Актуальность и востребованность темы диссертации. Сегодняшней дни «горные системы занимают четвертую часть суши Земного шара, их природа имеет много своеобразных черт, отличающих горы от равнин и различные комплексы ландшафтов от тропиков до полярного пояса»1. Своеобразие горных экосистем определяет как особенности почвообразования, так и характер использования предгорных и горных почв. С этой точки зрений исследований генезиса, эволюции и плодородия почв вертикальных зон является одной из основных теоретических задач. От глубины и широты ее решения зависит понимание закономерностей географического распространения почв, процессов развития геохимических ландшафтов, знание и использования природной среды в целом.
В республике изменения климата современные горные и предгорные почвы служат интегральным показателем, в этой связи предгорные и горные почвы Ферганской долины с выраженным аридным и гумидным климатом, почвенно-экологическим режимом выступают примером их отклика на природные и антропогенные изменения регионального характера. Соответственно, оценка влияния гидротермических и других почвообразующих факторов, свойства почв, в элементарных и геохимических ландшафтах, в разных экспозициях, кроме того оценке плодородии, сохранение и ее повышение представляют несомненную актуальность.
В мире исследование свойства почв, в том числе содержания и миграция ряда макро- и микроэлементов являются важным звеном в познании генезиса и эволюции горных и предгорных почв. Недостаточно полно исследованы вопросы миграции химических элементов в геохимических ландшафтах почв вертикальных зонах, как в естественных, так и в антропогенных условиях. В целом анализ генезиса аккумуляции и дифференциации макро- и микроэлементов их соединений в геохимических барьерах с позиции почвенно-геохимических барьеров представляется весьма актуальной задачей почвоведения в настоящее время. Проблемы горного почвообразования без учета региональных и локальных их особенностей не могут быть решены. Теоретический раздел современного почвоведения в этом отношении, безусловно, требует расширения, кроме того, экологогенетические, агрофизические и химические, а также биогеохимические свойства предгорных и горных почв Ферганской долины изучены недостаточны. Влияние исследований указанных факторов на генезис и формирования почв и геохимических ландшафтов горных зон, а также поведение микроэлементов, особенно, малоизученных, неизученных (Rb, Cs, Cr, U, Sc, La, Hf, Sb, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Th) элементов в элементарных системах, типа генетические горизонты почв - порода - почвы - растения практически не изучены. Так же не разработаны гумусное состояние,
фоновые содержание макро- и микроэлементов, почвенно-геохимические провинции, которые составляют актуальность темы диссертации.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в законе «О земле» Республики Узбекистан, постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан от 23 августа 2016 года №273 «Об утверждении программы мониторинга окружающей природной среды в Республике Узбекистан на 2016-2020 годы» и от 27 мая 2013 года №142 «О программе действий по охране окружающей среды Республики Узбекистан на 2013-2017 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Цель исследования является комплексная характеристика горных и предгорных почв с использованием морфогенетических, ландшафтногеохимических методов исследования, влияние эколого-генетических свойств миграции, аккумуляции и дифференциации химических элементов в цепи «материнская порода-почва-растение», а также выявлять плодородие.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые доказаны процессы почвообразования предгорных и горных почв Ферганской долины под влиянием осадков, рельефа местности, поливных вод и другие приобрел современные эколого-генетические и почвенно-геохимические свойства;
определено морфологические, биогеохимические, физико-химические, химические свойства и геохимические барьеры в бурых горно-лесных, горнокоричневых почвах сформированных на разных условиях и породах;
определена педогеохимия и фоновой состав Rb, Cs, Cr, U, Sc, La, Hf, Sb, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Th в почвах и почвообразующих породах;
доказано, что гумусное состояние горных и предгорных почв, а также выявлены процессы гумификации и минерализации, тип гумуса фульватно-гуматный, где соотношение Сгк^Сфк варьирует в пределах 1-2;
выделены новые двусторонние педогеохимические барьеры, бариевые, магниевые, молибденовые и другие провинции, на основе которых определены генетические, геохимические, эколого-генетические состояния и свойства почв и почвообразующих пород;
в пределах вертикальной зональности гидротермические показатели севера и юга долины, в частности среднегодовая температура повышены на 1,85°С, в результате которого происходит процесс аридизации, под влиянием которого в генезисе и свойствах почв элементарных ландшафтов происходит важные изменения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Исследования факторов образования почв в горах показывает их неравнозначимость в сравнении с равнинами. Это проявляется в том, что ведущая роль в горном почвообразовательном процессе принадлежит рельефу и климату, благодаря влиянию которых в горах создаются многообразие почвенно-геохимических ландшафтов, связанные с геохимическими потоками элементов.
2. Различие в почвах, материнских породах и содержание отдельных элементов связаны с древними отложениями, так на севере территории Нанай и выше, горные породы имеют верхнее пермь и нижнее неогеновомиоценовый состав, состоящий из известково-сланцевого и глауконитового комплекса, а на юге в пределах Ёрдон и Хайдаркан имеют нижнее силурийский и нижнее карбоновый, девонский состав, который состоит и известково-доломитовой толщи.
В условиях предгорных и горных почв Ферганской долины выделяются светло-бурые луго-степные, бурые горно-лесные, горно-коричневые, карбонатные и сероземы, сформированные в основном на скелетных элювиях, пролювиях, а также на лессах и лессовидных суглинках, которые в почвенно-экологическом отношении резко различаются. Морфология северных почв более растянута, чем южных.
3. В связи с ростом аридизации, то есть роста среднегодовых температур в целом идет медленные, но ощутимые изменения в климате в сторону роста среднегодовых как на севере, так и на юге региона, которые неизбежно плавно приводят к изменению границ распространения почв в вертикале, этот процесс быстрее идет на юге региона.
4. При сопоставлении общего запаса органических веществ условнополивных и орошаемых почв установлено, что горно-коричневые, темные и типичные сероземы при орошении в первые годы теряют гумус, намытые почвы обогащаются ими. Однако эти изменения в силу гидрогеологических, геоморфологических условий не ведут к полному выравниванию плодородии этих почв. В этом плане ведущую роль играет климат, рельеф и антропогенный фактор.
На примере предгорья и гор Ферганской долины, очень сложных и разнообразных по факторам почвообразования, влияющих на различное проявление процессов почвообразования и дифференциации ландшафтов и почвенных горизонтов, установлены геохимически и биогеохимически взаимосвязанные и взаимообусловленные механизмы эволюцирования и распространения почв.
5. В ландшафтно-геохимических условиях с горными почвами и сероземного пояса на пути миграции макро- и микроэлементов из автономных ландшафтов в подчиненные формируется система разнообразных радиальных педогеохимических барьеров: испарительные, карбонатные двусторонние, карбонатно-гипсовые двусторонние, кислородные, глеевые.
6. С увеличением степени карбонатности почвы снижается поступление, соответственно коэффициент биологического поглощения растений ряда макро- и микроэлементов, тем самым снижается плодородия. Этот процесс от темных сероземов до светлых сероземов усиливается, в результате поливов несколько сглаживается.
Отношение содержания СаСОз в почвенной толще и почвообразующей породе составляет 1,25. Аккумуляция карбонатного материла в почвенном профиле происходила, главным образом не при испарении грунтовых вод, глубина которых достигает более 10 м, и не могут принимать участие в формировании почвенного профиля, а при участии почвенной биоты и растительности.
Таким образом, аккумулятивные функции изученного ряда почв сероземной и горной зоны проявляются в отношении не только органического углерода и углерода карбонатов.
7. Орошаемые сероземы долины по содержанию валового молибдена относятся к геохимическим провинциям обогащения, где ее содержится в сероземах 2,2-4,7 КК. В зависимости от положения верхней границы карбонатного горизонта миграция молибдена по профилю почв либо затруднена или не происходит. Это положение предохраняет живое существо от отрицательного влияния молибдена.
8. Содержание элементов Fc, Ва, Sc, Cr, Rb, Sb, Cs, Hf, La, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Th, U могут служить фоном для почв горного и предгорного ряда, таких как бурые горно-лесные, горно-коричневые, карбонатные, орошаемые сероземы. Элементный фон определяя уровень плодородия одновременно в этих почвах может служить для выяснения ряда педогеохимических и генетических характеристик и составления почвенно-геохимического мониторинга, размещения сельскохозяйственных культур в целях получения экологически чистых продуктов питания.
9. Для ландшафтов сероземной зоны с сероземами характерно накопление бора (КК=6-8), цинка (КК=1,6-2,8), молибдена (КК=1,0-1,9), марганца (КК=1-1,7), меди (КК=1,4-1,5) и они относятся к провинции обогащения. Наибольший характер связи почвы с почвообразующими породами был свойственен цинку, а наибольший коэффициент местной миграции - бору, остальные занимали следующие места: Mn>Cu>Mo>Zn.
Высокую связь между хлопчатником, почвой и породами обнаружены для молибдена (Ах=0,4), остальные микроэлементы занимали следующие места в ряду: B>Cu>Zn>Mn, Ах которых ниже 0,4.
Для зоны с сероземными почвами были характерны избыточная и повышенная цинко-молибденовая геохимическая провинция, а для подчиненных геохимических ландшафтов характерна избыточная медная геохимическая провинция.
10. Почвы рассматриваемых геохимических ландшафтов отличались между собой содержанием золота. Его на порядок было больше в почвах и почвообразующих породах правого берега. Наиболее высокое содержание золота обнаружено в лессах и лессовидных суглинках и в гумусовых горизонтах (пахотных и подпахотных) сероземов. Максимальное его содержание было выявлено в аккумулятивных ландшафтах.
Для сероземов региона была характерна большая вариабельность содержания золота, мышьяка, молибдена, кадмия, лантана и самария.
11. Многие минеральные соли калия легкорастворимы, однако вследствие большей биофильностью он мигрирует слабее натрия. Калий как было указано, вследствие большего ионного размера быстро захватывается глинами и тем самым обеспечивает низкую миграционную способность в почвах и породах. По химическим свойствам калий почти аналог натрия в биосфере его геохимия ближе к магнию и барию.
12. Относительно высокие концентрации мышьяка (но ниже КК) были характерны для гумусовых и глеевых горизонтов. Характер связи в пахотных почвах между содержанием гумуса и мышьяка был выражен слабо. Мышьяка в почвах и почвообразующих породах левого берега было больше на 25%,чем в почвах и почвообразующих породах правого берега, что очевидно, может служить основанием для выделения почвенно-геохимической мышьяковой провинции на юге Ферганской долины.
Биогеохимический метод позволяет, выявить особенности накопления ртути, мышьяка, сурьмы и других элементов в растениях и определить степень биологического накопления с учетом существующего геохимического фона и уровня плодородия. Биогеохимические провинции, особенно ртутно-сурьмяно-мышьяковые, должны осторожно использоваться в сельскохозяйственном производстве.
Провинции с избыточным содержанием стронция были характерны для юга долины, но они были не столь опасны, как зоны уровской болезни. Это связано с высоким содержанием кальция во всех ландшафтах Ферганской долины.
13. Химический состав растений, выращенных в разных экологических условиях (провинции обогащения и контрольная - необогащенная) почти по всем изученным элементам отличались в пользу растений выращенных в зоне обогащения.
В ртутных, мышьяковых, сурьмяных биогеохимических провинциях не следует возделывать кукурузу, картофель, томаты и некоторые другие виды культур, обладающих высокими коэффициентами биологического поглощения.
14. Научно-исследовательские и проектно-изыскательские организации, комитет по охране природы, выпускники и соискатели высших учебных заведения при проведении мониторинговых исследований могут использовать результаты элементного состава (Fe, Ва, Sc, Cr, Rb, Sb, Cs, Hf, La, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Th, U) в качестве фона для горных и предгорных почв Ферганской долины. Кроме того, результаты элементного анализа и геохимических провинции рекомендуется использовать при чтении спецкурсов студентам и магистрантам биолого-почвенного и экологического, сельскохозяйственного направлений.
15. Управлением водного и сельского хозяйства рекомендуется размещение сельскохозяйственных культур, провести с учетом борной и другой геохимической провинции, где высокие урожаи дают сахарная свекла, сорго и другие культуры.
Областному управлению земельного кадастра, комитет охрана окружающей среды рекомендуется использование результатов по содержанию гумуса и питательных элементов, воднорастворимых солей, тяжелых металлов и радионуклидов в этих почвах для мониторинга и в составление почвенно-бонитировочных карт.