А. Е. Чурилина1, И. В. Ковда1,2, Е. Б. Варламов1, Н. П. Чижикова1
1Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
2Институт географии РАН, Россия, 119017 Москва, Старомонетный пер., 29
Проанализированы литературные данные о минералогическом составе вертисолей мира, а также изучены глинистые почвы в условиях ультраконтинентального климата в Еравнинской котловине (Бурятия). Почвы сформированы на водоразделе и приводораздельной части склона увала в условиях распространения многолетней мерзлоты. Морфологический анализ выявил в почвах сочетание криогенных признаков (мерзлотных клиньев и трещин, криогенной оструктуренности, надмерзлотного оглеения) и вертиковых свойств (сликенсайдов, клиновидных агрегатов). По морфологическим признакам почвы диагностированы как темная слитая или Gleyic Vertisol Glossic Gelistagnic на приводораздельной части склона и черноземовидная слабослитизированная криотурбированная или Vertic Gleyic Phaeozem Glossic Pachic Clayic Gelistagnic на водоразделе, где вертиковые признаки были выражены слабее. По физическим свойствам и минералогическому составу илистой фракции потенциальная слитость почвы водораздела сопоставима с почвой приводораздельной части склона: практически аналогичное, а в отдельных горизонтах даже большее содержание физической глины (до 76%), ила (до 54%) и разбухающих компонентов в илистой фракции (93–98% монтмориллонита). Однако в условиях ультраконтинентального климата Бурятии и относительно близко залегающей многолетней мерзлоты более контрастный гидротермический режим и наиболее благоприятные условия для реализации процессов усадки–набухания создаются в верхней крутой части склонов южной экспозиции. В связи с тем, что почва водораздела получает больше влаги и меньше тепла, это приводит к меньшей контрастности гидротермических условий и менее выраженным процессам усадки–набухания. Из-за отсутствия условий для полной реализации потенциальной слитости признаки слитогенеза в почве водораздела выражены на более низком таксономическом уровне.
Ключевые слова: слитогенез, вертисоль, монтмориллонит, гидротермические условия, усадка–набухание, потенциальная слитость
DOI: 10.19047/0136-1694-2018-91-21-45
Ссылки для цитирования:
Чурилина А.Е., Ковда И.В., Варламов Е.Б., Чижикова Н.П. Формирование вертиковых свойств в различных природных условиях: роль минералогического состава и рельефа // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 91. С. 21-45. doi: 10.19047/0136-1694-2018-91-21-45
Churilina А.Ye., Kovda I.V., Varlamov Ye.B., Chizhikova N.P. Formation of vertic features in different pedoenvironments: the role of mineralogy and relief, Dokuchaev Soil Bulletin, 2018, Vol. 91, pp. 21-45. doi: 10.19047/0136-1694-2018-91-21-45
Formation of vertic features in different pedoenvironments: the role of mineralogy and relief
А. Ye. Churilinа1, I. V. Kovda1,2, Ye. B. Varlamov1, N. P. Chizhikova1
1V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Russia, 119017, Moscow, Pyzhevskii per. 7-2
2Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Staromonetnyi per. 29, Moscow 119017, Russia
The paper discuss the literature data on clay mineralogy of vertisols and presents the investigation of clayey soils formed in ultra-continental climate in the Eravna depression (Buryatia). Soils are formed on the watershed and shoulder positions of the local ridge and are underlined by permafrost. Morphological analysis of soils revealed a combination of cryogenic features (permafrost wedges and cracks, cryogenic structure, above permafrost gleyization) and vertic properties (slickensides, wedge-shaped aggregates). According to the morphology, the soils were classified as Dark compact soil or Gleyic Vertisol Glossic Gelistagnic on the shoulder position, and as Chernozem-like weakly compacted cryoturbated soil or Vertic Gleyic Phaeozem Glossic Pachic Clayic Gelistagnic on the watershed where vertic features were weakly expressed. According to physical properties and clay mineralogy, the shrinking-swelling potential of the soil on the watershed is comparable to the soil of the shoulder: almost the same, and in some horizons even higher content of clay (up to 76%), fine clay (up to 54%) and swelling components in the fine clay (<0.001 mm) fraction (93–98% of montmorillonite). However, in the ultra-continental climate of Buryatia and close-lying permafrost (depth to permafrost at the end of August was about 250–280 cm), the most contrasting hydrothermic regime and the most favorable conditions for the implementation of shrinking-swelling are created in the upper steep part of the south-facing slopes. Due to the fact that soils on the watershed receive more moisture and less heat, this results in less contrasting hydrothermic conditions and less pronounced shrinking-swelling processes. The lack of conditions for full realization of shrinking-swelling potential in clayey soils of watersheds is the reason for identification of vertic features at a lower taxonomic level.
Key words: vertisol, vertic soil, montmorillonite, hydrothermic regime, shrinking-swelling
СОДЕРЖАНИЕ
- Бадмаев Н.Б., Корсунов В.М., Куликов А.И. Тепловлагообеспеченность склоновых земель // Улан-Удэ: Бурятский научный центр СО РАН, 1996. 125 с.
- Боул C., Хоул Ф., Мак-Крекен P. Генезис и классификация почв. М.: Прогресс, 1977. 416 с.
- Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
- Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
- Горбунов Н.И. Методика подготовки почв к минералогическим анализам Методы минералогического и микроморфологического изучения почв. М.: Наука, 1971. С. 5–15.
- Дугаров В.И., Нимаева С.Ш., Петрова А.С., Макеев О.В. Гидротермические условия и развитие микрофлоры в мерзлотной лугово-черноземной почве (Еравнинская котловина Бурятской АССР) // Почвенный криогенез. М.: Наука, 1974. С. 162–178.
- Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
- Корнблюм Э.А., Козловский Ф.И. Слитые почвы Волго-Ахтубинской поймы как аналог черных слитых почв тропиков и субтропиков // География и классификация почв Азии. М.: Наука. 1965. С. 165–178.
- Крупеников И.А., Подымов Б.П., Скрябина Э.Е., Алексеев В.Е. Слитые почвы Молдавии (генезис, свойства, эволюция, исследование). Кишинев: Штиинца, 1990. 166 с.
- Куликов А.И. Сезонное протаивание мерзлотных почв Забайкалья // Почвоведение. 1987. № 4. С. 41–47.
- Омар Абдо Дахаб, Градусов Б.П., Чижикова Н.П. Особенности минералогического состава и микростроения слитых почв центральной и восточной частей Судана // Почвоведение. 1984. № 1. С. 79–84
- Самойлова Е.М. (Ред.) Слитоземы и слитые почвы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 143 с.
- Самойлова Е.М., Травникова Л.С., Макеева В.И., Силева Т.М. Состав минеральной массы геохимически сопряженных почв Алазанской долины // Почвоведение. 1987. № 3. С. 5–12.
- Хитров Н.Б. Слитогенез в почвах Центрально-черноземных областей России // Почвоведение. 2012. № 9. С. 935–943.
- Хитров Н.Б., Чижикова Н.П. Минералогический состав почв Ставрополья в зависимости от степени выраженности в них слитогенеза // Минералы почв: генезис, география, значение в плодородии и экологии. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1986. С. 53–67.
- Хитров Н.Б., Чижикова Н.П. Минералогический состав слитых почв Ставрополья // Почвоведение. 1995а. № 8. С. 987–1002.
- Хитров Н.Б., Чижикова Н.П. Роль глинистых минералов в слитогенезе почв Ставрополья // Почвоведение. 1995б. № 11. С. 1408–1418.
- Чижикова Н.П., Касмо Б. Минералогический состав почв Сирии как показатель пригодности их к ирригации // Минералы почв: генезис, география, значение в плодородии и экологии. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1986. С. 256–266.
- Чувашова И.С., Рассказов С.В., Ясныгина Т.А., Фефелов Н.Н., Саранина Е.В., Руднева Н.А. Среднемиоценовая последовательность высоко- умеренно-Mg вулканических пород на Витимском плоскогорье // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6. № 1. С. 91-125.
- Эль-Тежани М.С., Градусов Б.П., Рубилина Н.Е., Чижикова Н.П. Химико-минералогический состав тонкодисперной части и микростроение некоторых почв Судана // Почвоведение. 1984. № 11. С. 89–95.
- Ahmad N. Vertisols // Pedogenesis and Soil Taxonomy. II. The Soil Orders. Wilding L.P., Smeck N.E., Hall G.F. (Eds.). Development in Soil Science 11B, Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 1983. Р. 91–123.
- Ahmad N. Acid vertisols in Trinidad // Proceed. оf the 5th Int. Soil Classification workshop, Sudan 1982. Soil Survey Administration, Khartoum (Sudan), 1985. P. 97–115.
- Allen B.L., Fanning D.S. Composition and soil genesis // Pedogenesis and soil taxonomy. I. Concepts and interactions. Wilding L.P., Smeck N.E., Hall G.F. (Eds.). Amsterdam: Elsevier, 1983. P. 141–192.
- Barbiero L., Mohan Kumar M.S., Violette A., Oliva P. et al. Ferrolysis induced soil transformation by natural drainage in Vertisols of Sub-Humid South India // Geoderma. 2010. V. 156. P. 173–188.
- Biscaye P.E. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans // Geol. Soc. Am. Bull. 1965. V. 76. P. 803–832.
- Bhattacharyya T., Pal D.K., Deshpande S.B. On kaolinitic and mixed mineralogy classes of shrink-swell soils // Aust. J. Soil Res. 1997. V. 35. P. 1245–1252.
- Brierley J.A., Stonehouse H.B., Mermut A.R. Vertisolic soils of Canada: genesis, distribution, and classification // Can. J. Soil Sci., 2011. V. 91. P. 903–916.
- Coulombe C.E., Dixon J.B., Wilding L.P. Mineralogy and chemistry of vertisols. In.: Ahmad N. and Mermut A. (Eds.) Vertisols and technologies for their management. Developments in Soil Science 24, Elsevier. Amsterdam. 1996. P. 115–200
- Coulombe C.E., Wilding L.P. Overview of Vertisols: Characteristics and impacts on society // Advances in Agronomy. V. 57. Sparks D. (Ed.) Academic Press, Inc., San Diego. 1996. Р. 289–375.
- Dixon J.B. Mineralogy of Vertisols // Vertisols and rice soils of the tropics. Symposia papers II. 12th ICSS New Dehli, India, 1982. P. 48–59.
- Heidari A., Mahmoodi Sh., Roozitalab M.H.,Mermut A.R. Diversity of clay minerals in the vertisols of three different climatic regions in western Iran // J. Agric. Sci. Technol. 2008. V. 10. P. 269–284.
- Gökhan Özsoy, Ertuğrul Aksoy. Characterization, classification and agricultural usage of vertisols developed on neogen aged calcareous marl parent materials // J. Biol. Environ. Sci. 2007. V. 1(1). P. 5–10.
- Goryachkin S.V., Konyushkov D.E., Mergelov N.S. (Eds.) Soils and temperature regimes of the central Buryatia and the west TransBaikal mountains. Guidebook for field excursions of the V International Conference on Cryopedology. Ulan-Ude–Komsomolsk–Goryachinsk, September 18–20, 2009. Moscow: Institute of Geography RAS, 2009. 55 p.
- Greene-Kelly R. Shrinkage of clay soils: a statistical correlation with other soil properties // Geoderma. 1974. V. 11. P. 243–257.
- IUSS Working Group WRB, 2015 World reference base for soil resources 2014 update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports N 106. FAO, Rome.
- Kabaktschiew I., Mückenhausen E. Die Tonminerale einiger Smolnitzen Bulgariens // Z. Pflanzenernaehr. Bodenk., 1969. V. 122. P. 97–111. doi: 10.1002/jpln.19691220202
- Kalbande A.R., Pal D.K., Deshpande S.B. b-Fabric of some benchmark Vertisols of India in relation to their mineralogy // J. Soil Sci. 1992. V. 43. P. 375–385.
- Kovda I.V., Lebedeva M.P. Modern and relict features in clayey cryogenic soil: morphological and micromorphological identification // Spanish J. Soil Science. 2013. V. 3 (3). P. 70–87.
- Moustakas N.K. A study of Vertisol genesis in North eastern Greece // Catena. 2012. V. 92. P. 208–215.
- Pal D.K. A treatise of Indian and tropical soils. Springer, 2016. 180 p. doi: 10.1007/978-3-319-49439-5
- Probert M.E., Fergus I.F., Bridge B.J., McGarry D., Thompson C.H. and Russell J.S. The properties and Management of vertisols. CAB International, Wallingford. Oxford, 1987.
- Shirsath S.K., Bhattacharyya T., Pal D.K. Minimum threshold value of smectite for vertic properties //Aust. J. Soil Res. 2000. V. 38. P. 189–201.
- Temga J.P., Nguetnkam J.P., Balo M.A., Basga S.D., Bitom D.L. Morphological, physico-chemical, mineralogical and geochemical properties of vertisol used in bricks production in the Logone Valley (Cameroon, Central Africa) // Int. res. J. Geology Mining. 2015. V. 5(2). P. 20–30.
- Weaver C.E. The effect and geological significance of potassium “fixation” by expandable clay minerals derived from muscovite, biotite, chlorite, and volcanic material. The American Mineralogist, 1958. V. 43. № 9–10. P. 839–861.
- Yerima B.P.K., Calhoun F.G., Senkayi A.L., Dixon J.B. Occurrence of interstratified kaolinite-smectite in El-Salvador vertisols // Soil Sci. Am. J. 1985. V. 49. P. 462–466.
- Yousif A.A., Mohamed H.H., Ericson T. Clay and clay minerals in soils of the Clay plains of Central Sudan // J. Soil Sci. 1988. V. 39. P. 539–548.
REFERENCES
- Badmaev N.B., Korsunov V.M., Kulikov A.I. Thermal and water supply of slope lands, Ulan-Ude, Buryatskii nauchnyi tsentr SO RAN, 1996, 125 p. (in Russian)
- Boul C., Khoul F., Mak-Kreken P. Genezis i klassifikatsiya pochv. Moscow, Progress Publ., 1977, 416 p. (in Russian)
- Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Methods for studying physical properties of soils, Moscow, Agropromizdat Publ., 1986, 416 p. (in Russian)
- Vorob'eva L.A. (red.) Theory and practice of soil chemical analysis, Moscow, GEOS Publ., 2006, 400 p. (in Russian)
- Gorbunov N.I. Method for preparing soils for mineralogical analyzes. Methods of mineralogical and micromorphological investigation of soils. Moscow, Nauka Publ., 1971, pp. 5-15. (in Russian)
- Dugarov V.I., Nimaeva S.Sh., Petrova A.S., Makeev O.V. Hydrothermal conditions and the development of microflora in the cryogenic meadow-chernozem soil (Eravninskaya depression of the Buryat ASSR), Soil cryogenesis. Moscow, Nauka Publ., 1974, pp. 162-178. (in Russian)
- Classification and Diagnostics of Soils of Russia. Smolensk, Oikumena Publ., 2004. 342 p. (in Russian)
- Kornblyum E.A., Kozlovskii F.I. Vertic soils of the Volga-Akhtuba floodplain as an analogue of black soils of the tropics and subtropics// Geography and classification of soils of Asia, Moscow, Nauka Publ., 1965, pp. 165-178. (in Russian)
- Krupenikov I. A., Podymov B.P., Skryabina E.E., Alekseev V.E. Compact soils of Moldavia (genesis, properties, evolution, management), Kishinev, Shtiintsa Publ., 1990, 166 p. (in Russian)
- Kulikov A.I. Seasonal thawing of cryogenic soils of the Trans-Baikal area, Pochvovedenie, 1987, № 4, pp. 41-47. (in Russian)
- Omar Abdo Dakhab, Gradusov B.P., Chizhikova N.P. Mineralogy and micromorphology of vertisols in eastern and central Sudan, Pochvovedenie, 1984, No 1, pp. 79-84 (in Russian)
- Samoilova E.M. (Red.) Sletozems and compact soils, Moscow, MSU Publ., 1990, 143 p. (in Russian)
- Samoilova E.M., Travnikova L.S., Makeeva V.I., Sileva T.M. Composition of the mineral mass of geochemically linked soils of the Alazani Valley, Pochvovedenie, 1987, No 3, pp. 5-12. (in Russian)
- Khitrov N.B. Vertigenesis in soils of the central chernozemic region of Russia, Eurasian Soil Sci., 2012, No 9, pp. 834-851.
- Khitrov N.B., Chizhikova N.P. Mineralogical composition of the soils of the Stavropol’ie depending on the degree of expression of the vertic features. Minerals of soils: genesis, geography, importance in fertility and ecology. Moscow, V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, 1986, pp. 53-67. (in Russian)
- Khitrov N.B., Chizhikova N.P. Mineralogical composition of vertic soils in Stavropol’ie. Pochvovedenie, 1995a, No 8, pp. 987-1002. (in Russian)
- Khitrov N.B., Chizhikova N.P. Contribution of clay minerals to development of vertic features in soils of Stavropol’ District Stavropol'ya. Pochvovedenie, 1995b, No 11, pp. 1408-1418. (in Russian)
- Chizhikova N.P., Kasmo B. The mineralogical composition of Syria's soils as an indicator of their suitability for irrigation. Minerals of soils: genesis, geography, importance in fertility and ecology, Moscow, V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, 1986, pp. 256-266. (in Russian)
- Chuvashova I.S., Rasskazov S.V., Yasnigina T.A., Fefelov N.N., Saranina E.V., Rudneva N.A. The middle Miocene sequence of high- and moderately-Mg rocks in the Vitim Plateau, Geodynamics and Tectonophysics, 2015, V. 6, No 1, pp. 91-125. (in Russian)
- El'-Tezhani M.S., Gradusov B.P., Rubilina N.E., Chizhikova N.P. Chemical-mineralogical composition of fine-dispersed fraction and fabric of some soils in Sudan, Pochvovedenie, 1984. No 11, pp. 89-95. (in Russian)
- Ahmad N., Vertisols. Wilding, L.P., In Smeck, N.E., Hall G.F. (Eds.), Pedogenesis and Soil Taxonomy. II. The Soil Orders. Development in Soil Science 11B, Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 1983, pp. 91-123.
- Ahmad N. Acid vertisols in Trinidad. Proceed. оf the 5th Int. Soil Classification workshop, Sudan, 1982, Soil Survey Administration, Khartoum (Sudan), 1985, pp. 97-115.
- Allen B.L., Fanning D.S. Composition and soil genesis. In Wilding L.P., Smeck N.E. and Hall G.F. (Eds.) Pedogenesis and soil taxonomy. I. Concepts and interactions, Amsterdam, Elsevier, 1983, p. 141-192.
- Barbiero L.,Mohan Kumar M.S., Violette A., Oliva P. et al. Ferrolysis induced soil transformation by natural drainage in Vertisols of Sub-Humid South India, Geoderma, 2010, V. 156, pp. 173-188.
- Biscaye, P.E., Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans, Geol. Soc. Am. Bull., 1965, V. 76, pp. 803-832.
- Bhattacharyya T., D.K. Pal and S.B. Deshpande. On kaolinitic and mixed mineralogy classes of shrink-swell soils, Aust. J. Soil Res., 1997, V. 35, pp. 1245-1252.
- Brierley J.A., Stonehouse H.B., Mermut A.R. Vertisolic soils of Canada: genesis, distribution, and classification, Can. J. Soil Sci., 2011, V. 91, pp. 903-916.
- Coulombe C. E., Dixon J.B. and Wilding, L.P. Mineralogy and chemistry of vertisols. In Ahmad N. and Mermut A. (Eds.) Vertisols and technologies for their management. Developments in Soil Science 24, Elsevier, Amsterdam, 1996, pp. 115-200
- Coulombe, C. E., Wilding, L.P., Overview of Vertisols: Characteristics and impacts on society. In Sparks, D. (Ed.), Advances in Agronomy, V. 57, Academic Press, Inc., San Diego, 1996, pp. 289-375.
- Dixon J.B. Mineralogy of Vertisols. Vertisols and rice soils of the tropics. Symposia papers II. 12th ICSS, New Dehli, India, 1982, pp. 48-59.
- Heidari A., Mahmoodi Sh., Roozitalab M.H. and Mermut A.R. Diversity of clay minerals in the vertisols of three different climatic regions in western Iran, J. Agric. Sci. Technol., 2008, V. 10, pp. 269-284.
- Gökhan Özsoy and Ertuğrul Aksoy. Characterization, classification and agricultural usage of vertisols developed on neogen aged calcareous marl parent materials, J. Biol. Environ. Sci., 2007, V. 1(1), pp. 5-10.
- Goryachkin, S.V., Konyushkov, D, E., Mergelov, N.S., (Eds.) Soils and temperature regimes of the central Buryatia and the west TransBaikal mountains. Guidebook for field excursions of the V International Conference on Cryopedology. Ulan-Ude-Komsomolsk-Goryachinsk, September 18-20, 2009, Moscow, 2009, 55 p.
- Greene-Kelly R. Shrinkage of clay soils: a statistical correlation with other soil properties, Geoderma. 1974, V. 11, pp. 243-257.
- IUSS Working Group WRB, 2015 World reference base for soil resources 2014 update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No 106. FAO, Rome.
- Kabaktschiew, I. and Mückenhausen, E. Die Tonminerale einiger Smolnitzen Bulgariens, Z. Pflanzenernaehr. Bodenk., 1969, V. 122, pp. 97–111. doi:10.1002/jpln.19691220202.
- Kalbande A.R., Pal D.K., Deshpande S.B. b-Fabric of some benchmark Vertisols of India in relation to their mineralogy, J. Soil Sci., 1992, V. 43, pp. 375-385.
- Kovda I.V., Lebedeva M.P. Modern and relict features in clayey cryogenic soil: morphological and micromorphological identification. Spanish Journal of Soil Science, 2013, V. 3 (3), pp. 70-87.
- Moustakas N.K. A study of Vertisol genesis in North eastern Greece, Catena, 2012, V. 92, pp. 208-215.
- Pal D.K. A treatise of Indian and tropical soils, Springer, 2016, 180 p. doi 10.1007/978-3-319-49439-5
- Probert M.E., Fergus I.F., Bridge B.J., McGarry D., Thompson C.H. and Russell J.S. The properties and Management of vertisols, CAB International, Wallingford. Oxford, 1987
- Shirsath S.K., Bhattacharyya T. and Pal D.K. Minimum threshold value of smectite for vertic properties, Aust. J. Soil Res., 2000, V. 38, pp. 189-201.
- Temga J.P., Nguetnkam J.P., Balo M.A., Basga S.D., Bitom D.L. Morphological, physico-chemical, mineralogical and geochemical properties of vertisol used in bricks production in the Logone Valley (Cameroon, Central Africa), Int. res. J. Geology Mining., 2015, V. 5(2), pp. 20-30.
- Weaver C.E. The effect and geological significance of potassium “fixation” by expandable clay minerals derived from muscovite, biotite, chlorite, and volcanic material, The American Mineralogist, 1958, V. 43, No 9-10, pp. 839-861.
- Yerima B.P.K., Calhoun F.G., Senkayi A.L. and Dixon J.B. Occurrence of interstratified kaolinite-smectite in El-Salvador vertisols, Soil Sci. Am. J., 1985, V. 49, pp. 462-466.
- Yousif A.A., Mohamed H.H. and Ericson T. Clay and clay minerals in soils of the Clay plains of Central Sudan, J. Soil Sci., 1988, V. 39, pp. 539-548.