Целью работы является установление закономерностей формирования и свойств маломощных (мощность от первых сантиметров до 50 см) щебнистых почв, подстилаемых плотными породами, на основании исследования (а) химических и минералогических особенностей преобразования плотных бескарбонатных пород в почвенном профиле; (б) профильного распределения минеральных фаз от крупных до тонкодисперсных фракций; (в) специфики органо-минеральных взаимодействий, в том числе биоты с минеральным субстратом; (г) соотношения процессов (био)химического и физического выветривания при формировании мелкозема.
Изучение почвообразования на плотных силикатных породах начато работами В.В. Докучаева по изучению Староладожской крепости, что и послужило началом исследований, не теряющих актуальности по настоящее время. Можно выделить следующие основные направления: (а) изучение фрагментарного почвообразования (Богатырев, 1959); (б) изучение роли биоты и особенно лишайников (серии работ Б.Б. Полынова, Е.А. Яриловой), а в последние десятилетия биопленок (микробных экосистем) (Gorbushina, 2007) на скорость, направленность преобразования пород и отдельных минералов; (в) изучение изменения пород в зоне гипергенеза (серии работ А. Meunier, Е. Aleksander); (г) исследование преобразования пород в почвенном профиле и профильного распределения минеральных фаз (серии работ В.О. Таргульяна, Б.П. Градусова, С.Н. Седова, С.Н. Лесовой). Масштабность и необходимость исследований в данных направлениях для различных территории России обусловлены тем фактом, что если на Европейской территории породы силикатного состава имеют локальное распространение, то в Сибири (Средняя Сибирь) выходы и элювий коренных плотных, силикатных пород различного состава занимает обширные площади (Sokolov et al., 2004). Результаты исследований по преобразованию минерального субстрата в зоне гипергенеза необходимы для оценки направленности, скорости и масштаба преобразования исходного силикатного материала. Они могут быть использованы для решения задач как фундаментального почвоведения, связанных с выявлением пространственно-временных закономерностей формирования тонкодисперсной фазы литосферы, так и прикладных междисциплинарных исследований. К последним относится, например, прогнозирование почвообразовательных процессов на территориях, интенсивно освобождающихся в настоящее время от ледника (в том числе ледниковые высокогорья) в связи с изменением климата.
Основные этапы:
I.Формирование мелкозема из плотной породы
II. Формирование мелкозема из плотной породы
III. Трансформация мелкозема из силикатных пород в глинистый материал почв
IV. Формирование маломощного «сжатого» профиля подбура на плотных силикатных породах , в котором почвообразовательные процессы не разъединены по горизонтам
Проблематика изучения современных процессов почвообразования в северных регионах страны отвечает вызовам современности в связи с глобальными изменениями климата. Тем не менее, свойства почв, и особенно их минералогический состав, остаются недостаточно изученными, хотя именно эти данные позволяют оценить: однородность/ неоднородность материала, вовлекаемого в почвообразование; направленность современных процессов трансформации и выветривания минералов в почвенном профиле. В ходе выполнения проекта были получены следующие основные результаты.
На основании данных о минералогическом составе почв и пород, поровом пространстве и фрактальных свойствах пород были получены результаты, позволяющие количественно оценить и обосновать различные схемы выветривания пород и их трансформации в тонкодисперсную фазу в маломощных щебнистых почв. Следствием чего является реализация следующих вариантов: (а) преобладание в илистой фракции почв глинистых минералов, отсутствующих в породе; (б) относительное накопление в илистой фракции почв глинистых минералов, диагностируемых в породе, с их последующей трансформацией/ разрушением в почве; (3) практически полное отсутствие глинистых минералов в тонкодисперсных фракциях почв.
Разработана схема последовательных этапов начальной стадии формирования мелкозема под действием биоты: (а) развитие биообрастаний на краевых участках породы с наиболее неоднородными поверхностями; (б) проникновение биоты вглубь породы по поровому пространству; (в) дезинтеграция породы и скопление на поверхности породы мелких автохтонных частиц, которые остаются прикрепленными к субстрату за счет микробных метаболитов (внеклеточных полимерных веществ); (г) дезинтеграции породы, которая приводит к еще более интенсивному развитию биообрастаний за счет увеличения неоднородности поверхности (микро-понижения, микротрещины) и последующей фрагментации.
Установлено, что фенольные кислоты, обнаруженные в лишайниках, являются агентами выветривания, выщелачивающее действие которых по отношению к Al и Si сопоставимо с действием щавелевой кислоты – известного комплексообразователя, участвующего в химическом выветривании пород. Эти данные расширяют представления о первичных процессах гумусообразования.
На основании полученных данных разработаны схемы последовательных этапов формирования мелкозема из плотных силикатных пород и их конвертации в глинистый материал тонкодисперсной части почв в зависимости от специфики порового пространства и наличия/ отсутствия в породе слоистых силикатов, как потенциального ресурса глинистых минералов в профиле почв (задача 6).
Были изучены закономерности процессов мелкоземообразования как результата биогенных-абиогенных взаимодействий. Данные исследования находятся в рамках реализация дискуссионной в отечественном почвоведении теме - рассмотрения почв как «фабрики глин». Разработана схема последовательных этапов начальной стадии формирования мелкозема под действием биоты (биообрастания/ модельные биопленки): (а) развитие биообрастаний на краевых участках породы с наиболее неоднородными поверхностями; (б) проникновение биоты вглубь породы по поровому пространству; (в) дезинтеграция породы и скопление на поверхности породы мелких автохтонных частиц, которые остаются прикрепленными к субстрату за счет микробных метаболитов (внеклеточных полимерных веществ); (г) дезинтеграции породы, которая приводит к еще более интенсивному развитию биообрастаний за счет увеличения неоднородности поверхности (микро-понижения, микротрещины) и последующей фрагментации.
Получены данные, расширяющие представления о первичных процессах гумусообразования. Показано, что ароматические органические кислоты, обнаруженные в лишайниках, могут участвовать в выветривании пород за счет карбоксильных и фенольных групп и образования хелатных комплексов в выветривании пород. Кроме того, выявлены тренды изменения состава и структуры микробных сообществ от мест первичной колонизации субстрата биотой (криокониты) при дегляциации территории до края ледника, с формирующимися первичными почво-грунтами (слаборазвитые почвы).
На основании полученных данных обоснованы и разработаны различные схемы реализации выветривания плотных пород и их трансформации в тонкодисперсную фазу почв:
– минеральные фазы почвы отличаются от таковых породы, что отмечено только для почвообразования на ультраосновная породе и обусловлено интенсивно идущим выветриванием, затрагивающим весь объем породы;
– относительное накопление глинистых минералов, диагностируемых в породе, с их последующей трансформацией либо разрушением (в зависимости от устойчивости в кислой среде) в почвенном профиле; доступность слоистых силикатов для тонких фракций почв характерна для почв, формирующихся из мелкозема пород с относительно высокой долей микропор;
- практически полное отсутствие глинистых минералов в почвах, мелкозем которых формируются в результате дезинтеграция породы, что характерно для пород с преобладанием макропор.
1. Выявлены тренды процессов трансформации минералогической компоненты в щебнистых почвах на плотных породах в зависимости от состава пород.
2, На основании полученных данных разработаны схемы последовательных этапов формирования мелкозема из плотных силикатных пород и их конвертации в глинистый материал тонкодисперсной части почв в зависимости от специфики порового пространства и наличия/ отсутствия в породе слоистых силикатов, как потенциального ресурса глинистых минералов в профиле почв
3. Расширены представления о первичных процессах гумусообразования и выявлена роль органических кислот как агентов биохимического выветривания (задачи 4, 5 проекта)
4, Выявлены закономерности формирования мелкозема под действием биоты и на первых этапах почвообразования, как следствие не только
Изучение пористости пород, определение соотношения макро-, мезо- и микропор, их корреляция с минералогическим составом и устойчивостью к выветриванию (Г.П. Копица).
Изучение минералогического состава тонкодисперсных фракций почв, профильного распределения глинистых минералов, количественное и полуколичественное определение минеральных фаз (XRD- анализ) (С.Н. Лесовая).
Изучение минералогического состава крупных фракций почв в отдельных репрезентативных разрезах (Е.Ю. Погожев).
Определение ароматических и алифатических органических кислот - потенциальных агентов выветривания в лишайниках. Постановка модельного эксперимента по выветриванию первичных минералов органическими кислотами (А.Г. Заварзина).
Метагеномные исследования образцов пород, характеризующихся разной степенью выветренности, и наличием обрастаний. Постановка экспериментов по микробной колонизации субстратов в контролируемых условиях с использованием микроорганизмов, в том числе изолированных из природных биообрастаний (Д.Ю. Власов).
примененный для решения задач проекта набор методов отражает междисциплинарный подход исследований, что было осуществлено благодаря высокой квалификация участников проекта
| Short title | маломощные почвы |
|---|
| Acronym | RFBR_a_2020 - 3 |
|---|
| Status | Finished |
|---|
| Effective start/end date | 24/03/22 → 28/12/22 |
|---|
