Распределение соединений углерода и азота в почвах побережья Баренцева моря (Хайпудырская губа)

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В главе освещены экологические проблема арктического региона,
вызванные глобальными изменениями природной среды на основании анализа
литературных данных (Павлидис и др., 2007; Касимов и др., 2012; IPCC, 2007;
AMAP, 2011). Представлена информация об источниках поступления С и N в
тундровые экосистемы, о содержании этих элементов как в прибрежных
почвах, формирующихся под влиянием зональных факторов почвообразования
(Каверин и др., 2016; Kuhry and Vitt, 1996; Andersson et al., 2012), так и в
маршевых почвах, развивающихся при непосредственном воздействии морских
вод (Шляхов, Костенков, 2000; Darmody, Foss, 1979; Coultas, 1980; Hill, 1982;
Jaworski, Tedrow, 1985; Oenema, 1990; Szymański, 2017а). Приведены результаты
исследований по содержанию С и N почв на сопредельных территориях, а
также некоторых прибрежных районах арктических морей (Хорн, 1972;
Костенкова, 1979; Кузнецова, 1999; Василевич и др., 2015; Каверин и др., 2016;
Пастухов и др., 2018; Lamb et al., 2006; Stempniewicz et al., 2007; Frigstad et al.,
2014; Hodgkinsа et al., 2014; Wang et al., 2017; Zmudczyńska-Skarbek, Balazy,
2017; Cesário et al., 2018; Harris et al., 2018; Zaborska et al., 2018).
Показано влияние орнитофауны, как геохимического прессинга, на
параметры круговорота С и N прибрежных экосистем (Головкин, 1982; Иванов,
Авессаломова, 2012; Szymański, 2017а, б). Обращено внимание на то, что
систематика и номенклатуры приморских почв северных побережий остается
дискуссионной проблемой отечественного почвоведения (Костенкова, 1979;
Ознобихин и др., 1994; Шляхов, 1996; Цейц, Добрынин, 1997; Шляхов,
Костенков, 1998, 1999; Кузнецова, 1999; Черноусенко и др., 2001).

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проведены на побережье Хайпудырской губы Баренцева
моря в пределах Большеземельской тундры. В качестве непосредственных
объектов изучения выбрано пять опорных разрезов, соответствующих наиболее
характерным для данной местности ключевым участкам (таблица 1) с учетом
особенностей рельефа, удаленности от моря, распределения растительных
сообществ.
Во избежание увеличения числа персонифицированных классификаций в
данной работе использованы принципы уже опубликованных схем разделения
маршевых почв по разным таксономическим единицам (Шляхов, 1996; Цейц,
Добрынин, 1997; Черноусенко и др., 2001; Tseits, Dobrynin, 2005). Названия
зональных почв даны в соответствии с (Классификация и диагностика…, 2004;
Полевой определитель…, 2008). Приведено наименование почв в соответствии с
системой мировой базы почвенных ресурсов (Мировая реферативная база…,
2014).

Таблица 1– Объекты исследований
Участок I (68о19′49.0″ N, 59о31′05.0″ E, h = 0 м над ур. моря)
Расположен на маршах низкого уровня на пойменной террасе р.
Ханавэйяха, затапливается в каждый прилив. Поверхность представлена
оголенными пятнами различного диаметра, в микродепрессиях
застаивается вода. Основная площадь участка (до 70%) лишена
растительности, остальная часть занята моноценозом из Carex
subspathacea Wormsk. Et Hornem. (осоки обертковидной).
Почва: маршевая примитивная гиттиевая иловато-легкосуглинистая (Tidalic Fluvisol (Loamic)).
Строение профиля: W(0-3 см)–ACao,h(3-24 см)–ACao,g(24-67 см)–СG(67-89 см)–СG┴(89-
97 см). Характерны фрагментарность гумусового горизонта (W), слабосвязанного
рыхлыми корневыми системами, накопление и послойное захоронение грубого и тонкого
талассогенного органического вещества, наличие глеевых горизонтов.
Участок II (68о19′49.4″ N, 59о31′07.8″ E, h = 1 м над ур. моря)
Расположен в 100 м от участка I на пойменной террасе р. Ханавэй-яха, на
маршах среднего уровня, подвергается подтоплению солеными водами во
время сизигийных приливов и штормов. Микрорельеф выражен слабо,
имеются озерки (25-55%). Проективное покрытие составляет 90-100%,
доминируют Carex glareosa, Calamagrostis deschampsioides Trin. мхи – 10-
15%.
Почва: маршевая дерново-глеевая супесчаная (Gleyic Tidalic Fluvisol (Arenic, Ochric)).
Строение профиля: AYao(0-10 см)–AYh(10-19 см)–ACao,g(19-30 см)–СG(30-63 см)–СG┴
(63-78 см). У почвы хорошо развитая дернина, характерны аккумуляция тонкодисперсного
органического вещества морского происхождения в поверхностных органо-минеральных
горизонтах, наличие грубого органического вещества морского происхождения в пределах
всего профиля, ярко выраженные признаки оглеения нижней части профиля.
Участок III (68о18′26.5″ N, 59о44′12.8″ E, h = -4 м над ур. моря)
Расположен аналогично участку II на надпойменной террасе р. Море-ю,
относится к маршам среднего уровня. Микрорельеф выражен слабо,
имеются небольшие озерки (до 20-25% территории). Сформировано
разнотравно-злаковое сообщество с общим проективным покрытием 90-
100%. Моховой покров из Bryum salinum редкий, местами достигает 30-
40% покрытия.
Почва: маршевая примитивная дерново-глеевая тяжелосуглинистая (Gleyic Tidalic Fluvisols
(Loamic, Ochric)). Строение профиля AYao(0-4 см)–AYh(4-11 см)–ACao,h,g(11-30 см)–
СG(30-57 см)–СG┴(57-66 см). Профиль формируется под влиянием дернового – в верхних и
глеевого – в нижних горизонтах процессов. Для минеральной части в верхней части
характерен тяжелосуглинистый гранулометрический состав, в нижней – супесчаный.
Профиль прокрашен в темные тона из-за присутствия органического вещества.
Участок IV (68о20′05.7″ N, 59о33′21.9″ E, h = 8 м над ур. моря)
Расположен на высоком берегу, практически не подверженном влиянию
морских вод, за исключением размыва грунта во время штормов.
Плоскополигональный болотный комплекс, сформированный торфяными
буграми-полигонами, разделенными сетью узких трещин. Полигоны
имеют кочковатый микрорельеф, заняты кустарничковыми мохово-
лишайниковыми сообществами. Моховой покров занимает в покрытии
75-90%, состоит в основном из Sphagnum squarrosum Crome, S. girgensohnii Russ. и виды
родов Dicranum и Polytrichum. Обильны Flavocetraria nivalis (L.) Kärnefelt & A. Thell
Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot.
Почва: торфяная олиготрофная мерзлотная (Cryic Folic Histosol). Строение профиля: О(0-1
см)–Т1(1-16 см)–Т2(16-23 см) )–Т│ (23-30 см).
Участок V (68о16′58.9″ N, 59о54′49.5″ E, h = 8 м над ур. моря)
Располагается на выровненной водораздельной территории, наименее
подверженной влиянию засоленных морских вод и занят пушицево-
кустарничковой моховой тундрой. Микрорельеф представлен в основном
многочисленнымипушицевымикочками.Покрытие травяно-
кустарничкового яруса 40%. Моховой покров сплошной (90-95%), сложен,
в основном, видами р. Sphagnum.
Почва: торфяно-глеезем криогенно-ожелезненный мерзлотный (Histic Reductaquic Cryosol).
Строение профиля: О(0-3 см)–Т1(3-11 см)–Т2(11-13 см)–Gсfтик(13-27 см)–G1(27-38 см)–
G2(38-55(69) см)–G│(55(69)-76 см).

Таким образом, почвы объединены в две группы, существенно
различающиеся по генезису. К первой относятся широко распространенные
засоленные маршевые почвы (участки I-III), формирующиеся в условиях
периодического затопления приливными и нагонными морскими водами. Вторая
группа – почвы тундровых экосистем (участки VI, V), подверженные влиянию
моря лишь посредством выпадения морских аэрозолей, переносимых
воздушными массами. Незасоленные тундровые почвы формируются на
наиболее высоких позициях рельефа, где доминирующее значение приобретают
зональные факторы почвообразования.
Отбор и пробоподготовка почв проведены в соответствии с требованиями
ГОСТов 17.4.4.02-84, 17.4.3.01-83 и 28168-89. Химические анализы выполняли
общепринятыми методами (Воробьева, 1995). Водные и солевые (c(KСl) = 1
моль/дм3) вытяжки из почв готовили в соотношении 1:25 и 1:2.5 для
органогенных и минеральных горизонтов соответственно (ГОСТ 26423-85;
26483-85). Проанализирован химический состав представителей флоры
наземнойповерхностиключевыхучастков,произрастающихна
соответствующих участках исследования. Аналитические данные обрабатывали
методами математической статистики (Дмитриев, 1995) с использованием
пакета программы Excel 5.0 и STATISTICA 6.0. В основе исследования лежал
системный подход, включающий комплекс классических и современных
методов анализа (таблица 2).
Таблица 2 – Методы исследования почв и водных вытяжек
МетодФизическая величина
Почва
*
Газовая хроматография (ГХ) Общий углерод, азот ω(Cобщ), ω(Nобщ) почв и фитомассы
Объемно-метрический метод Неорганический углерод ω(Снеорг) почв и фитомассы
ФотометрияНеорганический азот ω(N-NH4+)KCl, ω(N-NO3-)KCl почв и
фитомассы
Атомно-эмиссионнаяКислоторастворимые формы элементов Na, К, Са, Mg, Fe,
спектрометрияAl
Метод КачинскогоМассовая доля илистой фракции почв ɷИФ
Жидкостная хроматографияГидролизуемые аминокислоты ω(АмК) почв
Водная вытяжка из почв
*
ВысокотемпературноеРастворимые формы углерода и азота ω(Сорг)Н2О,
каталитическое окислениеω(Nобщ)Н2О, ω(Снеорг)Н2О
ФотометрияНеорганический азот ω(N-NH4+)Н2О, ω(N-NO3-)Н2О почв и
фитомассы
ГЖХихромато-масс- Низкомолекулярные органические соединения ωкислоты,
спектрометрияωспирты, ωуглеводы
КондуктометриярН, удельная электропроводность (æ)
*
Пламенная фотометрияNa+, K+
*
Меркурометрический метод Cl-
*
Атомная абсорбцияCa2+, Mg2+, Fe2+/3+, Al3+,
*
ТитриметрияНСО3-
*
Турбидиметрический метод SO42-
Жидкостная хроматографияСвободные аминокислоты ω(АмК) в фитомассе
*анализы выполнены в экоаналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ
УрО РАН, аккредитованной в Системе аккредитации аналитических лабораторий
Росстандарта России (РОСС RU.0001.511257 от 16.04.14).

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Содержание углерода и азота в наземной фитомассе
Формирование почвенно-растительного покрова прибрежной зоны
существенным образом зависит от рельефа и удаленности от моря. В наземной
живой фитомассе представителей, встречающихся в напочвенном покрове
зональных тундровых почв (участки IV и V), ω(Сорг) = 430-470, ω(Nорг) = 3-7
г/кг, а отношение C/N составляет от 75 до 170, маршевых почв (участки I-III) –
350-410, 20-33 г/кг и 12-21 соответственно. Для водных вытяжек аналогичные
параметры в первой группе объектов ω(Сорг)Н2О = 10-30, ω(Nорг)Н2О ≤ 1.0 г/кг,
(C/N)Н2О = 30-60, во второй – 32-72, 4-8 г/кг, 5-21 соответственно.
В наземной фитомассе обнаружено 17 белковых аминокислот,
аналогичный перечень характерен для гидролизатов лесных почв разного
генезиса, гумусовых кислот, а также почвенных микроорганизмов (Мошкина,
2009; Василевич, Безносиков, 2015; Amelung et al., 2006.). Общее содержание
свободных аминокислот биомассы мхов и лишайников составляет 0.5-10,
солеустойчивой флоры – 20-55 г/кг. В первых преобладают глутаминовая
кислота, глутамин и аланин, вторых – пролин (до 50%), аспарагин и
аспарагиновая кислота (рисунок 1).
Рисунок 1 – Группы гидролизуемых кислот (г/кг) в почвах и фитомассе
(Polytrichum commune – по сведениям (Василевич и др., 2015))

Из фитомассы представителей зональной флоры экстрагируется до 0,2-2,0
низкомолекулярных безазотистых соединений, солеустойчивой – 1,5-6,7 г/кг. У
лишайников преобладают (до 90%) спирты, у мхов, напротив, это значение
приходится на сахара. Особенностью состава водорастворимых метаболитов
солеустойчивых растений по сравнению с лишайниками и мхами является
повышенное относительное содержание низкомолекулярных органических
кислот.
Подтвержденасистематическаязависимостьсодержаниякак
безазотистых, так и азотсодержащих водорастворимых низкомолекулярных
органических веществ в отдельных видах лишайников, мхов, а также высших
растений засоленных местообитаний. Высокая извлекаемость изученных
органических соединений водой позволяет предполагать, что живые растения
служат значимым источником органических соединений, которые под
воздействием атмосферных осадков могут поступать в почву и подвергаться
различным трансформациям.
3.2 Содержание углерода и азота в почвах
Участки почвенных ареалов совпадают с границами растительных
сообществ, которые наиболее четко прослеживается для поверхностных
горизонтов почв, развивающихся единовременно с растительностью.
Органические формы элементов. В группе зональных почв содержание
Сорг составляет 310-470 г/кг, Nорг = 5-20 г/кг, C/N в поверхностных торфяных
горизонтах равно 60-95 (рисунок 2), что сопоставимо со значениями показателя
фитомассы доминирующих видов растений участков. В пределах
Маршевая примитивная гиттиевая почваМаршевая дерново-глеевая почва
СоргNорг(Сорг)Н2О (Nорг)Н2О (СНС)Н2ОСоргNорг(Сорг)Н2О(Nорг)Н2О(СНС)Н2О

AYao
0-30-10
W

44445555

СG ACao,g AYh
ACa o,g ACa o,h

10-19
3-244444
3333
19-30
3333
24-67
222230-63
2222
не опр.не опр.не опр.
СG

67-89не опр.

СG
11не опр.1не опр.163-78
1111
025500,00,80501000,00,51,0
0240,0 0,3 0,60,00,10480,00,1048

Маршевая примитивная дерново-глеевая почваТорфяно-глеезем криогенно-ожелезненный мерзлотный
СоргNорг(Сорг)Н2О (Nорг)Н2О (СНС)Н2ОСоргNорг(Сорг)Н2О (Nорг)Н2О(СНС)Н2О
AYa o

0-47
4454
AYh

4-11
3345
ACa o,h,
11-30
g

2223не опр.
не опр.2
СG

30-5711не опр.
11не опр.1
030600240,00,51,00150 300
0,00,1048

Рисунок 2 – Содержание органических форм элементов (г/кг) в почвах (Сорг, Nорг) и вытяжках из них ((Сорг)Н2О, (Nорг)Н2О),
углерода низкомолекулярных органических соединений (мг/кг) – (СНС)Н2О. Здесь и далее “не опр.” – не определено
деятельного слоя торфяных мерзлотных почв C/N уменьшается в 3-7 раз в связи
с более эффективной минерализацией Cорг по сравнению с Nорг и обогащением
мертвых растительных остатков последним. В минеральной части профиля
торфяно-глеезема криогенно-ожелезненного мерзлотного Сорг = 4-8 г/кг, Nорг =
0,3-0,5 г/кг, выявлена их взаимная связь ω(Nорг) = 0,04•ω(Сорг) + 0,17, r = 0,95.
Отмечено накопление элементов в минеральной надмерзлотной толще по
сравнению с нижележащим мерзлотным горизонтом в 1,6 раза.
В группе маршевых почв массовая доля Сорг варьирует по горизонтам от 5
до 75 г/кг, Nорг – 0,3-5,0 г/кг, C/N – 10-18 (рисунок 2). Источниками элементов в
почвах являются прибрежная солеустойчивая флора (C/N = 10-20), а также
гуано и биологический материал морских организмов (C/N = 2-10) (Иванов,
Авессаломова, 2012; Cesario et al., 2018; Frigstad et al., 2014; Harris et al., 2018;
Szymanski et al., 2016; Tseits, Dobrynin, 2005). В почвенных профилях
изменение C/N с глубиной разнонаправлено. Значения Сорг и Nорг во всех
маршевых почвах тесно взаимосвязаны ω(Nорг) = 0,07•ω(Сорг) + 0,12, r = 0,99.
Закономерности изменения показателей зависят от поступления
минеральной массы, приносимой непосредственно морем (участок I, в меньшей
степени участок II), либо крупной водной артерией – р. Море-ю (участок III).
Регулярное наслоение и перемешивание материала препятствует зарастанию
территории, в результате чего часть площади I и III участков лишены
растительного покрова, что отражается в низком содержании углерода и азота
органических соединений в поверхностных горизонтах этих почв. Существенно
более высокие значения этих показателей (в три и более раз) отмечены в
подповерхностных горизонтах данных почв. Вероятно, “захоронение” развитой
осоково-злаковой оторфованной дернины почв I и III происходило
одновременно. На это указывают сходные значения мощностей аналогичных
горизонтов. Если провести ориентировочные расчеты (Сафьянов, 1987), то
можно предположить, что эти седиментационные процессы протекали в
последние 3-7 лет.
Отношение C к N поверхностных горизонтов обеих групп почв близки к
аналогичному показателю биоматериала. Вглубь профилей эти значения
меняются разнонаправленно. Наименьшее значение у поверхностного
горизонта почвы маршей низкого уровня связано с присутствием биомассы
морских растений, а также продуктов жизнедеятельности морских животных и
птиц.
Неорганические формы элементов. Содержание неорганического
углерода в маршевых почвах равно 0,4-1,8 г/кг, что составляет 4-20% от общего
содержания элемента. Более других неорганического углерода содержит
маршевая примитивная гиттиевая почва, затапливаемая в каждый прилив, а в
ней – поверхностный горизонт. Источниками Снеорг являются морская вода и
карбонатные отложения, приносимые морем.
Минерализация органического вещества в почвах побережья
Хайпудырской губы в основном ограничивается стадией аммонификации. К
причинам, сдерживающим процессы нитрификации, относятся низкие
температуры, избыточное увлажнение, а в торфяных почвах дополнительно –
высокая кислотность почвенного раствора. Содержание N-NH4+ в засоленных
почвах в большинстве случаев колеблется в диапазоне 5-20 мг/кг, уменьшаясь с
глубиной. В торфяных почвах содержание аммонийного азота в пределах
органогенной толщи, включая мерзлый грунт, достигает 200 мг/кг. В торфяно-
глееземе (участок V) отмечена надмерзлотная аккумуляция N-NH4+ в 10 раз,
одной из причин которой может быть фиксация иона аммония
мелкодисперсной фракцией почв. Нитратный азот в количестве менее 5 мг/кг
обнаружен лишь в поверхностных горизонтах маршевых почв.
Источником общего азота в минеральных горизонтах может быть
фиксированный аммоний, а также азот протеинов и близких к ним N-
содержащих соединений, адсорбированных глинистыми минералами и
гидроксидами Fe (Bai, et al., 2005; Kleber et al., 2007; Kleber, 2010). На сорбцию
N указывает тесная корреляция между содержанием общего азота и массовой
долей илистой фракции, к которой и приурочены упомянутые адсорбенты.
Для минеральных горизонтов торфяно-глеезема уравнение взаимосвязи
имеет вид ɷИФ = 0,06•ɷ(Nобщ) – 0,50 (r = 0,97), для маршевых почв – ɷИФ =
0,06•ɷ(Nобщ) – 0,06 (r = 0,75). Выборка не включает сведения о двух
погребенных горизонтах маршевых примитивных почв (ACao,h и AYh), в
которых аккумуляцию азота, очевидно, контролируют другие факторы. Этим
объектам присуще высокое содержание Cорг, с которым, вероятно,
преимущественно и связан азот. На фоне накопления органического азота
отмечена надмерзлотная аккумуляция N-NH4+ в торфяно-глееземе (участок V),
вероятно, сопряженная с накоплением над мерзлотой потенциальных
адсорбентов – илистых частиц.
3.3 Содержание связанных аминокислот почв
Аминокислотам принадлежит важная роль в круговороте азота в почве.
АмК входят в состав гумуса, играют значительную роль в процессе
почвообразования (Мошкина, 2009).
Органический азот всех почв на 30-60% представлен азотом аминокислот,
изменение содержания которых идентично распределению почвенного
органического азота (r = 0,99; n = 11). Все это свидетельствует о существенном
вкладе азота аминокислот в азотный фонд почв окраинных арктических
территорий. В почвах, как и наземной фитомассе обнаружено 17 аминокислот,
что указывает на довольно однообразный качественный состав АмК объектов.
Для всех почвенных горизонтов, вне зависимости от их генезиса, доля Arg, His,
Phe, Tyr, Ile не превышает 4% для каждой, вклад Lys, Val, Pro, Ser и Thr
составляет по 5-7, Ala и Leu – по 10-12%. В маршевых почвах выражено
накопление глицина с глубиной при колебании от 12 до 20% на фоне
уменьшения доли Asp, Glu с 11 до 6%. Основные различая относительного
содержания аминокислот в объектах сводятся к изменениям трех соединений –
нейтральной аминокислоты Gly и отрицательных Asp и Glu. Диапазон
колебаний массовой доли первой 12-20%, отмечается тенденция к накоплению
глицина с глубиной. В свою очередь содержание Glu, напротив, уменьшается,
варьируя от 6 до 11%.
Соотношение разных групп аминокислот в общем их составе
гидрорлизатов для почв и фитомассы аналогичны: наиболее устойчивые
нейтральныеАмКсоставляют60-75%,ароматические–4-7,
гидроксиаминокислоты – 10-15, положительные АмК – до 10, отрицательные –
13-34%. Отмечено снижение содержания Asp и Glu от поверхностного
горизонта в глубь профилей, что может быть связано с большей
растворимостью названных аминокислот и вымыванием их из почвы
(Никольский, Рабинович, 1964; Shamrikova et al., 2017), а также их участием в
качестве прекурсоров в биосинтезе других аминокислот, избирательной
адсорбцией, минерализацией, поглощением растениями и микроорганизмами
(Мошкина, 2009; McBride, 1994; Moon et al., 2016). Помимо отрицательных
АмК, существенно уменьшается количество Phe и Pro (в 12 и 6 раз
соответственно).
3.4 Содержание углерода и азота в водных вытяжках из почв
Состав почвенных растворов отражает уникальную информацию о
характере, динамике и направленности всех процессов, протекающих в почве в
текущий момент (Караванова, Тимофеева, 2009), поэтому сведения о составе и
свойствах водорастворимых веществ являются вопросами первостепенной
важности при изучении процесса почвообразования.
В торфяной толще почв тундровых экосистем ω(Сорг)Н2О = 4-10, ω(Nорг)Н2О
~ 0,2 г/кг, (C/N)Н2О = 25-56 (рисунок 2). В подстилочно-торфяных горизонтах
отмечено накопление органического углерода в вытяжках так же, как и почв. В
минеральной части профиля торфяно-глеезема отмечена связь ω(Nорг)Н2О =
0,05•ω(Сорг)Н2О, r = 0,99. Установлена аккумуляция (Сорг)Н2О и (Nорг)Н2О в
надмерзлотной толще, по сравнению с нижележащим многолетнемерзлым
грунтом в 1,6 раза. В водных экстрактах из минеральных горизонтов торфяно-
глеезема (участок V) ω(Сорг)Н2О = 30-50, ω(Nорг)Н2О ≤ 1 мг/кг, (C/N)Н2О = 50→∞
(поскольку ω(Nорг)Н2О→0), содержание органических форм углерода и азота не
коррелируют между собой.
В засоленных маршевых почвах содержание водорастворимого
органического углерода (Cорг)Н2О варьирует от 0,1 до 0,8, содержание азота
(Nорг)Н2О ≤ 0,06 г/кг, (C/N)Н2О = 5-20, ω(Nорг)Н2О = 0,06•ω(Сорг)Н2О +0,01, r = 0,67
(рисунок 2). В пределах трех верхних горизонтов все параметры изменяются
разнонаправлено. Погребенные органо-минеральные горизонты почв имеют
максимум содержания органического углерода в почвах, что не соответствует
последовательностиизменениясодержанияданногоэлементав
водорастворимой фракции. Содержание углерода неорганических соединений в
водных вытяжках их почв находится в пределах ω(Снеорг)Н2О = 0,02-0,11 г/кг, что
составляет менее 10% от общего углерода почв. Наибольшее количество
гидрокарбонат-иона отмечено в поверхностных горизонтах маршевых
примитивных почв. Главными источниками поступления Снеорг в почву
являются морская вода и карбонатные отложения, приносимые морем.
Водноэкстрагируемый неорганический азот в водных вытяжках из всех
исследуемых почв представлен только ионом аммония. В органогенных
горизонтах водораздельных почв его содержание достигает 30-55, в
минеральных – до 3,5 мг/кг, что соответствует 15-25 и 30-100% от общего азота
вытяжек. В торфяно-глееземе отмечена аккумуляция аммонийного азота в
толще над мерзлотой. Среди возможных причин – наличие мерзлотного
барьера, препятствующего его нисходящей миграции. Водноэкстрагируемый
азот маршевых почв также в большей мере представлен N-органическими
соединениями и лишь на 7-25% общего азота вытяжек находится в форме NH4+.
Взаимозависимость содержания водоэкстрагируемого (общего, органического,
неорганического) азота почв с массовой долей фракции ила отсутствует.
Вероятно, N-содержащие компоненты как органической, так и неорганической
природы, адсорбированные тонкодисперсными частицами почв, достаточно
прочно удерживаются твердой фазой и количественно дистиллированной водой
не экстрагируются.
Таким образом, в почвах выражено софракционирование соединений C и
N. Соотносительность показателей C/N и (C/N)Н2О определяются двумя
факторами, имеющими разнонаправленные эффекты (таблица 3). В
органогенных субстратах повышенная растворимость N-органических
соединений по сравнению с соответствующими безазотистыми обеспечивает
превышение C/N биоматериала над C/N вытяжек из него. В минеральных
горизонтах отмечено обратное соотношение, поскольку водная экстракция N-
содержащих соединений ограничена их фиксацией илистой фракцией почв. В
органо-минеральных горизонтах в зависимости от количества и природы
соединений N, специфики гранулометрического и минералогического состава
возможна разная соотносительность C/N почв и вытяжек.

Таблица 3 – Софракционирование соединений С и N
органогенные горизонтыминеральные горизонты почворгано-минеральные
почв (высокое содержание(низкие значения Сорг, Nорг)горизонты почв (срединные
Сорг)значения Сорг, Nорг)
наличие NH2-группыфиксация азотсодержащих, ввыраженность (1) и (2)
повышает растворимостьтом числе N-органических
органических соединенийсоединений, препятствует их
в воде (1)растворению в воде (2)
в зависимости от
– количества и природы N-органических соединений,
– гранулометрического и минералогического состава
С/N > (C/N)Н2ОС/N < (C/N)Н2ОС/N ~ (C/N)Н2О 3.5 Содержание низкомолекулярных органических соединений почв В почвах тундровых экосистем в подстилочно-торфяных горизонтах отмечено накопление низкомолекулярных органических соединений (НС), их содержание в поверхностных горизонтах зональных почвах колеблется в среднем от 200 (участок IV) до 700 мг/кг (участок V) (рисунок 2). В вытяжках около 80% от общей массы веществ приходится на углеводы, 10-20% – кислоты, 0-9% – спирты. Доля углерода идентифицированных веществ всех почв в основном не превышает 3% от углерода водных вытяжек. Поверхностные горизонты как по относительному содержанию отдельных классов индивидуальных соединений в общей их массе, так и по доминирующим индивидуальным компонентам сходны с составом растворимых метаболитов наземной биомассы мхов. Суммарный вклад яблочной и триоксимасляной кислот всех объектов достигает 90%. При повышении ионной силы экстрагента уменьшается растворимость органических соединений, особенно их низкомолекулярной фракции (“эффект высаливания”), ω(СНС)Н2О / ω(СНС)KCl = 0,5. Содержание НС в водных и солевых вытяжках объектов тесно коррелируют – ω(СНС)Н2О = 2,2•ω(СНС)KCl + 5,9, r = 0,97. Перечень низкомолекулярных кислот и углеводов в солевых вытяжках из почв меньше, чем в водных, причем в солевые растворы переходят только мажорные водорастворимые представители своих классов (таблица 4). Экстрагируемые солевым раствором соединения составляют 20-70% от их содержания в водных вытяжках из почв. В засоленных маршевых почвах содержание низкомолекулярных органических соединений не превышает 10 мг/кг, доля углеводов составляет 50- 90, кислот – 10-50, спиртов – менее 3%, что согласуется с составом водорастворимых соединений наземной биомассы растений засоленных местообитаний. В пределах трех верхних горизонтов содержание индивидуальных соединений изменяются разнонаправлено. Погребенные органо-минеральные горизонты почв имеют максимум содержания индивидуальных компонентов, что аналогично распределению органического углерода в почвах (рисунок 2). В составе кислот преобладают молочная и гликолевая кислоты (до 30%). Всем почвам вне зависимости от генезиса характерно присутствие рибитола и инозитола, а также арабинозы и глюкозы (по 30-40 и 10-50% от общей массы соединений соответствующих классов). Таблица 4 – Низкомолекулярные органические соединения почв, экстрагируемые водой и раствором хлорида калия Классы Водная вытяжкаKCl-вытяжка соединений Кислоты2-оксипропановая (молочная), 2-оксибутандикарбоновая (яблочная), 2,3,4- триоксибутановая (триоксимасляная) 2-оксиэтановая(2-оксиуксусная,гликолевая),2,3-- диоксипропановая(глицериновая),2,3,4,5,6- пентаоксигексановая (галактоновая), 3-оксибутановая (3- оксимасляная), пентановая (валериановая), бутандионовая (янтарная), гексадикарбоновая (адипиновая) Углеводыгалактоза, рибоза, глюкоза, сахароза арабиноза, тураноза- Спиртыглицерин, рибитол, мио-инозитол- Исследования показали, что относительные показатели содержания низкомолекулярныхорганическихсоединенийявляютсяболее информативными, чем абсолютные. В засоленных почвах доля кислот в общей массе идентифицированных соединений выше по сравнению с зональными, что согласуется с результатами изучения состава растворимых соединений наземной фитмассы растений (рисунок 3). Рисунок 3 – Относительное содержание соединений в водных вытяжках из почв Диагностичным также является отношение содержаний углеводов и кислот почв. Все изучаемые в данной работе объекты можно объединить в одну группу с относительно высоким отношением показателей (ωуглеводы/ωкислоты)Н2О >
4 (рисунок 4), в нее же попадают образцы многолетне-мерзлой породы
торфяных мерзлотных почв северной лесотундры. Возможно, это связано с
особенностями функционирования организмов в экстремальных условиях.
Ткани растений Крайнего Севера содержат повышенное содержание углеводов,
и в первую очередь растворимых (Зеленский, 1977), что является примером
физиологической адаптации растений к условиям среды за счет относительно
большей интенсивности фотосинтеза при пониженных температурах.

Рисунок 4 – Отношение содержания углеводов к кислотам,
идентифицированных в водных вытяжках из почв разного генезиса. 1 –
горизонты почв исследуемых участков: участок IV – О (0-1 см) (2), Т1(1-16 см)
(3), Т2 (16-23 см) (4) и участок V – O (0-3 см) (1), Т1 (3-11 см) (5), Т2 (11-13 см);
2 – таежные почвы, почвы южной тундры, сезонноталые слои торфяных
мерзлотных почв (Шамрикова и др., 2013-2017 гг.)
3.6 Вариабельность свойств почв побережья Хайпудырской губы
Баренцева моря в сравнении с аналогичными характеристиками почв
Кандалашского залива Белого моря
Региональные различия свойств прибрежных почв аналогичных позиций
Баренцева и Белого морей определяются локальными условиями территории,
такими как соленость вод прилегающих акваторий, заливание морскими
водами и др. Содержание растворимых форм Ca2+, K+ + Na+, Cl-, SO42- в маршах
низкого уровня в среднем в 2-4 раза выше по сравнению с аналогичными
почвами на побережье Белого моря (Кандалакшский залив). Это связано с
разной соленостью вод прилегающих акваторий. Заливы (в том числе
Хайпудырская губа) практически не имеют ограничений для поступления
океанских вод, поэтому соленость воды составляет 32-33 ‰ (Добровольский,
Залогин, 1982). Белое море практически со всех сторон окружено сушей, в него
впадает в общей сложности более сорока рек, поэтому его значение общей
солености ниже средней солености океана и в Кандалакшском заливе достигает
25-26 ‰.
Во всех почвах независимо от генезиса максимальное содержание Ca2+,
Mg2+, K+ и Na+ свойственно верхним горизонтам, среди них – горизонту почвы
участка I (рисунок 5). Наиболее сильно почвы различаются по содержанию Na+,
что определяется воздействием соленых вод. В водных вытяжках засоленных
почвах содержание ионов натрия составляет 1,1-4,3, незасоленных – <0,2 г/кг. Высокая пространственная вариабельность распределения также свойственна Mg2+ (0,1-0,8 г/кг). Его содержание в засоленной почве удаленного от побережья участка III практически совпадает с зональными почвами. Количество ионов Ca2+ и K+ для почв разного генезиса оказывается близким (<0,3 – для зональных и 0,1-0,7 г/кг – для маршевых почв). Среди анионов в засоленных почвах концентрации Cl-, SO42- при высоком колебании достигают значения 6 г/кг. В незасоленных почвах определяются только хлорид-ионы в количестве <0,4 г/кг. iii n(1/zX)/m 123451010 n(1/zX)/mcp 66 6 00 WAOhC AOiCg AYaoAYhAOiCgAYaoAYh AOiCgОТ1Т2ОТ1Т20 ABCDE IIIIIIIVV Рисунок 5 – Количества веществ эквивалентов ионов в почвах (смоль/кг) побережий Баренцева I-V (i) и Белого A-E (Сидорова и др., 2015) морей: 1 – Ca2+, 2 – Mg2+, 3 – (K+ + Na+), 4 – Cl-, 5 – SO42- Максимальные значения электропроводности водных вытяжек присущи поверхностным слоям почв, в пределах трех верхних горизонтов æ последовательно снижается: в почве участка I электропроводность составляет æ = 2,6-5,3, второго участка – 1,8-4,4, третьего – 1,3-2,1, в торфяных почвах ее значения не превышают 0,1 дСм/м. Таким образом, почвы первых двух участков относятся к сильнозасоленным, почва третьего участка – среднезасолена, тип засоления по катионному составу – натриевый, по анионному – хлоридный. Зональные почвы (участки IV и V) относятся к незасоленным (Базилевич, Панкова, 1970). В зависимости от набора свойств с помощью кластерного анализа все изучаемые почвы побережья Баренцева моря разделены на две группы: зональные почвы, подверженные влиянию моря лишь посредством выпадения морских аэрозолей и маршевые почвы (марши низкого и среднего уровней) (рисунок 6). Блок маршевых почв, в свою очередь, делится также на две группы. Первая группа – все почвы Беломорья (А-Е) и наименее засоленная из изучаемых почв (участок III), вторая группа – почвы участков I и II. Е.d. ~~~ ~~~~ VIV E III D САВIII Рисунок 6 – Дендрограмма сходства почв: I-V – изучаемые объекты, A-E – почвы Беломорья (Сидорова и др., 2015), Е.d. – Евклидово расстояние Таким образом, своеобразная совокупность факторов педогенеза обусловливает формирование почв с весьма широким диапазоном варьирования показателей в сравнительно узкой зоне морского побережья Баренцева моря по сравнению с Белым. Отличительными признаками являются бÓльшая засоленность и более существенный размах пространственного варьирования исследуемых показателей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ По выполненным исследованиям можно сделать следующие выводы: 1.Своеобразие факторов педогенеза обуславливает значительную пестроту почвенного покрова в сравнительно узкой зоне морского побережья Хайпудырской губы Баренцева моря. Выделено две группы почв, существенно различающиеся по генезису: засоленные маршевые почвы, формирующиеся в условиях периодического затопления приливными и нагонными морскими водами и почвы тундровых экосистем, подверженные влиянию моря лишь посредством выпадения морских аэрозолей. Маршевые почвы характеризуются слоистой структурой почвенного профиля. Для почв низких маршей характерна фрагментарность гумусового горизонта. Почвы, формирующиеся на маршах среднего уровня, отличаются хорошо развитым гумусово-аккумулятивным горизонтом. Незасоленные тундровые почвы формируются на наиболее высоких позициях рельефа, где доминирующее значение приобретают зональные факторы почвообразования. Выявлено соответствие распространения почв с границами растительных ареалов. 2.В водораздельных тундровых почвах, подверженных выпадению морских аэрозолей, содержание органического углерода составляет 310-470, азота 5-20 г/кг. Соответствующие показатели для водных экстрактов горизонтов торфяной толщи равны 4-10, ~ 0,2 г/кг. В подстилочно-торфяных горизонтах выражено накопление как общего углерода водорастворимых органических соединений, так и низкомолекулярных компонентов гумуса. Следствием криогенеза является надмерзлотная аккумуляция как в твердой, так и в жидкой фазах торфяно-глеезема органических форм углерода и азота (до 1,6 раза) и аммонийного азота (до 10 раз). С глубиной, включая мерзлотную толщу, отмечено обогащение торфа органическим азотом. 3.В засоленных маршевых почвах, формирующихся в условиях периодического затопления приливными и нагонными морскими водами, содержание органического углерода варьирует по горизонтам от 5 до 75, азота – до 5 г/кг. Доля водорастворимых форм элементов составляет 0,3-13 %. Количества элементов в почвах и в водных вытяжках из них взаимосвязаны. Содержание органических форм углерода и азота в гумусово-аккумулятивных горизонтах, погребенных современными морскими отложениями, в 3 и более раз превышает их количество в выше- и нижележащей толще почв. 4.Доказана близость значений C/N изучаемых почв и вытяжек из них с аналогичными параметрами наземной биомассы доминантов современных растительных сообществ. В маршевой зоне C/N почв и их водорастворимой фракции составляет 10-20. В торфяных горизонтах тундровых почв C/N = 65- 95, в водных экстрактах из них – 45-55, с глубиной C/N снижается в 3-7 раз. Значение C/N наземной фитомассы растений засоленных местообитаний равны 12-21, лишайников и мхов – 75-170, показатели водных вытяжек из растительных материалов соответственно равны 5-21 и 30-60. 5.Органический азот почв на 30-50 % представлен азотом белковых аминокислот, изменение содержания которых идентично распределению общего азота. Выявлен однообразный качественный состав гидролизуемых аминокислот почв и наземной фитомассы, а также сходное относительное содержание большинства их них. Доля Arg, His, Phe, Tyr, Ile не превышает 4 % каждой, вклад Lys, Val, Pro, Ser и Thr составляет по 5-7 %, Ala и Leu – по 10-12 %. В маршевых почвах выражено накопление глицина с глубиной при колебании от 12 до 20 % на фоне уменьшения доли Asp, Glu с 11 до 6 %. 6.Содержание индивидуальных низкомолекулярных органических соединений в торфяных почвах достигает 700, в почвах маршей не превышает 20 мг/кг. Среди идентифицированных соединений преобладают углеводы (80 % и более). На долю кислот приходится около 20, спиртов – менее 5 %. В первой группе почв преобладают яблочная, 2,3,4-триоксимасляная кислоты (до 20 % от суммы кислот), во второй – молочная и гликолевая кислоты (до 30 %). Всем почвам характерно присутствие рибитола и инозитола, а также арабинозы и глюкозы (по 30-40 и 10-50 % от общей массы соединений соответствующих классов). Влияние морской воды в зоне подтопления может вызывать снижение миграционной способности низкомолекулярной фракции органического вещества почв. 7.Содержание углерода неорганических соединений в почвах маршей варьирует в пределах 0,4-1,8 г/кг (4-20 % от общего содержания элемента), в водных вытяжках – 0,02-0,11 г/кг. Более других Снеорг содержит почва маршей низкого уровня, а в ней – поверхностный слой. Накопление водорастворимых карбонат- и гидрокарбонат анионов отмечено в трех верхних горизонтах маршевых примитивных почв. Главными источниками неорганических форм углерода в почвах являются морская вода и карбонатные отложения, приносимые морем. 8.Минерализация органического вещества в почвах исследуемой территории в основном ограничивается стадией аммонификации. Азот неорганических соединений составляет менее 3 % азотного фонда почв и в основном представлен аммонийной формой. Концентрация N-NH4+ в маршевых почвах варьирует в диапазоне 5-20 мг/кг, уменьшаясь с глубиной. В пределах органогенной толщи водораздельных торфяных почв содержание аммонийного азота составляет 50-80, достигая 200 мг/кг в мерзлотном грунте. В поверхностных горизонтах маршевых почв присутствует нитратный азот в количестве менее 5 мг/кг. 9.Раскрыты отличия состава почв низких маршей Хайпудырской губы Баренцева моря в сравнении с почвами аналогичных позиций побережья Кандалакшского залива Белого моря. Разница солености вод прилегающих акваторий определяет 2-4-кратное превышение содержания растворимых форм Ca2+, K+ и Na+, Cl-, SO42- первых в сравнении со вторыми. Маршевые почвы изучаемой территории относятся к сильнозасоленным, Белого моря – к слабозасоленным. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1.Шамрикова, Е.В. Кислотность органогенных горизонтов арктических почв побережья Баренцева моря / Е. В. Шамрикова, С. В. Денева, О. С. Кубик, В. В. Пунегов, Е. В. Кызъюрова, Ю. И. Боброва, О. М. Зуева // Почвоведение. – 2017. – № 11. – С. 1325–1335. 2.Шамрикова, Е.В. Свойства почв и характера растительности побережья Хайпудырской губы Баренцева моря / Е. В. Шамрикова, С. В. Денева, А. Н. Панюков, О. С. Кубик // Почвоведение. – 2018. – № 4. – С. 402– 412. 3.Шамрикова, Е.В. Распределение углерода и азота в почвенном покрове прибрежной территории Баренцева моря (Хайпудырскай губа) / Е. В. Шамрикова, С. В. Денева, О. С. Кубик // Почвоведение. – 2019. – № 5. С. 558- 569. 4.Шамрикова, Е.В. Состав водорастворимой фракции почв побережья Баренцева моря: органический углерод и азот, низкомолекулярные компоненты / Е. В. Шамрикова, О. С. Кубик, С. В. Денева, В. В. Пунегов // Почвоведение. – 2019. – № 11. – С. 1322-1338. 5.Шамрикова, Е.В. Соединения азота в почвах континентальных окраин Европейского сектора Российской Арктики / Е. В. Шамрикова, С. В. Денева, О. С. Кубик, А. Н. Панюков // Почвоведение. – 2020. – № 7. – С. 803- 815.