Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2. Характеристика некоторых типов почв
Тундровые почвы. Распространены в равнинных и горных тундрах земного шара; встречаются также в арктической и лесотундровой зонах. Образование тундровых почв происходит в условиях холодного климата под маломощным, малопродуктивным растительным покровом. Чаще всего эти почвы приурочены к областям с многолетней мерзлотой, но могут формироваться и на сезонно промерзающих породах.
Выделяют следующие типы тундровых почв: тундровые глеевые, тундровые подбуры, тундровые подзолистые, тундровые дерновые, тундровые вулканические, тундровые остаточно-карбонатные, тундровые слабобиогенные почвы.
Подзолистые почвы. Образуются в результате развития подзолоо6разовательного процесса. Подзолистые почвы распространены в таежной природной зоне под хвойными (ель, пихта, сосна), смешанными хвойно-лиственными и широколиственными лесами.
Почвенный профиль слагается из следующих горизонтов: Ао – лесная подстилка; А1 – элювиально-гумусовый; А2 – подзолистый; А2B – переходный; В – иллювиальный; С – материнская порода.
Для подзолистых почв характерен водный режим промывного типа. Ежегодно некоторое количество влаги, атмосферных осадков, поступающих на поверхность почвы, просачивается через почвогрунтовую толщу насквозь и уходит в грунтовые воды. Обычно такое промачивание происходит весной, а иногда и осенью, а в отдельные годы – летом при обильных дождях.
При промывном типе водного режима основания, освобождающиеся в процессе разложения органических остатков в лесной подстилке, вымываются из нее и образуют свободные органические кислоты. Растворимые кислоты, поступая с почвенным раствором в минеральные горизонты, вытесняют обменные основания Са2+ и Mg2+, которые замещаются новыми Н+ и Аl3+, так как возникает обменная кислотность и ненасыщенность основаниями. Далее свободные растворимые органические кислоты вызывают распад частиц алюмосиликатов, как первичных, так и вторичных. Водорастворимые продукты распада минеральных частиц с почвенным раствором поступают в более глубокие горизонты.
Подразделение подзолистых почв по морфологическим признакам производится в зависимости от степени развития горизонта А2 и соотношения его мощности с мощностью горизонта А1. Если горизонт А2 не сплошной, а выражен лишь в виде отдельных пятен, такая почва называется слабоподзолистой. Если мощность горизонта А2 меньше мощности горизонта А1, то почва называется среднеподзолистой, а если больше – то сильноподзолистой. При отсутствии горизонта А1 почва называется подзолом, и особенно часто подзолы образуются на песках. Почвы с хорошо развитым горизонтом А1 называются дерново-подзолистыми. Наличие в профиле почвы сизых, голубоватых, зеленоватых, оливковых пятен свидетельствует о том, что почвы оглеены, и их называют глеевато- или глеевоподзолистыми.
Серые лесные почвы. Это тип почв, формирующихся в условиях континентального умеренно влажного климата при периодически промывном типе водного режима под широколиственными, березовыми и лиственнично-сосновыми лесами.
Серые лесные почвы формируются на различных почвообразующих породах, но наиболее часто встречаются на толщах, содержащих карбонаты кальция, – лесовидных покровных суглинках, карбонатных моренах, окарбоначенных продуктах выветривания коренных пород. Серые лесные ночвы характеризуются кислой реакцией в большей части профиля и щелочной или нейтральной в нижней части горизонта ВС. Содержание гумуса колеблется от 2–3 до 5–8 %. Уменьшение его количества с глубиной происходит довольно быстро. Верхние горизонты обычно обнаруживают обедненность илистой фракцией значительную величину ненасыщенности основаниями (до 20–40 %)
Серые лесные почвы формируются южнее дерново-подзолистых и севернее выщелоченных черноземов, поэтому их северный подтип близок по своим свойствам к дерново-подзолистым, а южный – к черноземным почвам.
Серые лесные почвы делятся на три подтипа:
1) светло-серые лесные почвы;
2) серые лесные почвы;
3) темно-серые лесные почвы.
Критерием для их разделения служат показатели мощности гумусового горизонта, содержание в нем гумуса, а также степень оподзоленности, которая наиболее высока в подтипе светло-серых лесных почв.
Черноземные почвы – тип почв, развивающихся под луговыми и лугово-разнотравными степями. Черноземы богаты органическим веществом. Их высокое плодородие определяют мощный гумусовый слой (35–150 см) и большие запасы гумуса (250–700 т/га).
В профиле черноземных почв имеется мощный темно-окрашенный гумусовый, или гумусово-аккумулятивный слой (А + В1).
В связи с неодинаковой интенсивностью окраски органическим веществом его подразделяют на два самостоятельных горизонта: верхняя, наиболее гумусированная часть выделяется как гумусовый горизонт (А) и нижняя часть гумусового слоя до гумусовых затеков – как переходный горизонт (В2). Горизонт А обычно имеет черную или темно-серую окраску, а горизонт В1 – темно-серую с коричневым оттенком. В самостоятельный выделяется горизонт гумусовых затеков (В2). Ниже залегает горизонт максимального скопления карбонатов – карбонатный или карбонатно-иллювиальный горизонт (Вк), постепенно переходящий в породу (С).
В целинных почвах под степной растительностью выделяют горизонт степного войлока (А0), состоящий из остатков травянистой растительности. На пахотных почвах распаханная часть горизонта А выделяется в самостоятельный горизонт (Апах).
Тип черноземных почв разделяется на подтипы: оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные.
Важнейшие роды черноземного типа почв – обычные, карбонатные, солонцеватые, солонцевато-солончаковые.
По мощности гумусового слоя черноземы подразделяются на виды: маломощные (менее 40 см), среднемощные (40–80 см), мощные (80–120 см) и сверхмощные (более 120 см), а также по степени гумусированности: малогумусные (менее 6 %), среднегумусные (6–9 %) и высокогумусные (тучные) более (9 %).
Наиболее благоприятные условия для образования черноземных почв сложились в лесостепной зоне (оподзоленные, выщелоченные и типичные черноземы). Здесь наблюдается периодически промывной тип водного режима, образуется максимальное количество растительной массы и имеются благоприятные условия для гумификации.
В степной зоне развитие черноземов происходит в условиях непромывного типа водного режима: уменьшается количество растительного опада, процесс накопления гумуса проходит менее интенсивно.
Природный процесс почвообразования в черноземных почвах существенно изменяется при вовлечении их в сельскохозяйственное использование. Замена природной растительности сельско-хозяйственными растениями приводит к заметным изменениям как в характере биологического круговорота веществ, так и в условиях формирования водного и теплового режимов.
При выращивании сельскохозяйственных культур происходит ежегодное отчуждение большей части создаваемой биомассы, а следовательно, и значительного количества питательных веществ, сокращается срок активного взаимодействия корневых систем растений с почвой. Кроме того, почва значительный период остается без растительного покрова (пар, осенне-зимний и весенний периоды). Последнее приводит к уменьшению поглощения почвой зимних осадков, так как происходит значительный снос снега с полей, что необходимо учитывать и принимать меры для задержания снега и талых вод на пахотных почвах.
При освоении черноземных почв происходит активация микробиологических процессов, что способствует значительной мобилизации азота и фосфора, поэтому пахотные черноземы отличаются повышенным содержанием доступных растениям форм азота и фосфора. Правильное применение органических и минеральных удобрений, выращивание высоких урожаев сельскохозяйственных культур способствуют сохранению высокого уровня потенциального и эффективного плодородия черноземов.
Засоленные почвы отличаются содержанием избыточного количества (более 0,25 % массы почвы) легкорастворимых в воде солей.
В большинстве своем засоленные почвы содержат соли угольной, серной и соляной кислот. Из солей угольной кислоты для растений опасна натриевая соль в двух ее формах: углекислая соль Nа2СО3 (нормальная сода) и двууглекислая, или гидрокарбонатная, NаНСО3 (питьевая сода).
Из солей серной кислоты опасны сернокислый натрий (сульфат натрия) Na2SО4 и сернокислый магний MgSО4.
Соли соляной кислоты чаще представлены хлористым натрием NaCl (поваренная соль), реже хлористым магнием MgC12 и еще реже хлористым кальцием CaC12.
Все названные соли обладают хорошей растворимостью воде. Большей токсичностью обладают хлористые соли. Хлориды и сульфаты, повышая осмотическое давление почвенного раствора, создают так называемую физиологическую сухость, при которой растение страдает также, как от почвенной засухи. Отрицательное влияние хлоридов обусловливается еще и тем, что проникая в клетки растений, они разрушают клеточные стенки, что приводит к нарушению физиологических функций всего организма. Особенно сильное действие на растение оказывает сода, которая в воде гидролитически расщепляется с образованием едкого натра (NaOH); реакция почвенного раствора становится резко щелочной, что ведет к быстрой гибели растения.
Степень токсичности водных растворов различных солей (при одинаковой концентрации) можно выразить следующим сопоставлением: токсичнее сернокислого натрия двууглекислая сода примерно в 3 раза; сернокислый магний, хлористый магний и хлористый кальций в 4–5 раз; хлористый натрий в 5–6; нормальная сода в 8 раз.
Различные виды растений характеризуются неодинаковой чувствительностью к легкорастворимым солям. Одни из них обладают повышенной солеустойчивостью (как ячмень, свекла), другие – средней (как хлопчатник), но многие растения не переносят избытка легко растворимых солей.
Образование легкорастворимых солей происходит в результате химического выветривания горных пород. За исторически долгий отрезок времени значительная часть солей сосредотачивалась в океане. По мере освобождения морского дна от воды легкорастворимые соли оказывались на материке. Засушливый климат и затрудненный сток воды к океану – обязательные факторы скопления солей на суше и засоления ими почв.
Высоко расположенные грунтовые воды (не ниже 2–3 м от поверхности почвы), поднимаясь вверх, начинают быстро испаряться. Высота и скорость поднятия воды (по капиллярным пробам) зависят от механического состава почвы и грунтов.
По определению Б.Б. Полынова, уровень грунтовых вод, при котором наступает интенсивное их испарение, называется критической глубиной залегания засоляющих почву грунтовых вод. Если уровень грунтовой воды удается понизить, то процесс засоления значительно ослабевает или прекращается.
Большое значение имеет критическая минерализация грунтовой воды, то есть такое содержание в ней солей, ниже которого не может начаться процесс засоления.
Между критической глубиной и критической минерализацией существует зависимость: чем ближе уровень грунтовых вод и, следовательно, больше расходуется их на испарение, тем меньше нижний предел минерализации.
При передвижении в верхние слои грунта раствор сначала насыщается карбонатами кальция, затем карбонатами магния, которые образуют первую солевую зону, выше начинает выпадать гипс. Растворы, более обогащенные хлоридами, достигают верхних слоев почвы, в которых происходит их накопление в течение лета и которые не могут полностью вымываться осенне-зимними осадками.
Проявление или усиление засоленности почвы может происходить в связи с орошением, и такое явление носит название вторичного засоления.
При орошении равновесие между приходом и расходом грунтовых вод нарушается, их запас увеличивается и уровень поднимается. Вторичное засоление почв происходит при условии, если на определенной глубине или в грунтовых водах имеются значительные запасы легкорастворимых солей, и соли могут переместиться в корнеобитаемый слой.
В зависимости от количества содержащихся в почве солей, характера их распределения по почвенным горизонтам засоленные почвы подразделяются на солончаки, солончаковые и солончаковатые почвы, солонцы. Для установления степени их засоления обычно определяют сумму солей, выделяя при этом ионы хлора.
Солончаки относятся к наиболее засоленным почвам. Содержание легкорастворимых солей в корнеобитаемом слое их достигает 1–3 % массы почвы. Без коренного улучшения эти почвы не пригодны для использования в сельском хозяйстве.
По составу солей, источникам засоления, положению грунтовых вод и другим признакам солончаки делят на группы: содовые, сульфатные, хлоридные и смешанные (сульфатно-содовые, сульфатно-хлоридные и др.) солончаки.
При содержании большого количества сульфата натрия верхний слой почвы отличается рыхлым сложением; такие солончаки называются пухлыми.
Хлоридные солончаки из-за высокой гигроскопичности солей часто бывают увлажнены с поверхности – мокрые солончаки.
При накоплении большого количества солей на поверхности почвы образуется солевая корка или солевой пласт; соответственно такие солончаки называются корковыми или солевыми корами.
Грунтовые воды под солончаками располагаются обычно неглубоко и часто являются основным фактором образования солончаков.
Выделяют солончаки типичные и луговые. Минерализация грунтовых вод под типичными солончаками достигает 15–100 г и более в 1 л. Насыщенность солями грунтовых вод под луговыми солончаками значительно меньше. Луговые солончаки образуются на первых стадиях солончакового процесса. Благодаря относительно обильной растительности эти солончаки больше содержат гумуса и легче поддаются окультуриванию.
Солончаковые почвы отличаются от солончаков меньшим содержанием легко растворимых солей. Их подразделяют на сильно-, средне- и слабозасоленные почвы. Общее количество солей составляет в сильнозасоленных почвах обычно 0,7–2,0 %, в среднезасоленных 0,4–0,7 %, в слабозасоленных 0,3–0,4 %.
Особенно неблагоприятно условия для роста и развития растений складываются на сильнозасоленных солончаковых почвах. Соли оказывают отрицательное влияние на прорастание семян, что ведет к появлению недружных и ослабленных всходов. В течение вегетационного периода растения нередко не завершают полный цикл развития и остаются невызревшими.
Солончаковатые почвы характеризуются тем, что засолению подвергнуты не верхние, а нижние слои. Такие почвы в богарных условиях кажутся нормальными, но растения с помощью корневой системы не могут использовать питательные вещества подпахотных горизонтов. При орошении и подъеме грунтовых вод соли нижних слоев перемещаются в верхние слои и вызывают со временем вторичное засоление солончаковатых почв.
Солонцы – почвы, содержащие в поглощенном состоянии большое количество обменного натрия, а иногда и магния в иллювиальном горизонте (В).
Теория генезиса солонцов была разработана К.К. Гедройцем. Солонцы образуются из луговых или степных почв при поступлении в их поглощающий комплекс натрия из почвенного раствора или из грунтовых вод. При выщелачивании солей в почве остается поглощенный натрий. Таким образом, генезис солонцов обусловлен процессами: засоления (вхождение натрия в поглощающий комплекс), рассоления (вымывание солей) и осолонцевания (проявление в рассоленой почве солонцовых свойств). В процессе развития солонцов натрий вытесняется другими катионами – кальцием или магнием или пептизированные натрием коллоиды вмываются в глубину (осолодение, которое часто сопровождается оподзоливанием).
Для солонцов характерно высокое содержание обменного натрия в солонцовом горизонте В (от 10–15 % до 70 % емкости поглощения). В составе обменных оснований часто содержится много магния (35–45 % емкости поглощения). Солонцы содовые имеют высокую щелочность (pH = 8–10). В солонцах резко выражен элювиально-иллювиальный профиль с накоплением ила и полуторных окислов в солонцовом горизонте В и обеднением ими надсолонцового горизонта А. Карбонатный горизонт обогащен карбонатами кальция и магния и совмещается с горизонтом В2 или расположен под ним. Легкорастворимые соли появляются в горизонте В2, или карбонатном, или в почвообразующей породе, а также находятся и в засоленных грунтовых водах. Содержание гумуса в горизонте А составляет от 1–5 до 9–10 %.
Выделяют три группы типов солонцов: автоморфные (солонцы степные, черноземные, каштановые, полупустынные, субтропические); полугидроморфные (солонцы лугово-мерзлотные, лугово-степные, лугово-черноземные, лугово-каштановые, лугово-полупустынные, лугово-степные субтропические); гидроморфные (солонцы луговых степей, луговые полупустынные, луговые субтропические). Типы различаются по свойствам тех почв, из которых солонцы образовались, а также по проявлению солонцовых свойств в разных биоклиматических и гидрологических условиях.
Солонцы черноземной зоны более гумусированы, чем полупустынной, и гидромофные гумусированы больше, чем автоморфные.
Характерны значительные передвижения гумуса и глубокое его проникновение по профилю. В составе гумусовых веществ в солонцовом горизонте преобладают фульвокислоты. Для солонцов характерно небольшое количество подвижных форм фосфора.
Из солонцов при повышенном поверхностном увлажнении формируются солоди, которые распространены в лесостепной и степной зонах, а также среди почв сухих и полупустынных степей.
Солоди характеризуются наличием в них аморфной кремнекислоты (SiО2). Свободная кремнекислота в солодях образуется в результате частичного распада алюмосиликатной части почвы под воздействием щелочных растворов, а также в результате жизнедеятельности диатомовых водорослей и других организмов. Химические процессы образования свободной кремнекислоты могут проходить как при рассолении солонцов, так и при периодическом воздействии на незасоленные почвы слабых растворов натриевых солей.
В зависимости от условий образования тип солодей разделяется на три подтипа: солоди лесные (типичные); солоди луговые (дерновые); солоди лугово-болотные (торфянистые).
По содержанию гумуса выделяют солоди: малогyмусные (светлые) – меньше 3 %; среднегу-мусные (серые) – 3–6 %; высокогумусные (темные) – больше 6 %.