Химические свойства ВПК первого типа. Профиль 20—30-летней западины включает сохранившийся при вывале нижний слой горизонта А2.
По сравнению с подзолистым горизонтом соседней ненарушенной почвы он содержит больше полуторных окислов и меньше кремнезема. В подзолистом горизонте 80—100-летней западины, напротив, содержание Fe и Al меньше, a SiO2 больше, чем в соответствующем контроле. Полученные данные указывают на интенсификацию подзолообразования в западинах. В старых ветровальных западинах подзолистый горизонт не только морфологически, но и химически выражен более ярко, чем на ненарушенных участках.
Распределение почвенного гумуса, обменных катионов, величины pH в западинах 20—30-летних ВПК отражает усеченность почвенного профиля. В дальнейшем свойства поверхностного минерального слоя начинают приближаться к свойствам ненарушенного гумусового горизонта. Восстановление различных свойств идет неравномерно. Например, величина pH верхнего минерального слоя западины уже к 50—60 годам попадает в доверительный интервал, характеризующий ненарушенный горизонт A1A2. Содержание гумуса и сумма обменных катионов только к 80—100 годам приближаются к контролю, причем содержание гумуса соответствует лишь нижней границе доверительного интервала для горизонта A1A2. Содержание обменного Al в возрасте от 20—30 до 80—100 лет остается ниже, чем в контрольном горизонте A1A2. Такие различия во многом связаны с характером распределения исследованных свойств в ненарушенном профиле. Вероятно, на восстановление параметра, резко изменяющегося при переходе от гумусового горизонта к подзолистому (а в западине обнажается именно горизонт А2), при прочих равных условиях требуется больше времени, чем для свойства, распределенного по профилю равномерно. Таким образом, в прерывистом новообразованном горизонте A1A2 на поверхности 80—100-летних западин величина pH и сумма поглощенных оснований соответствуют контрольному A1A2, содержание гумуса и обменного Аl меньше, чем в контроле. В подзолистом горизонте дополнительно исследованных западин, датированных 30—40 и 75—90 годами, содержание подвижного Fe оказалось выше, чем в контрольном А2. Увеличение подвижности Fe можно связать с окислительно-восстановительными условиями в западинах данного типа, для которых по сравнению с ненарушенной почвой характерно более частое и продолжительное переувлажнение. Данный пример — наглядное свидетельство того, как вследствие возникшего в западине ВПК переувлажнения в профиле почвы накапливаются вторичные изменения, проявляющиеся в изменении ее химических свойств. То обстоятельство, что различия в содержании подвижного Fe наблюдаются уже в 30—40 лет, возможно, указывает на относительно быструю реакцию данного элемента на смену окислительно-восстановительных условий. Сравнение поверхности западины и гумусового горизонта контроля показало, что в 30— 40 лет содержание железа в западине превышает контроль, а к 75—90 годам различия в его содержании сокращаются, причем содержание железа в западине может оказаться даже ниже, чем в контрольном горизонте А1А2. Это еще одно подтверждение постепенного стирания различий между западинами и ненарушенной почвой. Содержание подвижного марганца в элювиальной толще 30— 40-летних западин обычно ниже, чем в контроле. К 75—90 годам поверхность западины по-прежнему содержит меньше подвижного Mn, чем контрольный A1A2, но в подзолистом горизонте возможна обратная ситуация: содержание подвижного Mn в горизонте А2 западины превышает контроль. Это может быть связано с повышенной миграционной способностью данного элемента, в силу которой новообразованные соединения Mn легко вымываются из поверхностных горизонтов, в чем также можно усмотреть происходящие в профиле западины вторичные изменения.
По характеру распределения Zn и Си почва в западинах не отличается от ненарушенной почвы.
На ветровальных буграх в 20—30 лет наблюдается хаотичное распределение свойств. При этом по содержанию почвенного гумуса толща бугра в общем не выходит за пределы ненарушенных гумусовых горизонтов. Это легко объяснить, если вспомнить, что ветровальные бугры первого типа сложены смесью горизонтов A1, A1 и A2 и А2. Содержание суммы обменных оснований (Са + Mg) в среднем равно или несколько больше, чем в контроле. Особенностью почвы молодых бугров является повышенное содержание обменного алюминия и водорода, а также пониженная величина pH по сравнению с контрольной ненарушенной почвой.
К 50—60 годам по-прежнему наблюдается повышенная кислотность почвы бугра и, кроме того, в верхней части бугра отмечается повышенное содержание органического вещества. Общее количество углерода, определенное по методу Тюрина, почти в 2 раза превышает контроль. Такой скачок в содержании углерода — результат интенсивного разложения корней. Следует отметить, что накопление органического вещества на поверхности бугра не сопровождается повышением содержания обменных кальция и магния. В то же время в зоне накопления углерода отмечается необычно высокое содержание обменного алюминия.
К 80—100 годам общий характер распределения свойств центрального профиля бугра в интервале от его вершины до основания (нулевая отметка на шкале глубин) приближается к элювиальному профилю ненарушенной почвы. На поверхности бугра происходят следующие изменения. Содержание органического вещества в общем становится несколько ниже контрольного уровня. Содержание обменного алюминия выравнивается с контролем. Сумма обменных оснований на вершине бугра по-прежнему равна или несколько превышает соответствующий контроль. Имеются также данные, согласно которым на вершинах ветровальных бугров большого возраста (70—90 лет) по сравнению с контрольным горизонтом A1A2 уменьшается подвижность железа, марганца и цинка. Содержание подвижных соединений этих элементов в верхних слоях бугра оказывается ниже, чем в контроле. На глубине 10—20 см от поверхности ветровального бугра наблюдается резкое уменьшение гумусности, содержания обменных катионов (в том числе алюминия), кислотности. Свойства данного горизонта близки к свойствам ненарушенного А1А2. Ниже залегает погребенный гумусовый горизонт и участки ненарушенного профиля (горизонты А2, А2В).
Итак, к 80—100 годам в толще ветровального бугра первого типа наблюдается дифференциация химических свойств по элювиальному типу. Однако в центральном (осевом) профиле, проходящем через вершину бугра, расслоение бугра выражено слабо. В максимальной степени этот процесс проявляется в минеральной части бугра, где к 80—100 годам выделяется формирующийся подзолистый горизонт, который по гумусированности, величине pH, содержанию обменного алюминия и сумме обменных кальция и магния приближается к ненарушенному А2. Органическая часть бугра в этот период продолжает резко отличаться как от остальной массы бугра, так и от соседних ненарушенных участков. В ней наблюдается повышенное содержание общего углерода, обменных катионов (в том числе алюминия), низкие значения pH. Аналогичные результаты получил Дж. Браун. Изучая 80-летний повал березы, он также отмечал накопление органического вещества, подвижного алюминия и железа в почве бугра со стороны, противоположной западине.
Погребенные гумусовые горизонты в 50—60 и 80—100-летних буграх близки к ненарушенному A1A2 по содержанию гумуса, по сумме обменных катионов и величине pH, но отличаются более высоким содержанием суммы (Са + Mg) и пониженным содержанием обменного алюминия. Так, в гумусовых горизонтах контрольной почвы в районе 50—60 и 80—100-летних ВПК обменный алюминий соответственно составляет 36 и 31,7 % от суммы катионов, а в погребенных гумусовых горизонтах только 21,9 и 20,6%.
В заключение подчеркнем следующее. Поскольку ВПК первого типа, как правило, не затрагивают иллювиальных почвенных горизонтов, поверхностные слои западины и вся толща ветровального бугра от его вершины до подошвы сложена элювиированным субстратом. Состав материала благоприятствует восстановлению «нормального» подзолистого горизонта в толще ВПК. Восстановление почвы в западине включает увеличение степени и глубины оподзоливания до контрольного уровня (возможно превышение контрольного уровня), а также регенерацию подстилки и гумусовых горизонтов до уровня ненарушенных А0, А1, А1А2. Для подзолообразования условия в западинах первого типа самые благоприятные. Регенерация гумусового горизонта затруднена. Химический состав верхнего слоя западины не только замедляет развитие травянистой растительности и сопутствующее ему накопление корней в почвенной толще, но и тормозит формирование устойчивых малоподвижных соединений органических кислот. Повышенное увлажнение западины со своей стороны способствует замедленному разложению опада и других органических остатков.
По сравнению с западиной толща ветровального бугра обогащена органическими и органо-минеральными соединениями. Высокое содержание углерода наблюдается не только в органической» но и в минеральной части бугра. В минеральной части бугра основной причиной дифференциации профиля является оподзоливание искоревой смеси. Минерализация «старого» и накопление «нового» органического вещества в верхних горизонтах, по-видимому, близки к равновесному состоянию.
Химические свойства ВПК второго типа. Западины молодых (в возрасте 1—2 года) ВПК второго типа по химическим свойствам соответствуют горизонту А2В ненарушенной почвы. Поверхностный слой западины на 60—70 % менее гумусирован, чем ненарушенный гумусовый горизонт. Сумма обменных катионов также ниже (на 30%), чем в контрольных горизонтах А1. Среди обменных катионов основные различия наблюдаются в содержании обменного кальция. Это можно связать с тем, что содержание кальция в ненарушенной дерново-слабоподзолистой почве заметно меняется при переходе от горизонта A1 к горизонтам А2 и А2В. Содержание обменных магния и алюминия в связи с равномерным распределением их в элювиальной части ненарушенного профиля и в связи с высоким природным варьированием не отличается от фона с вероятностью 90 %. Величина pH также не отличается от фоновых горизонтов.
К 7—10 годам в западинах происходит некоторое накопление органического вещества. Содержание общего углерода в верхних 5 см минеральной толщи западины приближается к средним значениям для нижних слоев ненарушенного горизонта A1A2. Накопления обменных катионов и изменения величины pH не обнаружено. По содержанию подвижных соединений железа поверхность десятилетней западины занимает промежуточное положение между ненарушенными горизонтами А2 и A1A2. Подвижность железа на поверхности западины ниже, чем в подзолистом горизонте, однако заметно выше, чем в ненарушенном A1A2 и тем более A1. В содержании подвижных цинка, марганца и меди различий между западиной и контролем не наблюдается.
На поверхности старых ветровальных бугров второго типа, по данным Лутца, отмечается тенденция к понижению концентрации водородных ионов. Этим же автором установлено, что буферная способность почвы на ветровальных буграх на 16,23 ± 7% выше, чем на ненарушенной территории. В содержании обменных оснований, общего азота, органического углерода, подвижного фосфора существенных различий не отмечалось. В наших исследованиях было получено, что ветровальные бугры и фоновая почва отличаются по содержанию подвижных форм марганца и цинка. На поверхности бугра содержание этих элементов ниже, чем в контрольном A1. В содержании подвижных форм железа и меди различий не обнаружено.
Химические свойства ВПК третьего типа. Среди особенностей фоновых почв ВПК третьего типа можно подчеркнуть следующие: близкое залегание грубого элювия твердых горных пород и связанная с этим малая мощность почвенного профиля, отсутствие или очень слабая выраженность оподзоленного горизонта, высокая интенсивность гумусонакопления и биогенного накопления кальция в верхних горизонтах профиля. Для бурых горно-лесных почв под пихто-ельниками липняковыми Среднего Урала характерно очень высокое содержание гумуса в верхних почвенных горизонтах (до 20%). С глубиной количество гумуса резко сокращается. Поглощенные основания также накапливаются только в верхней части профиля и резко (в 2—3 раза) уменьшаются уже к 40—50 см.
Для молодых ВПК характерна низкая гумусированность западин и искоревой смеси. Различие между фоном и ВПК трехлетней давности в содержании органического углерода достигает 70%, в содержании обменного кальция — 30%. Отмечено пониженное содержание обменного водорода в западинах и в искоревой смеси — на 60 % меньше, чем в контроле. Различия в содержании обменных алюминия и магния, а также в величинах pH слабо выражены в связи с более равномерным распределением этих параметров в профиле ненарушенной почвы.
В профиле старых ВПК в толще бугра максимальное количество углерода наблюдается в органической части бугра, где сконцентрированы как почвенный гумус (погребенный и новообразованный), так и растительные остатки. В минеральной части бугра органическое вещество входит преимущественно в состав почвенного гумуса. Распределение гумуса в общих чертах аналогично ненарушенному профилю. Максимальное количество гумуса приурочено к верхним 10 см почвы, с глубиной его содержание быстро уменьшается. Среди имеющихся различий нужно отметить
следующие. В толще искоревой смеси уменьшение гумусности с глубиной имеет более плавный характер, чем в контрольном профиле. Так, на глубине 40 см от поверхности бугра (в его минеральной части) содержание гумуса в 2 раза меньше, чем на поверхности бугра, в то время как в ненарушенной почве на этих же глубинах различие оказывается 5—6-кратным. Второе отличие заключается в том, что гумусированность верхнего горизонта минеральной части бугра к 100—150 годам вообще ниже, чем контрольного горизонта А1. Как показали дальнейшие исследования, эти различия имеют статистическую значимость с вероятностью Р = 0,95. В ветровальных западинах наблюдается обратная закономерность. Гумусированность новообразованного горизонта A1 выше, чем в среднем по контролю, изменение гумусности в профиле более резкое, чем в контроле. Следует подчеркнуть, что на исследованных бурых горно-лесных почвах высокое содержание гумуса не является принадлежностью одних только западин. В силу парцеллярной неоднородности почвенного покрова гумусность верхнего горизонта варьирует в широких пределах. Исследования показали, что с Р = 0,95 различия между западинами и фоном нельзя считать значимыми.
В распределении обменных оснований наблюдаются те же закономерности, что и в распределении гумуса.
Обменный алюминий и величина pH распределены в профиле ВПК своеобразно. На вершине бугра и в его органической части наблюдается повышенное содержание алюминия и сильнокислая реакция pH = 4,8—5. На этих же участках имеется повышенное содержание обменного водорода, хотя различия с фоном по данному показателю незначительны. В поверхностных слоях минеральной части бугра и в западине, напротив, наблюдаются повышенные значения pH и малое количество алюминия. Следует отметить, что в отличие от гумуса различия в содержании обменных катионов и величине pH как на бугре, так и в западине не выходят за рамки парцеллярного варьирования химических свойств фоновой почвы. Различия в составе гумусовых горизонтов на различных элементах ВПК отражают их генетические особенности. При формировании новообразованного горизонта A1 в органической части бугра и на его вершине велико участие древесных остатков, в то время как в западине образование гумуса происходит за счет хвойно-лиственного опада.
Таким образом, к 150 годам в толще ВПК третьего типа сохраняются следы педотурбации, отраженные в химических свойствах почвы. Сохраняется деление бугра на различные по составу части, присутствует зона искоревой смеси, основная особенность которой — малые градиенты почвенных свойств. В то же время допустимо считать, что в ВПК 150-летнего возраста сформирован гумусовый горизонт как на бугре, так и в западине. Свойства новообразованного горизонта А1 благодаря особенностям микрорельефа и исходного субстрата, не идентичны ненарушенному А1. Гумусовый горизонт на бугре различен в зависимости от его принадлежности к органической или минеральной части бугра, причем в обоих случаях свойства этого горизонта отличаются от фона. Органическая часть бугра по сравнению с фоном отличается повышенным содержанием углерода и обменного алюминия, пониженной величиной pH. С минеральной стороны новообразованный горизонт A1 содержит меньше гумуса и обменного алюминия, характеризуется более высоким pH, чем фон. Для почвы в западине типично резкое изменение свойств с глубиной. Химические свойства гумусового горизонта несколько отличаются от фоновой почвы в сторону накопления гумуса, однако эти различия не превышают естественного варьирования почвенных свойств в данных условиях.
Химические свойства ВПК четвертого типа. Ветровальные почвенные комплексы четвертого типа приурочены к почвам с интенсивным накоплением гумуса и биогенного кальция в поверхностных горизонтах. С глубиной содержание гумуса и особенно кальция резко уменьшается. Оподзоленный и иллювиальный горизонты выражены очень слабо. Поскольку западины четвертого типа нередко достигают глубины 70—80 см, молодые ВПК сильно отличаются от фоновой почвы по химическому составу верхних горизонтов. Дно западины и поверхность бугра таких ВПК обеднены гумусом и обменными основаниями. Количество обменного алюминия и величина pH мало отличаются от фоновых горизонтов, поскольку эти показатели распределены в профиле ненарушенной почвы более равномерно. Низкая гумусированность молодых ВПК по сравнению с фоновой ненарушенной почвой наблюдается не только в данном типе ВПК. Эта особенность характерна для всего молодого ветровального микрорельефа, за исключением ветровальных бугров первого типа. Специфика ВПК четвертого типа заключается в распределении химических свойств в профиле бугра. На буграх четвертого типа в максимальной степени проявляется ветровальная инверсия почвенных свойств. Переворачивание почвенного пласта при вываливании дерева вниз по склону способствует более полному погребению ненарушенных поверхностных горизонтов. С поверхности бугор слагается глубинными горизонтами, а в его недрах сохраняется область со свойствами поверхностных горизонтов. Благодаря этому мощный пласт искоревой смеси с минеральной стороны бугра долгое время отличается анормальным распределением почвенных свойств. Например, в профиле ветровального бугра 150-летнего возраста может наблюдаться следующее распределение величины pH: на глубине 0—20 см от поверхности бугра pH = 4,8—4,6, далее следует 60-сантиметровый слой с pH = 4,8—5, под ним залегает зона повышенной кислотности с pH = 4,6—4,8, не характерной для ненарушенной почвы. Величина pH ненарушенной почвы на этой же глубине не опускается ниже 5. Распределение гумуса в минеральной части бугра равномерное, его количество почти не меняется с глубиной. На протяжении всей толщи искоревой смеси в интервале глубин от 10 до 100 см содержание гумуса колеблется в пределах 1—2 %.
В общем же химические свойства ветровальных почвенных комплексов четвертого типа сходны со свойствами ВПК третьего типа. В органической части старых ветровальных бугров наблюдается скопление органического углерода при повышенной кислотности (pH меньше 4,6). Здесь же заметно увеличена подвижность алюминия. Содержание обменного алюминия в 2—3 раза выше, чем в ненарушенной почве. Количество обменных кальция и магния, наоборот, ниже фоновых величин. Минеральная часть бугра отличается пониженным содержанием гумуса. К 150 годам на вершине бугра и на его поверхности со стороны западины можно выделить тонкий новообразованный горизонт A0A1, однако гумусированность этого слоя в 2—4 раза ниже, чем ненарушенного гумусового горизонта. В распределении обменных катионов существенных различий с фоном не наблюдается.
Для западин характерно резкое изменение свойств с глубиной. Так, содержание углерода в верхних 30 см почвенного профиля может измениться от 20 до 1,5 %. Гумусовый горизонт западины, в отличие от органической части бугра, обладает более высоким pH, чем ненарушенный горизонт А0А1. Реакция среды в поверхностных слоях аккумулятивного горизонта западины слабокислая или близкая к нейтральной (pH водной суспензии равен 5—5,6), в нижних слоях горизонта величина pH равна 4,8—5. Содержание обменного алюминия в этом горизонте ниже, а кальция и магния выше, чем в фоновом горизонте А0А1.
Химические свойства почвы ВПК четвертого типа, в первую очередь распределение почвенного гумуса (углерода), отражают особенности ветровального микрорельефа данного типа. Резкие очертания и повышенная каменистость вершины бугра затрудняют накопление опада и формирование гумусового горизонта. Опад не задерживается на выпуклой поверхности, покрытой пластинками щебня, и скапливается в западине и у подножия бугра. В течение 100—150 лет (а возможно, и более) вершины бугров испытывают постоянный недостаток органического вещества. Другая возможная причина низкой гумусности — обогащение мелкозема продуктами выветривания твердых горных пород, выведенных на поверхность бугра в результате ветровального перемешивания. В противоположность ветровальному бугру западина отличается повышенной аккумуляцией опада и мелкозема. В 150 лет насыщенность, органическим веществом горизонта А0А1 в западинах намного превышает контроль. Для ВПК четвертого типа (как и для ВПК третьего типа) характерна разнокачественность гумусовых горизонтов западины и органической части бугра. Среди рассмотренных химических свойств различия между этими горизонтами проявляются в степени кислотности и подвижности алюминия. Органическая часть ветровального бугра в связи с интенсивным разложением древесины отличается пониженными значениями pH и повышенным содержанием обменного алюминия. Выявленные различия справедливы не только по отношению к западине, но и по отношению к фоновой ненарушенной почве.
В толще ветровальных бугров всех типов ВПК присутствует зона повышенного содержания органического вещества. Она находится во внешней стороне бугра и образуется в результате разложения погребенной древесины. Основной показатель этой зоны — повышенное содержание обменного алюминия и малые количества обменных кальция и магния, высокая кислотность почвенного раствора. Сторона бугра, обращенная к западине, в среднем отличается низкой гумусностью. Медленное накопление гумуса в этой части бугра сопровождается увеличением количества обменных оснований.
Свойства ветровальных западин определяются их склонностью к накоплению опада и к повышенному увлажнению. Специфические свойства глубоких западин—укороченный профиль и высокие градиенты почвенных свойств.
Химические свойства ВПК — важный показатель вторичных изменений почвы, связанных с перераспределяющей деятельностью ветровального микрорельефа. Эти изменения выражаются в нарушении окислительно-восстановительных условий, микробиологических процессов, подвижности отдельных химических элементов. Основная зона локализации вторичных ветровальных признаков — ветровальные западины. В западинах ВПК могут отмечаться процессы оглеения, усиления оподзоливания, торфонакопления. Среди химических свойств ВПК вторичные признаки занимают не менее важное место, чем изменения, непосредственно связанные с ветровальным перемешиванием почвы.