморфные профили многолетнемёрзлых почв Северо-Востока Якутии.

Задачи:

1. Исследовать основные горизонты профилей современных почв тундровой зоны и севера таёжной зоны на наличие биоморф, установить состав и распределение и информационные возможности их в почвенном профиле, выявить особенности формирования биоморфного профиля почв Северо-Востока Якутии.

2. Сопоставить состав фитолитов, продуцируемый основными видами современной растительности с фитолитными комплексами, выделенными из почв.

Защищаемые положения:

Распределение микрофоссилий в почвенных профилях носит убывающий с глубиной характер. Возрастание количества и разнообразия фитолитов в минеральных горизонтах мерзлотных почв связано с криотурбационными процессами.

Изучены фитолиты, продуцируемые основными видами современной растительности. Фитолиты выделенные из почв, соответствуют морфотипам в растениях. Установлено, что в растениях содержится ряд морфотипов не встреченных в современных почвах.

Приуроченность конкретных биоморф к определённым условиям и биоте позволяют использовать их в качестве индикаторов биоценозов в зоне распространения многолетнемёрзлых отложений.

Актуальность и научная новизна: В почве и осадочных отложениях, постоянно накапливается и консервируется информация в виде микроскопических остатков, которые являются индикаторами среды их формирования и дают информацию о факторах и процессах времени их формирования. Существенная часть этих остатков биологического происхождения. Биоморфный анализ - это комплексный анализ различных биоморф (фитолитов, спор, пыльцы, раковин амёб, спикул губок, панцирей диатомовых водорослей, грибных гиф, углистых частиц, детрита, остатков клещей и т.д.). Сопряжённое изучение характеристик всего комплекса биоморф позволяет получить дополнительную информацию, которую в ряде случаев не возможно получить при проведении частных анализов. Существует связь растительных сообществ с формируемыми ими комплексами макро - и микроостатков в почвах, которая четко не установлена, а современных почв в тундровой зоне Северо-Востока России практически не исследовалась.

Практическая значимость: В результате проведенного исследования получены новые характеристики почвенных профилей на микроуровне. Результаты важны для отработки методики микробиоморфного анализа и создания базы данных по современным почвам. Полученные результаты существенно дополнят имеющиеся сведения об истории развития фитоценозов и значительно повысят возможности палеоэкологических реконструкций как на уровне фитоценозов, так и экосистем.

Декларация личного участия: Автор дипломной работы принимала участие в проведении всех видов химических анализов образцов мерзлотных почв, подготовке и микроскопировании материала из почв и растительности.

Благодарности: Дипломная работа выполнена в лаборатории криологии почв Учреждения Российской академии наук Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. Автор выражает искреннюю признательность руководителям дипломной работы, с. н. с., к. б. н. Ходжаевой А. К., а также с. н. с. С.В. Максимовичу, с. н. с. Д.Г. Фёдорову-Давыдову, за помощь в проведении анализов, предоставленные полевые материалы, полезные консультации и помощь в интерпретации результатов исследования.

Глава 1. Литературный обзор

1. Физико-географическая характеристика района исследования

Колымская низменность является частью обширной Приморской низменности, расположенной на Северо - Востоке Сибири. Ее северной границей служит береговая линия Восточно- Сибирского моря; северо-восточная оконечность совпадает с низкими отрогами Анюйского хребта; с юго-востока и юго-запада территория ограничена Юкагирским и Алазейским плоскогорьями; с запада от Яно- Индигирской низменности ее отделяет кряж Улахан-Сис.

2. Климат.

Между Леной и Колымой расположен наиболее континентальный участок тундр и предтундровых редколесий. Среднегодовая температура на севере Колымской низменности варьирует в пределах –10…-14ºС, среднемесячная температура июля +6…+13ºС. Продолжительность периода положительных среднесуточных температур - 110-120 суток а периода температурой выше 5 ºС – не превышает 60 суток в году. Сумма температур выше 5ºС составляет около 370º снежный покров держится 8-9 месяцев. За год выпадает 200-300 мм осадков, при этом важно отметить, что на летний период приходится всего 60-130 мм. Среднелетняя величина коэффициента увлажнения составляет 0,6-0,8. среднегодовая температура многолетнемерзлых пород на водоразделах - -11 -13 ºС. Различия в климатических показателях между тундровой зоной и подзоной северной тайги (предтундровые редколесья). Основное отличие заключается в термическом факторе, в тундре- ниже среднегодовая температура, ниже средняя температура июля, однако в предтундровых редколесья ниже средняя температура января за счет большей удаленности от океана, большей континентальности. Коэффициент увлажнения ниже в предтундровых редколесьях (табл. 1.1). Для последних, следует учитывать и больший транспирационный потенциал древесной растительности.

Таблица 1.1.

Климатические показатели тундры и предтундровых редколесий Колымской низменности

Показатель	Тундра	Предтундровые редколесья (северная тайга)
Среднегодовая температура воздуха, ОС	-12…-14	-10…-12
Температура июля, ОС	+6…+11	+9…+13
Температура января, ОС	-35	-40
Осадки, мм	200-300 из них 60-130 летом	нет данных
Коэффициент увлажнения	Годовой 0,9-11 Летний 0,6-0,8	Годовой 0,7-1,0 Летний – нет данных
Продолжительность периода положительных среднесуточных температур, сутки	110-120	нет данных
Снежный покров, месяцы	8-9	нет данных

3. Растительный покров.

По геоботаническому районированию Арктики, предложенному В.Д. Александровой (1977), Нижнеколымская тундра входит в состав двух округов: субарктическая часть – в Алазейско-Колымский округ Яно-Индигирской подпровинции Восточно – Сибирской провинции подобласти субарктических тундр, арктическая часть – в Нижнеалазейско-Приколымский округ Восточно-Сибрской провинции подобласти арктических тундр.

В пределах округов выделяются широтные полосы: южная, средняя и северная – для субарктических тундр, южная и северная – для арктических, соответствующие подзонам тундры (Андреев, Нахабцева, 1974). На территории Нижнеколымской тундры, как и на всей материковой части тундровой зоны Якутии, выделятся четыре подзоны: южная арктическая, северная субарктическая, средняя субарктическая и южная субарктическая.

Непосредственно в районе исследований подзона арктических тундр отсутствует, а субарктические тундры представлены северной подзоной, которая простирается вплоть до морского побережья. Наряду с холмистыми и озерно-холмистыми ландшафтами здесь большие площади занимают озерно-аласные равнины с полигонально-валиковыми болотами. Среди тундр чаще встречаются бугорковые слабопятнистые кустарничковые и кустарничково-зеленомошные с преобладанием дриады точечной, брусники и мелких ив: ползучей и клинолистной и кочкарные влагалищнопушициевые тундры без развитого яруса кустарников, но при участии имеющей здесь низкорослую стелящуюся форму ивы красивой.

Бугорковые кустарничковые тундры представлены рядом ассоциаций (Андреев, Перфильева, 1980).

Дриадово-ивковая ассоциация с дриадой точечной, ивами клинолистной – Salix sphenophylla A.Skvorts. и ползучей при участии брусники и осоки блестящей занимает самые высокие и сухие местообитания по вершинам увалов. Кустарничкам сопутствуют довольно разнообразное арктическое разнотравье и злаки, мхи и лишайники не обильны (10% покрытия), хотя представлены большим количеством видов.

Зеленомошно-ивковая ассоциация с ивами жилколистной, сетчатой, ползучей и красивой занимает менее дренируемые участки. Сильнее развит ярус трав, в котором заметное участие принимают осока прямостоящая и пушица узколистная, отсутствующие в дриадово-ивковой ассоциации. Развит моховой покров с участием лишайников.

Разнотравно-зеленомошно-ивковая ассоциация с ивами сетчатой и ползучей развивается на сильно оснеженных участках северных склонов с поздними сроками стаивания снега.

Северосубарктические кочкарные тундры представлены широко развитыми зеленомошно-влагалищнопушициевыми тундрами. На северном пределе своего распространения они занимают неглубокие депрессии на месте спущенных озер. В северосубарктических кочкарных зеленомошно-влагалищнопушициевых тундрах обычны ивы: красивая и темнеющая, из мелких ивок: сетчатая, ползучая, и клинолистная брусника, из трав: валериана головчатая, крестовник темно-пурпуровый, горец эллиптический, мытник судетский, мятлик арктический, арктагростис широколистный, зубровка альпийская, лисохвост альпийский, вейник Холма,ожика спутанная. Маломощный моховой покров сложен Aulacomnium turgidum, Polytrichum alpestre. Лишайники едничны. (Андреев, Перфильева, 1980)

Огромные площади территории подзоны северных субарктических тундр занимают полигонально-валиковые болота. Валики покрыты почти сплошным ковром сфагнумов. По ним – разреженные заросли ив темнеющей и красивой, куртины стелющейся березки тощей. Из трав встречаются морошка, осока прямостоящая, пушица узколистная, вейник Холма, ожика спутанная, крестовник темно-пурпуровый, щавель арктический, камнеломка поникающая. Растительность мочажин и трещин варьирует в зависимости от их обводнения. В обводненной центральной части заросли осоки прямостоящей и пушицы Шейхцера с небольшой примесью мытника судетского. В равномерно слабо обводненных мочажинах преобладает пушица узколистная при участии осоки прямостоящей. Трещины с водой заняты пушицей узколистной и осокой прямостоящей, сухие заполнены мхами.

Переход от тундры к лесу осуществляется резко. Северная граница предтундровых редколесных лесов из лиственницы Каяндера – проходит от поселка Михалкино по р. Колыме к югу, в 20 км южнее пос. Походск, затем к протоке Стадухинской на долготе пос. Колымского к р. Алазее севернее пос. Андрюшкино (Андреев, Нахабцева, 1974). Севернее этой линии встречаются лишь небольшие группы и отдельные деревья лиственницы.

Одной из наиболее зрелых экосистем района исследований в предтундровых редколесьях является квазиклимаксный редколесный лиственничник, возрастом около 200 лет, в котором были заложены ключевые участки. Наряду с ним широко распространены экосистемы сомкнутого высокопродуктивного лиственничника (возраст 30-60 лет). До 30% площади занимают безлесные участки с кустарничково-травянистым покровом. Такое разнообразие экосистем связано с частыми лесными пожарами.

Напочвенный растительный покров в различном процентном соотношении представлен следующими видами: Betula exilis - березка тощая, Betula middendorffii - березка Миддендорффа, Salix glauca – ива сизая, Salix pulchra – ива красивая, Salix alaxensis – ива аляскинская. На свежих гарях широко распространены хвощ луговой, иван-чай узколистный, щавель сибирский.

Описания растительности ключевых участков, выполненные С.В. Максимовичем даны в приложении.