Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основная задача лесоводов — выращивание продуктивных и устойчивых лесов. Этого можно добиться, если каждая древесная порода, входящая в состав насаждений, будет соответствовать лесорастительным условиям, которые в свою очередь в значительной степени зависят от почв.
Почвы предопределяют состав, устойчивость, продуктивность и возобновление лесов, так как они обладают различным плодородием, физико-химическими свойствами, содержат разное количество воды и питательных веществ. В почвах происходят сложные биологические, химические и физические процессы, в связи с чем меняются их лесорастительные свойства.
В учебнике рассматриваются основные вопросы и понятия почвоведения, роль рельефа, геологического строения и соответствующих им материнских пород в процессах почвообразования, так как от них в большой степени зависит рост леса. Особое внимание уделено морфологическим признакам почв, на основе которых почвы распознают в природе.
При изучении предмета учащемуся следует понять особенности рельефа территории, материнских пород, климата и увязать их с зоной развития почв; знать внешние характерные признаки главнейших почв страны; научиться выделять эти признаки при конкретном морфологическом описании почвенных разрезов и составлении почвенной карты. Изучение основ почвоведения во многом облегчит усвоение курсов лесоводства, лесных культур, таксации, поможет понять взаимосвязь между почвами и растениями.
При написании учебника учтены все пожелания, полученные в процессе работы над ним от десяти лесных техникумов.
Отзывы о книге просим направлять по адресу: 101000, Москва, ул. Кирова, 40а, издательство «Лесная промышленность».
ВВЕДЕНИЕ
Земля и леса — народное достояние, поэтому хозяйство на всей территории нашей страны должно вестись в интересах народа. Выполнению этой задачи в области лесного и сельского хозяйства партия и правительство в течение всей истории Советского государства уделяли большое внимание. Декреты «О земле» от 8 ноября 1917 г., «О лесах» от 27 мая 1918 г.— первые документы Советской власти, в которых объявлялось, что земля и леса являются общенародной собственностью. В 1968 г. был принят «Закон об утверждении основ земельного законодательства Союза ССР и союзных республик», а в 1977 г. утверждены «Основы лесного законодательства Союза ССР и союзных республик».
Леса выполняют многочисленные функции: они поглощают промышленные газы и углекислоту, выделяя кислород; перераспределяют поступающие тепло и влагу, смягчая климат; способствуют переносу осадков в засушливые зоны страны; являются источником многих рек, способствуя более равномерному снабжению их водой в течение всего года; защищают почвы полей от разрушения; служат местом массового отдыха и туризма; являются единственным источником древесины.
Лесное и сельское хозяйства — особые, специфические формы производства, связанные с выращиванием растений, где земля — главный предмет и средство производства. Различие состава, роста и биомассы растений определяется условиями внешней среды, т. е. количеством тепла, света, влаги и пищи. Причем тепло и свет — факторы космические, их источником главным образом является Солнце; вода и пища — факторы земные. Взаимодействие космических и земных факторов создает огромное разнообразие условий среды.
Для получения высоких урожаев или большой биомассы необходимо регулировать все факторы жизни растений. Однако на обширных пространствах, занятых лесами и пашнями, воздействовать на поступление тепла и света трудно. Вода и пища попадают в растения через почвы. Действуя на почвы орудиями обработки, внося удобрения, осушая или орошая их, можно регулировать поступление воды и пищи в растения.
Почвы являются важнейшим фактором, определяющим уро-
жай растений. Они обладают существенным свойством — плодородием, т. е. способностью снабжать растения водой и пищей. Эта способность развивается одновременно с образованием почвы. По определению В. В. Докучаева, «Почвы — это поверхностные минерально-органические образования, которые всегда имеют свое собственное происхождение; они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отживших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности; почвы, как и всякий другой организм, всегда имеют известное нормальное строение, нормальную толщину и нормальное положение, в связи с этим почвы относятся к теплоте, влаге и произрастанию растений иначе, чем их материнские горные породы»
Почвоведение — наука о почвах, их образовании (генезисе), строении, составе и свойствах, закономерностях географического распространения, а также о формировании и развитии главного свойства почвы — плодородия и путях наиболее рационального его использования.
Прежде чем удалось дать определение почвы и определить основное содержание почвоведения как науки о почвах, основоположником которой является В. В. Докучаев, трудом и усилием многих ученых, исследователей и землепроходцев был накоплен обширный материал об устройстве поверхности, плодородии и назначении различных земель, были систематизированы растения, обнаружены микроорганизмы, накоплены факты по характеристике физических и химических свойств почв.
Ученые создавали гипотезы о происхождении почв — верхнего слоя Земли, основываясь на представлениях своего времени. Направление исследований и научные течения в почвоведении в Западной Европе и России были различными.
На Западе сначала получила распространение теория алхимика Ван Гель- монта (1629 г.) о питании растений водой, просуществовавшая до конца XVIII в., а затем теория гумусового питания, выдвинутая А. Теером, сменившаяся в начале XIX в. теорией минерального питания Ю. Либиха (1840 г.), который рассматривал верхний слой почвы как «кладовую» минеральных элементов, т. е. как неизменное механическое тело. В тот же период (начало XIX в.) в Германии возникла новая наука — агрогсология, которая рассматривала верхний слой Земли как продукт разрушения горных пород и процессов вымывания из нее различных веществ.
Почвы изучались однобоко: только физические или только химические свойства. Даже классификация почвы была составлена из отдельных элементов.
В России изучение почв началось в XV в. с описания всех земель и велось в течение 200 лет. Результаты описания сохранились в «Писцовых книгах».
Докучаев В. В. Ход и главнейшие результаты предпринятого Вольным экономическим обществом исследования русского чернозема. СПб, 1881, с 68.
Первым исследователем почв в России был М. В. Ломоносов, определивший главную роль растений и животных в образовании перегноя. М. И. Афонин уделил особое внимание описанию почв, а М. Г. Павлов развил взгляды об изменении плодородия почв.
Географические описания П. С. Палласа, И. И. Лепехина, Н. Е. Озерцев- ского, В. М. Севергина свидетельствовали о разнообразном строении и свойствах почв. Почвенные карты и описания земель, собранные многочисленными кадастровыми (оценочными) отрядами, послужили основой для составления первой почвенной карты европейской России под редакцией К. С. Веселовского.
Однако до середины XIX в., несмотря на разнообразие и обилие фактов, различных теорий, правильно объяснить происхождение почв не удавалось.
В 1875 г. В. В. Докучаеву было поручено составление нормальной классификации почв и описание русского чернозема для объяснительной записки ко второй почвенной карте европейской России. Карта к этому времени была составлена В. И. Чаславским в рукописном виде и готовилась к изданию. В. В. Докучаеву пришлось работать с материалом, характеризующим огромное разнообразие почв различного строения и свойств, поэтому для теоретической основы составляемой классификации необходимо было попять и выделить общие причины их происхождения (генезиса). В течение 4 лет работал В. В. Докучаев над решением этой задачи и составил первую нормальную классификацию почв.
В 1876 г. В. В. Докучаев был избран членом «Вольного экономического общества», занимавшегося сельским хозяйством, а в 1877 г. ему было поручено исследовать черноземы. Изучая почвы России и особенно черноземы, В. В. Докучаев выявил основы их происхождения. Он определил основные причины образования почв. То, что было разрозненно в работах европейских ученых, что представлялось как противоречия (биологический и геологический подходы), стало единым и позволило создать основные методы и способы изучения почв, а позднее — сформировать науку о почвах.
В результате исследования черноземов В. В. Докучаев доказал, что происхождение почв есть результат взаимодействия факторов почвообразования. В 1883 г. публикуется его главная работа «Русский чернозем», в которой он доказал, что открыл новое, четвертое царство природы (кроме трех существовавших— минерального, животного и растительного) —почвы как самостоятельное естественноисторическое тело, изменяющееся во времени и пространстве.
В этой работе были заложены основы новой науки — генетического почвоведения. В 1882 г., за год до выхода книги «Русский чернозем», В. В. Докучаев и его помощник Н. М. Сибирцев включились в работы по оценке земель бывш. Нижегородской губернии, во время которых были составлены почвенные карты, произведены химические анализы образцов, создана генетическая классификация и впервые разработан научно обоснованный метод качественной оценки (бонитировки) почв, основные принципы которого применяются и в настоящее время.
В 1892 г. В. В. Докучаев выпустил книгу «Наши степи прежде и теперь», в которой объяснил причины засухи 1891 г. и наметил комплексные методы 6
борьбы с ней, рекомендуя облесение оврагов и балок, создание по водоразделам насаждений, устройство прудов и водоемов, меры по задержанию влаги н борьбе с эрозией почв, многие из которых применяются до сих пор.
Развивая свое учение, В. В. Докучаев открывает закон зональности почв на равнинах и в горах, составляет первую почвенную карту Северного полушария и Кавказа. В 1892 г. он возглавил «Особую экспедицию Лесного департамента для испытания и учета лесного и водного хозяйства в степях России», организуя в соответствии с разработанной им программой стационары. В Каменной степи начинает работать Г. Ф. Морозов, а в Велико-Анадольском лесничестве — Г. Н. Высоцкий. С их именами связано начало развития лесного почвоведения.
В. Докучаев оказал огромное влияние на развитие многих наук. Он создал замечательную научную школу, из которой вышли крупные почвоведы: Н. М. Сибирцев, акад. К. Д- Глинка, проф. С. А. Захаров, основоположник геохимии В. И. Вернадский, минеролог П. А. Земятчинский, ботаники-географы Г. И. Танфильев, проф. А. Н. Краснов, основоположник лесной гидрологии и лесного почвоведения Г. Н. Высоцкий, автор учения о лесе Г. Ф. Морозов и многие другие.
П. А. Костычев (1845—1895), современник В. В. Докучаева, доказал, что почвообразование — биологический процесс и поэтому ведущая роль принадлежит растительности, что почвоведение нельзя отрывать от агрономии, от жизни растений. В период с 1882 по 1885 г. П. А. Костычев, занимаясь микробиологией, обнаружил образование темноокрашенных гумусовых веществ при воздействии грибов на разлагающиеся растительные остатки.
Изучая процессы регенерации (восстановления) белковых веществ в почве, он установил, что при почвообразовании происходит синтез новых органических соединений. Впервые П. А. Костычев исследовал и доказал огромное значение почвенной структуры, системы обработки почв, он явился основоположником микробиологии гумусообразоваиия. В своих работах П. А. Костычев осветил самые важные вопросы земледелия, был первым почвоведом-экспериментатором, владеющим методами химии, микробиологии, геоботаники, он был автором первого учебника по почвоведению.
М. Сибирцев (1860—1900)—ученик В. В. Докучаева, в качестве его помощника участвовал в работах по оценке земель бывш. Нижегородской губернии Особой экспедиции Лесного департамента. Развивая учение В. В. Докучаева, Н. М. Сибирцев углубил классификацию почв, разделив их на зональные и азональные, разработал классификацию почв по механическому составу и, наконец, написал первый учебник (1900 г.) докучаевского генетического почвоведения, благодаря которому идеи В. В. Докучаева стали доступны учащейся молодежи.
Огромный вклад в развитие почвоведения внесли работы К- Д- Глинки — первого академика почвоведа, одного из самых лучших популяризаторов русского почвоведения за границей; Л. С. Коссовича — основоположника экспериментального изучения физических, химических и агрохимических свойств почв; С. С. Неуструева, углубившего учение о факторах почвообразования.
В советский период особое место в развитии почвоведения занимал выдающийся ученый, почвовед-агроном акад. В. Р. Вильямс (1863—1939), который, развивая биологическое направление
в почвоведении, считал, что наиболее существенную роль в образовании почв играют растения и микроорганизмы. Огромное внимание он уделял рассмотрению вопросов формирования почв и их плодородия, показав, что только при воздействии на все факторы среды можно поднять продуктивность сельскохозяйст- недщщщщгрщщводстваТТЗ^Т^ установил особое значение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ в развитии и образовании почв, выделил растительные формации и свойственные им процессы почвообразования, создал' стройную систему взглядов на общие и частные особенности почвообразовательного процесса. Особое значение он придавал почвенной структуре, гумусу и повышению плодоро- , ДИЯ почв.
Большая роль в развитии учения о плодородии почв принадлежит Д. Н. Прянишникову (1865—1948) —корифею советской агрономии. Его труды по вопросам применения удобрений служат теоретическим обоснованием химизации земледелия и способствуют широкому внедрению удобрений в сельскохозяйственную практику.
Учениками В. В. Докучаева были созданы новые науки: В. И. Вернадский основал геохимию и учение о биосфере Земли; Б. Б. Полынов создал учение о коре выветривания; Г. Ф. Морозов — учение о лесе; Г. Н. Высоцкий — учение о влиянии леса на почвы и окружающее пространство. Одновременно развиваются науки, связанные с общим почвоведением: К. К. Гедройц создает учение о почвенных коллоидах и поглотительной способности почв, А. Ф. Лебедев — учение о формах влаги в почвах и грунтах; А. И. Прасолов, Е. Н. Иванова, И. П. Герасимов развивают вопросы классификации и картографии почв; С. А. Захаров создает учение о морфологии почв; Г. Н. Высоцкий проводит исследования водного режима почв. Создается и особое направление в науке — лесное почвоведение, начало которому положено в работах Г. Ф. Морозова, Г. Н. Высоцкого, С. И. Кор- жинского, Г. И. Танфпльева и др.
В настоящее время почвоведение делится на ряд широких научных направлений, изучающих вопросы происхождения, географии, физики, химии, биологии, морфологии и минералогии почв. .Поскольку образование почв — сложный процесс взаимо- .„действия между собой_дазлиыных факторов почвообразования (климата, растительности, рельефа, геологических отложений и возраста страны), при изучении почв используются знания других наук.
Почвоведение является основой многих дисциплин, связанных с изучением естественных (природных) условий: растениеводства (полеводства, луговодства, лесоводства, лесных культур), мелиорации, агрохимии, географии; тесно переплетается с такими науками, как метеорология, физиология растений, ботаника, дендрология, геология и ряд других.
Значение почвоведения и геологии в сельском и лесном хозяйствах очень велико. Почва, образующаяся из рыхлых горных пород с различным геологическим происхождением (под действием ледников, воды, ветра или их совокупности), обладает важнейшим свойством — плодородием, т. е. способностью производить урожай растений. Практическое земледелие и лесоводство невозможны без постоянного источника урожая — почвы.
Почвоведение, созданное трудами выдающихся отечественных ученых на основе докучаевских идей, прочно завоевало широкое признание, а русские названия почв — чернозем, подзол, солонец, серые почвы — вошли в международную терминологию.
Современное почвоведение позволяет правильно организовать охрану почвенного плодородия и самих почв._Воз^1ствие человека на почву способно изменить уровень их плодородия, аПшбпГаПГЧГ^мТачТГг^^ онизить-его. При неверной "распашке склонов образуются овраги, на незащищенных пашнях возникают пыльные бури, губя посевы. При многочисленном посещении лесных, лесопарковых и парковых зон происходит резкое уплотнение почв. Неправильное применение удобрении, неумелое оеуже«ир и обводнение могут вызвать обратный эффект.
— В связи с этим в нашей стране введено специальное законодательство по охране земли, растении и животных, вод и атмосферы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие основные задачи поставлены партией и правительством перед лесным и сельским хозяйствами?
Расскажите об истории развития науки о почвах и ее связи с другими науками.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ
ГЛАВА I. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ
Геология (греч. ge— земля, logos — учение)—наука об истории развития Земли, основанная на результатах исследования вещественного состава, строения и процессов, изменяющих состояние внутренних недр каменной оболочки Земли и характер ее поверхности.
Все процессы, протекающие в недрах и на поверхности Земли, воздействующие на ее каменную оболочку, делят на две большие группы: внутренние—эндогенные (греч. endon— внутри) и внешние — экзогенные (греч. ехо — снаружи, вне).
Эндогенные процессы — это сложные физико-химические и физико-механические преобразования в недрах Земли, в результате которых возникают силы, коренным образом преобразующие ее каменную и осадочную оболочки. Под действием эндогенных процессов образуются горы, происходят землетрясения и извержения вулканов, видоизменяются океаны и материки.
Экзогенные процессы возникают при изменении поверхности каменной оболочки Земли под влиянием тепла, ветра, воды, ледников, вызывая денудацию (лат. denutatio — обнажение) — разрушение, перенос и аккумуляцию (лат. accumulate— накопление) различных горных пород. Геологические процессы протекают и изменяются во времени.
Геология — одна из самых древних наук, связанная с практической деятельностью людей и имеющая большое значение в развитии производительных сил общества. Современная общая геология является совокупностью многих геологических наук, появившихся в результате исследований вещественного состава, влияния динамических сил, истории развития Земли и практического использования ее недр.
К наукам, изучающим вещественный состав Земли, относятся: петрография — наука о происхождении и составе горных пород, которые составляют каменную оболочку Земли; минералогия — наука о составе минералов горных пород; кристаллография— наука о законах образования и строения кристаллических структур минералов; геохимия — наука, которая устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов в недрах Земли и на ее поверхности.
Общими геологическими дисциплинами являются: динамическая геология, которая изучает процессы, изменяющие облик Земли под влиянием эндогенных и экзогенных сил; геотектоника, изучающая горообразование, условия формирования и залегание пластов горных пород; вулканология, сейсмология — науки, рассматривающие условия и процессы, вызывающие извержения вулканов и землетрясения; геоморфология — занимающаяся вопросами образования и развития рельефа Земли; гидрология и океанология — науки о поверхностных и подземных водах; гляциология и криология — науки о геологической деятельности льда.
Историческая геология включает ряд дисциплин: стратиграфию — науку о хронологической последовательности образования и залегания горных пород; палеонтологию ■— науку о развитии органического мира в прошлом, служащую основой стратиграфии; палеогеографию — географию прошлого. Практическая геология включает инженерную и военную геологии, учение о полезных ископаемых и т. д.
Процессы почвообразования неразрывно связаны с геологической деятельностью ветра, воды, ледников, т. е. с важнейшими разделами динамической геологии. Между геологическими процессами и развитием живого мира и особенно растениями существует сложная взаимосвязь во времени и пространстве.
Растения в течение многих миллионов лет постепенно изменяли состав атмосферы, в которой преобладали соединения аммиака, метана, углекислого газа, превратив ее в современную воздушную оболочку земного шара с преобладанием азота, кислорода, воды и углекислоты. Ранее существовавшие процессы восстановления сменились процессами окисления, гидролиза, гидратации с образованием новых минералов. В результате сплошного расселения растений на поверхности суши геологическая деятельность воздушных и водных потоков, производящих огромную разрушительную работу, сократилась.
По мере развития и распространения растений (бактерии — низшие растения — высшие растения) усиливалось их взаимодействие с горными породами, что постепенно вызвало новый, не существовавший ранее процесс — почвообразование. Взаимодействие растений с водой, горной породой и атмосферой привело к формированию новой оболочки Земли, насыщенной живыми организмами,— биосферы.
Неравномерность поступающего на поверхность суши тепла и света, горный рельеф, положение океанов и морей предопределили общее зональное распространение различных групп и видов растений. Даже в пределах сравнительно небольших участков земной поверхности можно наблюдать, как елово-лиственные леса, растущие на холмах и грядах, образованных отложениями ледника, постепенно сменяются сосновыми, растущими на песчаных равнинах, сложенных отложениями ледниковых
вод, а затем — луговой и болотной растительностью по берегам медленно текущих рек. Но везде под воздействием растений, животных и микроорганизмов формируется особое тело — почва, объединяющая живую и неживую природу и сохраняющая в себе черты и свойства, возникшие в результате биологических и геологических процессов.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ
Рис. 1. Образование планетарной системы:Рис. 1. Образование планетарной системы:протопланетная туманность; 2 — чечевицеобразная концентрация вещества; 4— планетарная системапротопланетная туманность; 2 — чечевицеобразная концентрация вещества; 4— планетарная системаБесконечное пространство Вселенной содержит огромные скопления звезд — галактики. В одну из галактик Вселенной входит звезда средней величины — Солнце. Вокруг Солнца вращаются девять планет, образуя Солнечную систему. Ближе всех к Солнцу находится Меркурий, за ним следуют Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и далее всех Плутон. По размерам планеты делят на две группы: планеты-гиганты —
Рис. 1. Образование планетарной системы:
Рис. 1. Образование планетарной системы:
протопланетная туманность; 2 — чечевицеобразная концентрация вещества; 4— планетарная система
протопланетная туманность; 2 — чечевицеобразная концентрация вещества; 4— планетарная система
спиралевидная туманность; 3 —
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун и планеты типа Земли — Венера, Марс и Меркурий.
Существует несколько гипотез о происхождении Солнечной системы. Первая гипотеза была выдвинута немецким философом И. Кантом в 1755 г., который предложил теорию происхождения звезд и Земли из рассеянной материи «первичного хаоса» благодаря встрече и сталкиванию между собой твердых и газообразных частиц.
В 1796 г. французский математик и астроном П. Лаплас выдвинул гипотезу о происхождении Солнечной системы, образовавшейся из единой раскаленной газовой туманности, вращающейся вокруг общего центра тяжести. Гипотезы И. Канта и П. Лапласа пользовались признанием более 100 лет, однако в связи с развитием астрономии и новыми данными они перестали объяснять наблюдаемые явления. Впоследствии выдвигались различные гипотезы о происхождении Солнечной системы.
В настоящее время общепринята гипотеза, в основе которой лежит теория происхождения Земли, впервые предложенная советским ученым О. Ю. Шмидтом. По этой теории Земля, как и все планеты Солнечной системы, образовалась в результате акрецип (слипания, соединения воедино отдельных частиц) из 12
газово-пылевого облака, быстро вращающегося вокруг одного центра — Солнца (рис. 1).
Во время акреции происходила дифференциация (разделение) элементов газово-пылевого облака: труднолетучие элементы (титан, кремнии, железо, алюминий и др.) концентрировались ближе к Солнцу, легколетучие (водород, кислород, сера, азот и др.) — на периферии облака.
Во время вращения облака происходила также концентрация элементов и вокруг зародышей будущих планет. Постепенно зародыши росли, захватывая из облака все больше вещества, но оставаясь на околосолнечной орбите. Так девять образовавшихся планет сконцентрировали в себе большую часть газовопылевого облака. Из труднолетучих элементов образовались планеты земного типа (или ближайшие планеты): Меркурий, Венера, Земля и Марс. Легколетучие элементы образовали планеты-гиганты (или дальние планеты): Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Особо стоит самая дальняя планета — Плутон, состав которой пока недостаточно изучен.
СТРОЕНИЕ ЗЕМНОГО ШАРА
Строение земного шара явилось результатом сложных процессов, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности. Земля имеет форму геоида (греч. ge — земля, eidos — вид), т. е. шара, несколько сплюснутого у полюсов. Полярный радиус Земли — 6357 км, экваториальный — 6378 км, т. е. разница составляет 21 км. Общая площадь Земли 510 млн. км2.
Земля состоит из нескольких оболочек — сфер (рис. 2). А т м о с ф е р а — газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кислорода, паров воды и углекислоты. Толщина оболочки примерно 2000 км.
Гидросфера — несплошная водная оболочка Земли, представленная морями и океанами. Средняя глубина морей и океанов 3—4 км, в некоторых частях до 11 км. Вода на Земле образовалась в результате геологических процессов, во время формирования и последующего развития Земли.
Биосфера — область распространения жизни на Земле, охватывающая атмосферу до 5—7 км, гидросферу — практически на всю ее глубину и литосферу — до 2—3 км.
Литосфера—-каменная оболочка Земли толщиной 10—70 км, покрытая сверху осадочным слоем мощностью до 8—10 км. Мощность литосферы на материках выше, чем в океанах. Верхняя часть ее гранитная, нижняя — базальтовая. В океанах гранитная оболочка отсутствует. Толщина базальтов 8—10 км. Каменная оболочка Земли называется си а лит ной (по начальным буквам наиболее распространенных элементов
Si, Al). Иногда ее называют сиаль. Плотность спалитной оболочки Земли колеблется в пределах 2,6—2,7 г/см3. Масса верхних слоев на глубине 20—50 км создает давление 1,3—±,5- Ю3 МПа, в связи с этим температура нижней части спалитной оболочки поднимается до 900° С.
'ня, или «сима» толщина которой'ня, или «сима» толщина которойНиже литосферы находится верхняя мант (название по основным элементам — Si, Mg), -Ниже литосферы находится верхняя мант (название по основным элементам — Si, Mg), -
'ня, или «сима» толщина которой
'ня, или «сима» толщина которой
Ниже литосферы находится верхняя мант (название по основным элементам — Si, Mg), -
Ниже литосферы находится верхняя мант (название по основным элементам — Si, Mg), -
около 400 км. Плотность вещества в верхней части «симы» равна 3,3—3,5, а в нижней — до 4 г/см3, давление до 1,5 • 105 МПа, температура 1200—1300° С. Верхняя часть мантии называется астеносферой.
Под мантией расположены промежуточная мантия, имеющая толщину 110 км, и нижняя мантия мощностью 1400 км. Плотность вещества возрастает примерно до 10 г/см3 при давлении 2—2,5-105 МПа и температуре около 2500° С. Вещество мантии согласно последним геофизическим данным находится в твердом, аморфном состоянии.
Центр Земли составляет ядро радиусом 3—3,5 тыс. км, с давлением около 3-105 МПа, температурой 3000° С, плотностью 11—12 г/см3. При таких условиях все вещество ядра Земли находится в металлизированном состоянии, по-видимому, обусловливая появление магнитного поля. Состав ядра точно не известен. Существует представление, что оно по составу железоникелевое, или «нифе» (Mi, Fe), и твердое. По некоторым гипотезам, ядро Земли находится в жидком состоянии.
ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Внутри Земли со времени ее возникновения происходит постоянная дифференциация вещества, в результате чего в поверхностные слои поднимаются более легкие по плотности соединения, которые остывают, кристаллизуются и образуют каменную оболочку Земли. Этим и вызвано образование земной коры.
Горообразование — орогенез (греч. Oros — гора, genos— происхождение) вызывается внутренними силами, возникающими как в толще каменной оболочки, так и при перераспределении масс в мантии и более глубоких слоях Земли.
Различают орогенные (горообразовательные) и э п е й р о - генные (греч. epeiros — суша) процессы. Эпейрогенез — это медленные вековые поднятия обширных площадей, не вызывающие изменения их складчатой структуры.
Существует несколько гипотез, объясняющих горообразовательные процессы. Контракционная гипотеза Эли де Бомона (1852 г.) исходит из предположения, что Земля первоначально находилась в расплавленном состоянии. При остывании происходило ее уплотнение, поверхность уменьшалась, и на ней образовались складки.
По гипотезе изостазии Пратта, выдвинутой в 1885 г., предполагается, что земная кора разделена на глыбы, причем нижняя часть их погружена в верхнюю часть мантии и как бы «плавает» на более тяжелой по плотности астеносфере. При увеличении толщины земной коры нижняя часть глыб погружается на большую глубину (рис. 3).
По гипотезе А. Вегенера (1912 г.), допускается перемещение материковых глыб по аморфной верхней мантии, вызывая изменения форм континентов. При передвижении континентальные глыбы разъединяются, соединяются с образованием новых континентов, разрывов земиой коры, гор, вулканических систем. В последнее время перемещения материков подтверждаются геодезическими, палеомагиитными и геофизическими данными.
Гипотеза конвективных течений Ампферрера и Беммелена (1936 г.) основана на предположении об аморфном состоянии «симы», которая находится в разогретом состоянии (до 1200—1300° С) и способна к медленным течениям, направленным от очагов с большей температурой к очагам с меньшей температурой. Если очаг разогрева находится глубоко, нагретое вещество «симы» поднимается вверх, остывает и снова опускается в глубь Земли (рис. 4). При этом возможен прогиб оболочки Земли с образованием разломов, возвышенных и пониженных участков.
Рис. 3. Схема образования гор по гипотезе изостазий:
а —область разрушения и переноса; б — область накопления; Н — действие сил; 2,7—3,5— плотность
Рис. 4. Схема образования гор по теории ^ конвективных течений:
а — возникновение зон разогрева; ^- направление течений; б — прогиб земной коры и образование гор: 1 — зона разрушения; 2 — зона накопления; е — изостатическое поднятие гор после остывания зон разогрева; г — образование горных систем после изостатического поднятия
Выдвинутые в последнее время гипотезы допускают конвективное передвижение мантии (поднятие аномально легкого вещества мантии), поднимающей литосферу (горы Тянь-Шаня), и, наконец, погружение океанической литосферы и остывшей части мантии в недра земли. При погружении тонкой коры океанической литосферы под континенты происходит образование горных систем, сопровождающееся вулканической деятельностью континентальных глыб (например, Африки и Евразии), образуются складчатые горы (например, горы Альпийской системы). Образование всех форм гор и горных систем может быть объяснено лишь сочетанием части изложенных гипотез.
Вулканы, вулканические системы образуются в зонах разломов, глубоких трещин литосферы, чаще всего в горных поднятиях океанов с тонкой корой литосферы, например островные дуги от Камчатки до Новой Зеландии. Вулканы появляются при внедрении расплавленной магмы в трещины в земной коре. При выходе магмы на поверхность образуются «жерло» и кратер вулкана. Глубина жерла вулканов в океане достигает 15—20 км, а на материках 50—70 км и более.
Эпейрогенез — это медленные колебания земной коры, свойственные материковым, континентальным образованиям, как правило, имеющим более толстую каменную оболочку, чем дно океанов. Поднятие и опускание суши происходит очень медленно, в течение веков.
Землетрясения происходят в районах, где земная кора недостаточно устойчива и находится под действием сил напряжения. Землетрясения наносят большой ущерб хозяйству целых
Рис. 5. Формы нарушения залегания пластов:
а— складчатое: / — антиклиналь; 2— синклиналь; б — надвиг; в—сброс: / — горст; 2 — грабен
стран. Так, в июне 1970 г. в горных районах Перу в результате землетрясения погибло 30 тыс. и осталось без крова 100 тыс. человек. Землетрясения возникают чаще всего в горных районах, где не закончились горообразовательные процессы или в глубине каменной оболочки Земли остались продольные напряжения, разломы, надвиги, нарушающие равновесие масс. Зона в недрах Земли, где возникают условия, вызывающие землетрясения, называется гипоцентром, а район на поверхности Земли, где землетрясение достигает максимума,— эпицентром.
При опускании земной коры образуются зоны прогиба — геосинклинали и зоны поднятия — геоантиклинали. Районы, подвергшиеся древним горообразовательным и денудационным (разрушающим поверхность) процессам и имеющие обширную мощную и жесткую каменную оболочку, называются
платформам и. Они менее подвержены горообразовательным процессам. Русская и Сибирская платформы — наиболее спокойные зоны. В результате горообразовательных процессов пласты отложений и горных пород залегают не горизонтально, а чаще всего наклонно, т. е. нарушены.
Выделяют различные формы нарушений залегания пластов (рис. 5). Складчатые формы залегания напоминают волнообразные складки правильной или неправильной формы. Верхняя часть складок называется антиклиналью, нижняя — син- к л и и а л ь ю. Если возникают боковые силы, действующие вдоль поверхности Земли, то один слой наползает на другой, образуя надвиг. Если под действием быстро возникшей вертикально направленной силы образуется провал, то возвышенная часть называется горстом, а опустившаяся — грабеном. К горсту относятся, например, Жигули, к грабену — оз. Байкал. Силы, вызывающие нарушения в земных пластах, называются тектоническими. В результате действия различных горообразовательных процессов на поверхности Земли обнажаются самые древние кристаллические горные породы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что изучает геология?
Расскажите о происхождении Земли, ее строении п горообразовательных процессах.
ГЛАВА II. СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ
В настоящее время земная кора наиболее изучена на глубину до 15—20 км. По результатам анализа многочисленных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок, глубоких буровых скважин и обнажений, был вычислен средний состав химических элементов земной коры.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элементов, из них 8 составляют 97,2—98,8% ее массы, 2 (кислород й кремний) — 75% от общей массы Земли.
Распределение химических элементов в процентах от массы земной коры Y (по А. Е. Ферсману) следующее:
Кислород 49,13Цинк 0,020
Кремний 26,00Бор 0,010
Алюминий 7,45Медь 0,010
Железо 4,20Иттрий 0,005
Кальций 3,25Бериллий0,003
Натрий 2,40Цезий 0,0029
Магний 2,35Кобальт 0,002
Калий ,. . .1,00 Торий 0,002
Титан 0,61Неодим 0,00175
Углерод 0,35Свинец 0,0016
Хлор 0,20Молибден 0,001
Фосфор 0,12Бром 0,001
Сера 0,10Вольфрам 0,0009
Марганец 0,10Уран 0,0009
Фтор 0,08Мышьяк 0,0015
Барин 0,05Ртуть 0,0001
Азот 0,04Йод 0,0001
Стронций 0,035Сурьма 0,00005
Хром 0,030Серебро 0,00001
Цирконий 0,025Платина 0,000005
Ванадий 0,025Золото 0,000005
Никель 0,020Радий З-Ю™10
Первые 13 элементов (за исключением титана), наиболее часто встречающиеся в земной коре, входят в состав органического вещества растений, участвуют во всех жизненно необходимых процессах и играют важную роль в плодородии почв. Большое количество элементов, участвующих в химических реакциях в недрах Земли, приводит к образованию самых разнообразных соединений.
МИНЕРАЛЫ
Минералом называется всякое встречающееся в земной коре природное (естественное) однородное тело, имеющее более или менее постоянный химический состав и определенные физические свойства.
Минералы и их образование. Минерал в переводе с латинского minera означает руда. В настоящее время известно около 3 тыс. минералов. Минералы, встречающиеся в твердом виде, делятся па аморфные, или некристаллические (асфальт, лед, опал), и кристаллические (полевой шпат, горный хрусталь, гипс). В аморфных минералах атомы (ионы) или молекулы расположены беспорядочно, в кристаллах — по определенному закону, образующему структуру кристалла, или его кристаллическую решетку. ^Наиболее часто встречающиеся минералы, входящие в существенных количествах в горные породы, называются породообразующими.
Минералы по условиям происхождения делят на эндогенные и экзогенные. Эндогенные минералы образуются в результате физико-химических процессов, проходящих в магме вблизи поверхности Земли. Примером эндогенных минералов могут быть полевые шпаты, оливин, пироксен, кварц и др. Экзогенные минералы образуются в самых верхних частях земной коры или на поверхности Земли в результате выветривания (разрушения и преобразования) эндогенных минералов. Экзогенные минералы делят на глинистые, образующиеся при выветривании (см. главу III), минералы химических осадков,
образующиеся в мелких соленосных водоемах при кристаллизации (гипс, сульфит, сильвинит), и биогенные, образующиеся в результате разложения органических остатков (калиевая селитра, сера, иногда пирит, марказит).
I Все минералы классифицируются в зависимости от химического состава и делятся на пять типов, которые приведены ниже (по Е. К- Лазаренко):
ТипТип простых веществ (металлы и неметаллы, группы меди и железа и др.)Тип сульфидов (группы сфалерита, галенита, молибдена и др.)Тип кислородных соединений (окислы, гидроокислы, силикаты, алюмосиликаты, бораты, фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.)Тип галоидов (фториды, хлориды)Тип органических соединенийТипТип простых веществ (металлы и неметаллы, группы меди и железа и др.)Тип сульфидов (группы сфалерита, галенита, молибдена и др.)Тип кислородных соединений (окислы, гидроокислы, силикаты, алюмосиликаты, бораты, фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.)Тип галоидов (фториды, хлориды)Тип органических соединенийМинералы
Тип
Тип простых веществ (металлы и неметаллы, группы меди и железа и др.)
Тип сульфидов (группы сфалерита, галенита, молибдена и др.)
Тип кислородных соединений (окислы, гидроокислы, силикаты, алюмосиликаты, бораты, фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.)
Тип галоидов (фториды, хлориды)
Тип органических соединений
Тип
Тип простых веществ (металлы и неметаллы, группы меди и железа и др.)
Тип сульфидов (группы сфалерита, галенита, молибдена и др.)
Тип кислородных соединений (окислы, гидроокислы, силикаты, алюмосиликаты, бораты, фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.)
Тип галоидов (фториды, хлориды)
Тип органических соединений
Медь, железо, мышьяк, алмаз, графит, сера
Сфалерит, галенит, халькопирит, молибденит, пирит, марказит и др.
Лед, хромит, магнетит, рутил, гетит, гематит, боксит, лимонит, гидраргелит, кварц, полевые шпаты, оливан, пироксен, амфиболы, слюда, каолинит, глауконит, монтмориллонит, хлорит, апатит, фосфорит, кальцит, доломит, натриевая селитра, вивианит, гипс и др.
Флюорит, галит, сильвин, карналлит
Парафин, янтарь и др. t
Физические свойства минералов. При подробном изучении минералов исследуют их химический состав, расположение атомов, образование кристаллов, форма и свойства которых зависят от закономерностей расположения атомов и молекул. При этом используют современные химические, физические и оптические методы исследования. Однако минералы часто можно определять в полевых условиях, используя восемь внешних признаков, основанных на физических свойствах: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твердость, плотность, спайность и излом.
Цвет зависит от химического состава и физического состояния минералов и может быть самым разным. У одного и того же минерала цвет более или менее постоянный.
Цвет черты — цвет минерала в раздробленном состоянии — обычно определяют на шероховатой поверхности фарфоровой чашки. Он может отличаться от цвета самого минерала.
Прозрачность — способность минерала пропускать свет. Различают прозрачные (хрусталь, кальцит), полупрозрачные, просвечивающие (опал) и непрозрачные (авгит, лимонит, боксит) минералы.
Блеск — способность минерала отражать свет. Различают блеск металлический (пирит, железо), стеклянный (кварц, полевой шпат), жирный (графит, тальк), шелковистый (волокнистый гипс, асбест), матовый; землистые минералы не имеют блеска.
Твердость — способность противостоять разрушению при царапании одного минерала о другой. Различают десять степе-
ней твердости, для установления которых используют набор mi нералов шкалы Маоса. Твердость минерала выражается цифрой, обозначающей принадлежность его к той или иной группе шкалы твердости:
Тальк—3MgO-4SiO2-H2O
Гипс—CaSO4-2H2O
Кальцит — СаСОз
Флюорит—CaF2
Апатит—9СаО-ЗР2О5-Са [F2, (ОН)2, СО3, С12]
Ортоклаз—К2О • А12О8 • 6SiO2
Кварц—SiO2
Топаз—2 (Al, F)O-SiO2
Корунд—А12О3
Алмаз—С
При определении твердости на невыветренной стороне минерала чертят последовательно каждым образцовым минералом до тех пор, пока не обнаружится царапина. Твердость искомого минерала будет находиться между твердостью двух последних образцовых (из шкалы Маоса) минералов: последнего, не дающего царапины, и первого, образующего царапину на испытуемом минерале; при равной твердости минералы царапин не образуют.
Твердость можно определять предметами, находящимися под рукой, например мягким карандашом, который имеет твердость 1, ногтем — 2, бронзовой монетой—-3,5—4,0, стеклом—5, перочинным ножом — 6, напильником ■— 7.
Плотность определяют в лаборатории. При полевом исследовании минералы по плотности разделяют на легкие, средние и тяжелые. Легкие (до 2,5 г/см3) — графит, сера; средние (2,5 — 4,0 г/см3)—кварц, полевой шпат; тяжелые (более 4 г/см3)—гематит, магнетит и очень тяжелые — свинцовый _блесц.
Спайность — свойство минералов колоться по плоскостям, имеющим строго ориентированное направление по осям и граням. При расколе по направлению плоскостей спайности возникают ровные блестящие поверхности. Таких поверхностей может быть от одной до трех. Различают спайность весьма совершенную, если минерал расщепляется на тонкие листочки или волокна (асбест, слюды); совершенную — минералы раскалываются на пластинки с блестящими плоскостями в трех направлениях и несовершенную — минералы раскалываются с образованием блестящей поверхности в одном направлении, а в других
образуют излом. У значительного числа минералов образуется излом, т. с. спайность отсутствует.
Излом — характер поверхности, образующейся при раскалывании минерала. Различают изломы ровный, неровный, раковистый, занозистый, землистый.
Главнейшие минералы и их свойства. Из 3 тыс. минералов около 20 имеют наибольшее распространение, участвуя в образовании горных пород и почв. Наиболее распространенными породообразующими минералами являются полевые шпаты (60% всех минералов), кварц (около 10%), пироксены, оливин, слюды. В почвах наиболее часто встречаются кварц, полевые шпаты, гидроокислы железа, кальцит, монтмориллонит, каолинит и др. Ниже приводится краткое описание минералов, наиболее распространенных в почвах и породах.
Пирит FeSo (железный колчедан)—сернистое соединение, соломенно- желтый, черта черпая, непрозрачный, блеск металлический, плотность 5 г/см3, твердость 6—6,5, спайность совершенная, излом неровный. Происхождение гидротермальное.
К галоидным соединениям относятся каменная соль, сильвинит, карналлит. Каменная соль NaCl очень часто встречается в природе. Растворима в воде. Бесцветна, сероватого, белесоватого, розоватого оттенков, прозрачна, блеск стеклянный, плотность 2,1—2,2 г/см3, твердость 2,5, спайность совершенная, излом ровный, образуется в мелководных соленых водоемах, осадочный минерал химического происхождения.
Сильвинит КС1, NaCl — белый, желтый, красноватый, прозрачный, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 1,97—1,99 г/см3, твердость 1,5—2, спайность совершенная, ровный, происхождение, как у каменной соли.
Карналлит КО, MgCl2 • 6Н2О, каинит КО, MgSO4 • ЗН2О — применяют в качестве калийных удобрений. В форме вторичных минералов они входят в состав засоленных почв. Происхождение то же. Используются в качестве удобрений К и Mg и как источник промышленной добычи Mg и К.
В состав окислов входят кварц, лимонит, боксит и др.
Кварц SiO2 составляет 10% всей массы земной коры. К этой же группе относятся горный хрусталь, аметист, опал. Цвет различный, прозрачный, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,65 г/см3, твердость 7, спайность отсутствует, излом раковистый. При выветривании кварца образуются песок, пыль.
Лимонит 2Fe2O3 * ЗН2О — очень часто встречающийся минерал, содержащийся в почвах. Цвет ржаво-бурый, черта ржавая, бурая, непрозрачный, излом землистый, плотность 3,4—4 г/см3, твердость 5. Встречается в виде плотных землистых масс. Имеет осадочное происхождение, образуется при выветривании магнетита и гематита. Используется в качестве железной руды.
Боксит А12О3• 2И2О — красный, розовый, белый в зависимости от присутствия железа, часто глиноподобный, плотность 2 г/см3, твердость 3. Лимонит и боксит образуются в почвах в форме полуторных окислов. Имеют осадочное происхождение.
Кальцит, или известковый шпат, СаСО3 — белый, желтый, сероватый, полупрозрачный, матовый, блеск шелковистый или стеклянный в зависимости 22
от степени кристаллизованное™, плотность 3 г/см3, твердость 3—3,5, спайность совершенная. Углекислый кальций является основным минералом многих горных пород. К ним относятся известняки, ракушечники, мраморы. Происхождение СаСОз различное.
Используется в качестве известкового удобрения, поделочного и строительного камня.
Доломит CaMg(CO3)2— разного цвета (от белого до бурого), полупрозрачный, блеск матовый, стеклянный, шелковистый, плотность 2,8— 2,9 г/см3, твердость 2,5—4,0, спайность совершенная, излом неровный. Встречается в виде мраморовидных масс, а в почвах — в форме вторичных минералов. Осадочного происхождения. Используется как удобрение.
Силикаты и алюмосиликаты составляют 80% массы земной коры. Наибольшее распространение имеют полевые шпаты: ортоклаз, анортит, альбит, микроклин и лабрадор.
Ортоклаз К2О • А12О3 • 6SiO2— розовый, кремовый, реже серый, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,6 г/см3, твердость 6, спайность совершенная, излом ровный.
Микроклин — это ортоклаз с примесью рубидия и цезия, всегда имеет зеленоватый цвет.
Альбит Na2O • А12О3 • 6SiO2 — имеет такие же свойства, как ортоклаз, цвет белый.
Анортит СаО - А12О3 • 2SiO2 — серый, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,7 г/см3, твердость 6,0—6,5, спайность совершенная.
Мусковит КгО • ЗА12О3 • 6SiO2 • 2112О — бесцветный, прозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,7—3 г/см3, твердость 2—3, спайность весьма совер- шеиная, распадается на листочки.
Биотит К2О • 4 (Mg, Fe)O • 2 (Al, Fe)2O3 • 6SiO2 • H2O — черная железо- магиезиональная, черпая или черно-зеленая слюда в толстых пластинках. Непрозрачна, блеск стеклянный или перламутровый, плотность 3 г/см3, твердость 2,5—3,0, спайность весьма совершенная в одном направлении. Входит в состав горных пород: гранитов, трахитов, гнейсов.
Оливин 2(Mg, Fe)O-SiO2— оливково-зеленый, блеск стеклянный, плотность 3,3—3,4 г/см3, твердость 6,5—7,0, спайность несовершенная, излом неровный.
Роговая обманка Ca3Na2(Mg, Fe)9(Al, Fe)2Sii5O44(OH)4— чаще всего черный, темно-зеленый, непрозрачный, блеск шелковистый, игольчатый, плотность 3—3,5 г/см3, твердость 5,5—6,0, спайность совершенная, излом занозистый. Входит в состав многих горных пород.
Авгит — Ca(Mg, Fc, Al) • (Al, Si)2O6-—черный, зеленовато-черный, кристаллы мелкие, сплошные, плотность 3,2—3,6 г/см3, твердость 5,5—6,0.
Из всех вышеперечисленных силикатов и алюмосиликатов образуются глинистые минералы почв.
Глауконит SiO2, А12О3, Fe2O3, FeO, MgO, К2О, Н2О — от темпо-зеленого до черного, оливковый, блеск матовый, плотность 2,2—2,8 г/см3, твердость 2—3. Встречается в песках, глинах, приобретающих вследствие его присутствия зеленую окраску.
Каолинит А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О — белый, непрозрачный, землистый, плотность 2,6 г/см3, твердость 1, жирный на ощупь. Кристаллы плоские,
чешуйчатые. Образует землистые массы. Плохо поглощает влагу. Используется для изготовления фарфора.
Фосфорит Саз(РО4)2 — встречается в форме конкреций, желваков. Образуется по дну мелковпдных частей моря. Черный, непрозрачный, матовый, излом игольчатый, землистый, плотность 2,2—3,2 г/см3, твердость 2—6, спайность — от несовершенной у землистых отложений до совершенной у конкреций, излом неровный. Используется как фосфорное удобрение.
Вивианит ЗРеОР2О5 • 8Н2О — встречается на дне заболачивающихся водоемов в форме землистых скоплений. Зеленоватый, синий, землистый, плотность 2 г/см3, твердость 1,5.
Монтмориллонит MgOAl2Os • 4SiO2 • nH2O — розоватый, серый, мягкий, слюдоподобный, обладает способностью сильно набухать при поглощении влаги. Широко распространен в почвах, глинах, морских осадках. Все эти минералы имеют осадочное происхождение.
Из минералов, играющих заметную роль в почвообразовании, следует назвать также апатит Ca5F(PO4)3, фтор-апатит — бесцветный, зеленый, желтоватый, белый, фиолетовый, желтый (для мелкозернистых масс), блеск стеклянный, плотность 3,2 г/см3, твердость 5, излом неровный или раковистый, спайность несовершенная. Используется для приготовления суперфосфата. Магматический минерал гидротермального или контактового происхождения.
Фосфорит, апатит и вивианит используются в качестве фосфорных удобрений длительного действия. Они могут образовываться в почвах при взаимодействии солей Са2+ и Mg2+ с фосфорной кислотой.
Наиболее часто в природе и почвах встречается гипс. Гипс CaSO4X Х2Н2О — бесцветный, прозрачный или полупрозрачный, блеск стеклянный или шелковистый, плотность 2—3 г/см3, твердость 2. Наиболее часто образуется в почвах при засушливом климате и в засоленных почвах.
Значение минералов в жизни растений и в почвообразовании огромно. Можно считать, что мы живем в мире минералов, которые под влиянием живой природы испытывают многообразные превращения. Такие минералы, как кварц, опал, очень устойчивы и при разрушении лишь измельчаются, образуя песок и пыль. Алюмосиликатные и силикатные минералы под воздействием природных кислот образуют вторичные глинистые минералы типа каолинита, монтмориллонита и др.
Многие минералы (сильвинит, карналлит, гипс, кальцит, фосфориты, апатиты и различные селитры и др.) оказываются для растений совершенно необходимыми, поскольку содержат элементы питания. Породы, содержащие эти минералы, часто используются в качестве удобрений.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
При различных процессах, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности, образуются соединения, сплавы, механические смеси, состоящие из нескольких минералов, называемые горными породами (рис. 6).
Горные породы классифицируют по происхождению и химическому составу. По происхождению выделяют магматические, осадочные и метаморфические породы.
Магматические горные породы подразделяют на интрузивные — глубинные и эффузивные — излившиеся. Интрузивные горные породы образуются в недрах земли в условиях высоких давлений и очень медленного остывания. Они обычно имеют ясно выраженную кристаллическую структуру. Эффузив-
Рис. 6. Происхождение горных пород и минералов (схема)
ные горные породы образуются при излиянии на поверхность Земли расплавленной магмы, которая быстро остывает в условиях относительно невысоких температур и давления.
По химическому составу магматические горные породы делятся в зависимости от содержания в них кремнекислоты на кислые с содержанием SiO2 более 65%, средние — 55—65%, основные— 40—55% и ультраосновные — менее 40%. Кислые породы, как правило, имеют светлый цвет, основные, наоборот,— темный. К кислым породам можно отнести граниты (глубинные), пемзы и вулканическое стекло (излившиеся), к основным— базальт и трахит (излившиеся), габбро (глубинные).
Наибольшее распространение в земной коре имеют граниты, составляющие примерно 30% массы земной коры. Граниты состоят в основном из трех минералов: кварца, полевого шпата и слюды (или роговой обманки). Кристаллы ясно выражены.
Андезиты — излившиеся породы, средние по содержанию SiO2, с вкраплениями из полевых шпатов (альбита, анортита), роговой обманки, слюд и пироксена — составляют около 25% массы земной коры. В состав базальтов входят преимущественно полевые шпаты, пироксен, оливин. Общая масса базальтов равна приблизительно 20% массы земной коры. На долю всех остальных горных пород приходится только несколько процентов.
Осадочные горные породы образуются при механическом и химическом разрушении магматических пород под действием воды, воздуха и органического вещества.
По происхождению они делятся на три группы: обломочные, химические и органические. Обломочные горные породы образуются при процессах разрушения, переноса и отложения обломков горных пород. Это чаще всего каменистые осыпи, галечники, пески, суглинки, глины и лёссы. Обломочные породы по крупности разделяются на крупнообломочные, или грубообломочные, размером более 2 мм (остроугольные обломки — дресва, щебень, сцементированные глинистыми сланцами, образуют брекчии, а окатанные — гравий, галька — конгломераты), среднеобломочные размером от 2 до 0,5 мм (образуют пески), мелкообломочные, или пылеватые (образуют лёссы), тонкообломочные, или глинистые, размером менее 0,001 мм (при уплотнении превращаются в глинистые сланцы).
Осадочные породы химического происхождения — соли и отложения, образующиеся в насыщенных водных растворах, — имеют слоистое строение, состоят из галоидных, сернокислых и карбонатных минералов. Они могут образовываться в смеси с обломочными и органическими отложениями. К ним относятся каменная соль, гипс, карналлит, опоки, мергель, фосфориты, железо-марганцевые конкреции и т. д. Опоки представляют смесь аморфного кремнезема и глинистого вещества, легко раскалываются на острореберные обломки светлой окраски, нередко режутся ножом.
Мергель образуется при вымывании из известняков карбоната кальция, содержит глинистые частицы, часто плотный, светлый. Железо-марганцевые конкреции образуются из коллоидных растворов и под действием микроорганизмов создают шариковидные залежи железных руд. Фосфориты образуются в форме шишковидных конкреций неправильной формы, при слиянии которых возникают фосфоритные плиты — залежи фосфоритовых агроруд серого и буроватого цветов. Используются в качестве удобрений.
Горные породы органического происхождения широко распространены в природе — это остатки животных и растений: кораллы, известняки, ракушечники, радиоляриевые, диатомовые и различные черные органические илы, торф, каменные и бурые угли, нефть.
Метаморфические горные породы — это магматические и осадочные горные породы, измененные температурой, давлением и химически активными веществами. Метаморфоз горных пород происходит под влиянием давления, возникающего при горообразовательных процессах, повышения температуры, вызванного внедряющейся в литосферу магмой, горячих водных растворов и газов, несущих новые химически активные соединения, а также давления вышележащих горных пород. Так, при накоплении осадочных горных пород мощностью 10—■ 14 км нижние слои их испытывают огромное давление, сопровождающееся повышением температуры и перекристаллизацией всего материала. В результате из глин образуются сначала сланцы, а затем гнейсы, напоминающие по составу гранит. Состав гнейсов различен. Из песков в присутствии соединений железа сначала образуются песчаники, очень легко рассыпающиеся при приложении небольших усилий, а затем кварциты, т. е. кристаллическая горная порода. Кварциты и гнейсы сохраняют слоистое строение, характерное для осадочных пород. Известняки при перекристаллизации образуют мрамор.
Таким образом, процессы метаморфизма (превращения) как бы заключают цикл изменений, происходящих с горными породами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется минералами, па какие классы они делятся?
Как определять минералы?
Дайте характеристику наиболее распространенных минералов.
Что называется горной породой?
Как образуются горные породы?
Назовите наиболее распространенные горные породы.
ГЛАВА III. ВЫВЕТРИВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ
Экзогенные процессы — это процессы разрушения, переноса и отложения горных пород и минералов, происходящие на поверхности Земли под влиянием сил денудации — тепла, воздуха, ветра, воды и льда, силы тяжести.
Выветривание горных пород и минералов — это процесс разрушения и изменения горных пород и минералов под влиянием температуры, движения воздуха, химического воздействия на горные породы воды, кислорода, углекислоты и биологического действия организмов.
Различают три типа выветривания: физическое, химическое н биологическое.
Физическое выветривание — это процесс раздробления кристаллических горных пород и минералов на более мелкие
обломки без изменения химического состава. При физическом выветривании наибольшее значение имеют сезонная и годовая разницы температур. Так, в средних широтах суточная разница температур летом равна 10—15, зимой 20—25, в течение года 40—50° С. Разница температур в пустынях достигает 70—80° С.
Горные породы на поверхности суши остывают и нагреваются быстрее, чем на глубине. При нагревании горные породы расширяются, при остывании сжимаются, причем в верхних слоях больше, чем в нижних, вызывая появление вертикальных и горизонтальных микротрещин. Процесс разрушения усиливается при конденсации и замерзании воды в трещинах. Глыбы или массивы, состоящие из многих минеральных зерен, распадаются, так как величина коэффициента линейного расширения этих минералов различна. В результате горная порода покрывается трещинами и с течением времени рассыпается на более мелкие обломки, причем на поверхности процесс физического выветривания происходит быстрее, чем на глубине, поэтому сначала наблюдается «отшелушивание» каменных слоев и глыб, а затем и отдельных камней. В результате физического выветривания образуются обломки самых различных размеров, обладающих способностью пропускать воду и воздух, а при сильном измельчении — задерживать их. Большое физическое разрушение пород производит ветер.
Химическое выветривание — это процесс, протекающий под влиянием химического воздействия на породы главным образом кислорода, воды и углекислоты и приводящий к изменению размеров и химического состава отдельных частиц выветривающихся пород.
Все минералы, образующиеся в земной коре, представлены химическими соединениями разной степени сложности. Процессы физического выветривания, вызывая измельчение горных пород и минералов, увеличивают площадь соприкосновения их с водой и воздухом. Причем увеличение площади соприкосновения происходит очень быстро. Так, если кубик со стороной 1 см, общей поверхностью 6 см2 раздробить на частицы со стороной 1 мк (микрон), то суммарная поверхность составит 60000 см2.
Известно, что скорость химических реакций увеличивается прямо пропорционально площади соприкосновения. Поэтому по границам соприкосновения горных пород и минералов с водой, воздухом и углекислотой протекают химические реакции и тем интенсивнее, чем больше площадь соприкосновения.
При химическом выветривании наиболее распространенными являются реакции окисления, гидратации и дегидратации, гидролиза, растворения и обмена. В результате окисления происходит присоединение кислорода.
Чаще всего окисляются соли металлов, особенно железа. Например, пирит при взаимодействии с кислородом и водой претерпевает следующие изменения:
2FeSg + 70.2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4;
пирит
12FeSO4 + 6H2O + 3O2 = 4Fe2 (SO4)3 + 4Fe (OH)3;
I
2Fe (SO4)3 + 9H2O = 2Fe2O3 • 3H2O + 6H2SO4.
ЛИМОНИТ
В результате реакций образуются лимонит (минерал красного цвета) и серная кислота. Лимонит обладает способностью впитывать воду.
Гидратация — реакция, протекающая с присоединением воды. Например, окись железа — гематит (красная железная руда), взаимодействуя с водой
2FeO3 + ЗН2О = 2Fe2O3 • ЗНаО
гематитлимонит
образует гидроокись или тот же лимонит.
Дегидратация — процесс обратной гидратации, протекающий обычно в сухих условиях.
Гидролиз — реакция, протекающая в природе при взаимодействии алюмосиликатов с водой и углекислотой и сопровождающаяся отщеплением катионов Са2+, Mg2+ или К+ из минералов с одновременным замещением их водородом.
В земной коре наиболее распространены полевые шпаты, которые в условиях влажного климата, взаимодействуя с водой и углекислотой, превращаются в каолинит по схеме
К2О-А12О3.6SiO2 + 2НОН -> Н20 • А12О3 • 6SiO2 + 2КОН.
ортоклаз
В приведенном примере диссоциированная часть воды, взаимодействуя с ортоклазом, отщепляет от него калий, который замещается водородом и одновременно образуется щелочь КОН. Образующаяся в водном растворе щелочь растворяет часть кремнезема, а затем взаимодействует с углекислотой по схеме Н20 • А12О3 ■ 6SiO2 + 2К0Н + Н2СО3 + пН2О -^
H2O-Al2O3-2SiO2 + 4SiO2 • nH2O + К2СО3 + 2Н2О.
каолин
В результате реакции образуются каолин, водные растворы кремнезема и углекислого калия. Каолин — глина белого цвета, состоящая из мелких чешуек размером менее 0,001 мм, обладает способностью впитывать воду и удерживать в поглощенном состоянии катионы К+, Са2+, Mg2+ и Н+. При дальнейшем выветривании в условиях жаркого климата каолин распадается на гидроокиси железа, алюминия и водорастворимую кремнекисл оту.
Кремнезем при незначительной концентрации в воде осаждается, образуя фракцию пыли, а раствор К2СО3 в воде диссо-
ципрует на К? иСОз", причем К+ частично вымывается (в форме К2СО3), а частично поглощается образовавшимся каолином. При взаимодействии воды и углекислоты с другими алюмосиликатными минералами освобождаются Са2+, Mg2+, К+, Na+ и другие катионы.
Минералы, подвергающиеся химическому выветриванию, называются первичными. К ним относятся как простые соли, так и основная часть минералов магматических пород: кварц, полевые шпаты, роговые обманки и т. д. Вторичные минералы — продукты химического выветривания первичных минералов. Они могут быть как простыми, так и сложными соединениями.
Особое значение имеют вторичные глинистые минералы — каолинит, монтмориллонит, гидрослюды. Это чаще всего глины с очень мелкими плоскими кристаллами, имеющими размер около 0,001 мм и обладающими отрицательным зарядом. Малый размер частиц обусловливает возникновение таких свойств, как вязкость, липкость, набухание и способность к обменным реакциям.
При химическом выветривании одновременно образуются водорастворимые соединения и, в частности, углекислые соли К2СО3, СаСОз, MgCO3.
В водном растворе минералов NaCl, MgCl2 и др. возникают обменные реакции с образованием вторичных водорастворимых минералов. Поэтому такие минералы, как кальцит, гипс, сода, галит, могут быть и первичного и вторичного происхождения.
К наиболее распространенным вторичным минералам относятся: 1) минералы простых солей: кальцит, магнезит, галит, гипс, сода и др.; 2) минералы окислов и гидроокислов — аморфный кремнезем (SiO2«nH2O), гидроокислы: алюминия (А12О3Х Х^Н2О), железа (Ре2Оз*пН2О — лимонит, гетит), гидроокиси марганца (Мп2О-/1Н2О — пиролюзит, псиломелан и др.); 3) глинистые минералы — каолин, галлуазит, монтмориллонит, гидрослюды (иллит) и др.
Биологическое выветривание — это процесс изменения горных пород под влиянием организмов, продуктов их жизнедеятельности и продуктов разложения органических веществ.
При физическом и химическом выветриваниях все простые соли вымываются водой и уносятся сначала в реки, а затем в моря и океаны. При биологическом выветривании растения и микроорганизмы избирательно поглощают часть водорастворимых солей, закрепляя их в форме органического вещества.
Разрушение горных пород происходит под влиянием различных ферментов, имеющих кислую или щелочную реакцию, органических кислот и оснований. Так, некоторые силикатные бактерии, выделяя слизистые образования, разрушают полевые шпаты. Нитрифицирующие бактерии способны выделять азотную кислоту, серобактерии — серную. Диатомовые водоросли
зо
извлекают из алюмосиликатов кремнезем для построения скелета своего тела. Лишайники воздействуют на горные породы с помощью сильных органических кислот. Корни древесных и кустарниковых растений оказывают существенное физическое расклинивающее действие на горные породы. При разложении растительных остатков образуется значительное количество кислот и солей, также вступающих в различные реакции с горными породами.
Таким образом, при биологическом выветривании происходит физическое разрушение и дробление горных пород и минералов, а также их химическое преобразование, т. е. осуществляется их биохимическое разложение с образованием вторичных минералов и комплексных органо-минеральных соединений, большая часть которых закрепляется в верхних слоях почв. Биологическое выветривание по существу относится к почвообразовательным процессам.
Под влиянием процессов выветривания образуется более или менее мощный слой коры выветривания, или рухляк выветривания, который может состоять из крупных обломков первичных минералов и горных пород, очень мелких частиц вторичных глинистых минералов, окислов и гидроокисей, минералов, находящихся в промежуточных стадиях разложения. Наиболее устойчив из них кварц, наименее устойчивы — простые соли.
В результате выветривания из кислых, насыщенных кварцем пород (кварциты, кварц, вулканическое стекло) образуются пески, из алюмосиликатов (слюд, полевых шпатов, авгитов и роговых обманок)—глины. Поэтому при выветривании гранитов, состоящих из трех минералов (полевого шпата, слюды и кварца), образуется смесь песка и глины — суглинки. Часть продуктов выветривания переносится водой и ветром. Продукты выветривания, не подвергшиеся переносу и оставшиеся на месте своего образования, называются элювием.
По сравнению с твердыми породами в рухляке выветривания появляются новые свойства: водо- и воздухопроницаемость, способность удерживать воду и некоторые элементы питания, а глины, кроме того, способны обменивать свои катионы К+, Са2+, Mg2+, F3+, Н+ на катионы водного раствора. Под влиянием биологических процессов выветривания накапливаются органические и органо-минеральные соединения, которые обеспечивают минимальное первичное плодородие рухляка.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие типы выветривания вы знаете? Перечислите их, охарактеризуйте и выделите особенности каждого из них.
ГЛАВА IV. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ И ОТЛОЖЕНИЕ ПРОДУКТОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ
На поверхности Земли постоянно происходит перемещение и отложение материала, образующегося в результате разрушения и выветривания горных пород. Наиболее активными агентами, вызывающими эти перемещения и отложения, являются ветер и вода (в прошлом — ледники). Свойства отложившегося материала в большой степени оказывают влияние на свойства формирующихся на нем почв.
ВЕТРОВАЯ ЭРОЗИЯ
Ветер возникает в любой точке земного шара и поэтому является могущественным, постоянно действующим геологическим фактором, изменяющим облик Земли. Особенно сильное действие ветра проявляется в районах с сухим климатом, где он еще больше способствует испарению влаги и иссушению почвы. В таких районах растения часто не образуют сплошного растительного покрова (области сухих степей, полупустынь и пустынь), поверхность остается незащищенной, и сухие частицы продуктов выветривания и почвы под действием ветра начинают передвигаться по поверхности.
В зависимости от длительности и силы ветра передвижение частиц происходит на разные расстояния. Крупные частицы (песок) перемещаются на небольшие расстояния, а мелкие (пыль) переносятся на значительные расстояния. Развевание отложений и почв ветром называют ветровой эрозией (лат. erosio— разъедание), или дефляцией (лат. deflare— сдувать).
Ветер, подхватывая продукты выветривания, обрушивает их на вертикальные обрывистые стены скал. Горные породы, имеющие разную прочность, обтачиваются песком, камешками и пылью с разной скоростью. Быстрее разрушаются непрочные * отложения: песчаники, известняки. Медленнее разрушаются граниты, диориты, диабазы. В результате более быстрого истирания — корразии рыхлых пород образуются ниши в прочных горных породах. Горный рельеф с течением времени превращается в «эоловый», насыщенный «башнями», коридорами, нишами. Если процесс корразии протекает очень долго, то возвышенность, сложенная мягкими породами, может быть полностью стерта ветром, в результате образуется равнина с эоловыми отложениями (греч. Aiolos— победитель ветров)—сформированными ветром отложениями тонкоразмельченных пород.
По поверхности таких равнин ветер гонит, перекатывая, частички — происходит процесс дефляции. Процессы дефляции наблюдаются на равнинных участках суши и особенно проявляются в пустынях и полупустынях, а также в земледельческих
районах с засушливой осенью или весной. Перевевая верхние слон почв II отложений, ветер поднимает в воздух пылеватые и илистые частицы, которые переносятся на значительные расстояния. Откладываясь в новом месте, они образуют хорошо сортированные пылеватые карбонатные отложения — лёссы, толщина которых иногда достигает 100—200 м. Очень часто лёссовые отложения образуются по окраинам пустынь — это результат оседания пыли, которую ветер выносит при перевева- нии рыхлых горных пород пустыни. В нашей стране лёссы эолового происхождения встречаются на Украине. При длительной дефляции или перевевании отложений происходит относитель
Рис. 7. Развитие бархана:Рис. 7. Развитие бархана:а — вид сверху; б — вид сбоку; —> направле ние ветраа — вид сверху; б — вид сбоку; —> направле ние ветраное уменьшение илистых и пылеватых частиц и одновременное накопление песчаных. Дефляция наблюдается на любых по механическому составу отложени
Рис. 7. Развитие бархана:
Рис. 7. Развитие бархана:
а — вид сверху; б — вид сбоку; —> направле ние ветра
а — вид сверху; б — вид сбоку; —> направле ние ветра
ях: песчаных, суглинистых и глинистых.
Прикаспийские, Нарынские, Волжско-Ураль ские пески и пески среднеазиатских пустынь. Все передвигаеПрикаспийские, Нарынские, Волжско-Ураль ские пески и пески среднеазиатских пустынь. Все передвигаеПеревевание, перенос и формирование подвижных песков. Пески занимают 11,2% территории страны. Это Нижне-Днепровские, Придонские, Приволжские, Терско-Кумские,
Прикаспийские, Нарынские, Волжско-Ураль ские пески и пески среднеазиатских пустынь. Все передвигае
Прикаспийские, Нарынские, Волжско-Ураль ские пески и пески среднеазиатских пустынь. Все передвигае
мые ветром сыпучие пески образуют различные формы эолового рельефа.
Кучевые пески образуются на частично заросших пес
чаных территориях в начальной стадии возникновения подвижных песков. Под действием ветра на участках, не защищенных растениями, появляются очаги дефляции, из которых выдувается песок. Перекатываясь по поверхности земли, песчинки скапливаются у основания растений и постепенно образуют холмики. Часть растений при засыпании песком гибнет, а часть (нитрия, шаропана) продолжает расти и задерживать песок. Постепенно высота холмиков увеличивается до 1—1,5 м, и рав
нинные песчаные отложения превращаются в кучевые пески. Дальнейшее увеличение подвижности песков происходит в за
висимости от ветрового режима.
Барханы образуются в районах с очень засушливым климатом при более или менее постоянном направлении действующих ветров. В плане они имеют характерную форму полумесяца (рис. 7), а при общем их обозрении напоминают застывшее море. Барханы могут сливаться в цепочку, а цепочки — образовывать барханные гряды. Барханы иногда передвигаются со скоростью 30—40 м/год. Высота барханов может достигать
30—40 м и зависит от глубины базиса дефляции. Базисом дефляции называется уровень, ниже которого ветер не может развевать пески. Обычно это — капиллярная кайма грунтовых вод, глинистые и плотные отложения. Максимальная высота подвижных песков равна двойной глубине базиса дефляции от средней липин поверхности закрепленных песков. Например, при глубине залегания капиллярной каймы грунтовых вод 15 м максимальная высота подвижных песков может достигать 30 м.
Бугристые пески образуются в районах с переменным направлением действующих ветров или в районах с частично заросшими песками. В этом случае образуются холмы или бугры неправильной формы. Различают низкобугрнстые пески с высотой бугров 1—3 м, среднебугристые — 3—7 м и высокобугристые — более 7 м [40]. Бугристые пески чаще всего образуются па речных песчаных отложениях. Такой рельеф характерен, например, для Нижне-Днепровских и Донских песков.
Дюны — песчаные гряды или холмы, образующиеся ио берегам океанов, морей и крупных рек под влиянием ветров, дующих с воды на сушу. Известно, что днем ветер дует с моря на сушу, а ночью — наоборот. Причем песчаные прибрежные отложения днем высыхают, а ночью благодаря конденсации паров воды из воздуха становятся влажными. Поэтому днем прибойный валик песка просыхает, и песчинки перекатываются по пляжу до какой-нибудь естественной преграды, где происходит их накопление. Ночью влажный песок не передвигается. Постепенно вдоль берега образуются гряды песка высотой до 20— 40 м. В плане дюны имеют овальную или параболическую форму. Параболические дюны могут быть скобовидиымп пли подковообразными (рис. 8).
Дюнный и бугристый рельефы характерны для прибрежных подвижных песков. Пустыням более свойственны барханные, барханно-бугристые пески. Встречаются каменистые и глинистые пустыни, из которых выдут весь мелкозем.
Борьба с подвижными песками производится различными механическими, химическими и биологическими способами. При механической защите применяют щиты различной формы, плетни, разбрасывают ветки. При химической защите используют вяжущие и хорошо скрепляющие песок битумные и структурообразующие вещества. При биологической защите применяют посев засухоустойчивых пустынных злаковых трав, кустарников и деревьев. Наиболее эффективна биологическая защита, действие которой продолжительно.
Дефляция супесчаных и суглинистых почв обязательно связана с разрушением верхних, самых плодородных горизонтов. Черные, или пыльные, бури чаще всего возникают из-за сильных ветров в земледельческих районах с засушливой осенью, зимой пли весной. Именно в это время вспаханная почва 34
оказывается наименее защищенной растениями, а верхний слой пересушенным.
Бури возникают периодически через 3—5 лет, а в более влажных районах — раз в 10—15 лет при сильных ветрах. При плохой защите поверхности почв, особенно в засушливые годы, пыльные бури могут захватывать миллионы гектаров земель.
Под действием силы тяжести мелкопесчаные и крупнопылеватые частицы падают, ударяют по частицам, лежащим иа земле, поднимая их в воздух, причем каждая частица выбивает несколько других,в результате возникает так называемый «лавинный эффект», т. е. количество частиц, двигающихся «скачками», резко и быстро растет. Каждая частица может быть разогнана ло скорости ветра и приобрестиПод действием силы тяжести мелкопесчаные и крупнопылеватые частицы падают, ударяют по частицам, лежащим иа земле, поднимая их в воздух, причем каждая частица выбивает несколько других,в результате возникает так называемый «лавинный эффект», т. е. количество частиц, двигающихся «скачками», резко и быстро растет. Каждая частица может быть разогнана ло скорости ветра и приобрестиРис. 8. Образование дюн:Рис. 8. Образование дюн:а — море; б — параболические и овальные дюны; —> направление ветраа — море; б — параболические и овальные дюны; —> направление ветраВо время пыльных бурь происходит перемещение почвенных частиц. Первыми начинают перекатываться крупные частички, размер которых более 0,5 мм, т. е. песчинки пли мелкие комочки почв. При движении крупные частицы захватывают более мелкие, размером 0,01—0,5 мм, которые подхватывает и несет ветер.
Под действием силы тяжести мелкопесчаные и крупнопылеватые частицы падают, ударяют по частицам, лежащим иа земле, поднимая их в воздух, причем каждая частица выбивает несколько других,в результате возникает так называемый «лавинный эффект», т. е. количество частиц, двигающихся «скачками», резко и быстро растет. Каждая частица может быть разогнана ло скорости ветра и приобрести
Под действием силы тяжести мелкопесчаные и крупнопылеватые частицы падают, ударяют по частицам, лежащим иа земле, поднимая их в воздух, причем каждая частица выбивает несколько других,в результате возникает так называемый «лавинный эффект», т. е. количество частиц, двигающихся «скачками», резко и быстро растет. Каждая частица может быть разогнана ло скорости ветра и приобрести
Рис. 8. Образование дюн:
Рис. 8. Образование дюн:
а — море; б — параболические и овальные дюны; —> направление ветра
а — море; б — параболические и овальные дюны; —> направление ветра
, большую энергию. Если она понадает в лист или нежный стебелек неокрепших растений, то ее энергии вполне достаточно, чтобы пробить их насквозь. Большое количество таких частичек способно разорвать листики, и растения погибают. Движение частиц скачками — одна из самых вредных форм движения во время пыльных бурь.
Мелкопылеватые и илистые частицы, вырываемые более крупными, подхватываются ветром, поднимаются на высоту до 4 км и перенося гея на большие расстояния.
В результате пыльных бурь с поверхности почв уносятся самые плодородные частицы, содержащие большое количество азота, фосфора, калия и других элементов питания. За одну пыльную бурю сдуваетця 2—4-сантиметровый слой (в отдельных случаях до 20 см) почвы, а на образование каждого 1-сантиметрового слоя почвы требуется около 100 лет. Таким образом, пыльные бури наносят значительный ущерб народному хозяйству, повреждая посевы, уничтожая пашни, засыпая отдельные лесные полосы, дороги, постройки.
Борьба с ветровой эрозией проводится с помощью комплекса агролесомелиоративных и специальных противоэрозион- пых мероприятий. Важнейшими приемами, резко уменьшающими ветровую эрозию, являются: меры по накоплению и сохранению влаги в почве; применение безотвальной обработки с оставлением стерпи, которая защищает почву от ветра;
2*2*35
2*
2*
применение полосной системы земледелия с чередованием полей шириной 80—100 м, занятых разными культурами и черным паром; применение кулис из высокостебельчатых растений; создание системы полезащитных лесных полос ажурной и продуваемой конструкций.
Кроме черных бурь, выделяют местную ветровую эрозию почв, особенно на ветроударных склонах, где при сильных порывах ветра в результате вихревого движения воздуха образуются вертикальные столбы пыли.
ТЕКУЧИЕ ВОДЫ
Общее количество воды на Земле огромно — 2,46 млн. км3, 58% ее приходится на поверхностные, а 42%—на подземные воды [3]. Однако количество пресной воды очень невелико —
Рис. 9. Круговорот воды в природеРис. 9. Круговорот воды в природевод, она снова попадает в природе (рис. 9).вод, она снова попадает в природе (рис. 9).всего 2%. Только растения ежегодно усваивают около 11 тыс. км3 пресной воды, из них безвозмездно теряется на процесс фотосинтеза около 9,5 км3.
Рис. 9. Круговорот воды в природе
Рис. 9. Круговорот воды в природе
вод, она снова попадает в природе (рис. 9).
вод, она снова попадает в природе (рис. 9).
Большая часть воды сосредоточена в океанах. Испаряясь с поверхности, она переносится ветром в парообразном состоянии (облака) к материкам и выпадает в форме осадков (дождя и снега). Стекая в виде ручьев, рек и подземных в океан, завершая свой круговорот
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
Подземные воды образуются после заполнения влагой всех капиллярных промежутков в почве. Свободная влага, которая не может удерживаться почвой, передвигается вниз под действием силы тяжести и, дойдя до водоупорного слоя, накапливается. Подземные воды образуются на отложениях, через которые плохо просачивается вода,— это водоупорные глинистые и илистые грунты или материнские породы. Слой, в котором собирается подземная вода, называется водоносным горизонтом.
Если вырыть разрез до водоупора, то образуется «зеркало» подземных вод, которое определяет ее уровень от поверхности земли, характерный для данного участка.
Воды, находящиеся в толще земной коры, называются подземными. В соответствии с классификацией по условиям залегания различают почвенные, грунтовые, межпластовые подземные воды (рис. 10).
Почвенные воды. Верховодка почвенная — временная грунтовая вода, образующаяся на плотных горизонтах почв, чаще всего на иллювиальных горизонтах подзолов, дерново-подзолистых и других почв. Опа способна течь вниз по склону, образуя внутрипочвенный сток. Расход воды через внутрипочвенный сток может составлять от 10 до 25% общего количества атмосферных осадков. Верховодка почвенная может существовать от одной недели до 2—3 месяцев.
Грунтовые воды. Верховодка грунтовая формируется ниже почвенных горизонтов в рыхлых материнских или подстилающих горных породах на линзах более тяжелого механического состава. Происхождение грунтовых вод различно и вызывается двумя основными процессами — просачиванием осадков через
Рис. 10. Подземные воды:
вп — верховодка почвенная; ег — верховодка грунтовая; ге — грунтовая вода; А— гумусовый горизонт почв; В — уплотненный иллювиальный горизонт; С — горная рыхлая порода; / — водоносный горизонт;
2 — водоупорный горизонт; Ос — атмосферные осадки; Оа — кислород
почву до водоупора (инфильтрацией) и конденсацией парообразной влаги, передвигающейся из верхних горизонтов почвы в глубокие слои.
Грунтовые воды образуются на первом от поверхности водоупоре и имеют постоянное «зеркало» воды. Глубина залегания и химический состав их различны. Обычно грунтовые воды текут вниз по склону или водоупору или от более толстого слоя воды перетекают к более тонким. Скорость течения грунтовых вод невелика и равна в песках 2—10 см/сутки. Часто передвижение грунтовых вод повторяет форму рельефа; нередко они выклиниваются и впадают в реки, питая их. Уровен1. грунтовых вод непостоянен и зависит от количества поступающих осадков, глубины залегания, температуры и расхода на транспирацию растений.
Поскольку климат, растительность зональны — зональны и грунтовые воды, которые различаются по глубине их залегания и химическому составу.
В зоне тундры они образуются па слое вечной мерзлоты и залегают па глубине 30—50 см; зимой замерзают, летом оттаивают снова. Вода грунтовых вод буроватого цвета, содержит гидроокиси железа и водорастворимые органические кислоты.
В северной тайге грунтовые воды залегают в среднем на глубине 1— 1,5 м, водоупором служат глинистые отложения, главным образом четвер-
тичного периода. Вода бурая, содержит значительное количество гидроокисей железа, алюминия и водорастворимых органических соединений. В средней и южной частях тайги грунтовые воды залегают на глубине 3—5 м, вода мягкая, пресная, содержит небольшое количество солей кальция.
В лесостепной зоне грунтовые воды на водоразделах залегают на глубине 15—20 м, а иногда и более. Осадки проходят через карбонатные отложения, насыщаются солями кальция, и вода становится жесткой.
В степи глубина грунтовых вод на водоразделах достигает 20 м и более, вода жесткая, содержит соли Са2+, Mg2+ , N+ и иногда SO4-" и С1-.
В районах пустынь и полупустынь грунтовые воды лежат на разной глубине и, как правило, засолены, т. е. содержат значительное количество водорастворимых солей.
По В. И. Вернадскому [5], грунтовые воды могут быть пресные, если содержат солей до 1 г/л, солоноватые— 1 —10 г/л, соленые— 10—50 г/л и рассолы — более 50 г/л. Чаще всего в грунтовых водах встречаются ионы НСОД Cl , SO^ , Са2Д Na+, Mg2+, в болотных водах нередко присутствует H2S — сероводород.
Гидрокарбопаты придают грунтовым водам щелочную реакцию. Соли MgCl2, СаС12, CaSO4 придают воде жесткость, соли NaCl, Na2SO4, СаС12, MgSO4 и другие — солоноватый привкус.
Над поверхностью грунтовой воды обычно образуется капиллярная кайма, высота которой зависит от механического состава почвы или материнской породы. Так, в песках и супесях высота капиллярного подъема воды равна 1,0—1,5 м, в суглинках— 1,5—2,5 м, в тяжелосуглинистых отложениях — до 5 м. Если капиллярная кайма пресных вод выходит к поверхности почв, начинаются процессы заболачивания. Соленые или солоноватые грунтовые воды образуют солончаки.
Работа подземных вод проявляется в образовании карста, карстовых пещер, оползней, плывунов и родников.
Осадки, попав на поверхность известняков, растворяют часть их, образуя карст. Сначала на поверхности известковых пород появляются воронки, затем в толще пород по трещинам текут подземные ручейки, растворяющие известняки, и со временем образуются целые подземные реки, текущие в подземных пещерах и гротах с причудливыми формами сталактитов и сталагмитов. Самая большая карстовая пещера—Мамонтова (в штате Кентукки, США) имеет протяженность около 240 км. Очень красива ледяная Кунгурская пещера на Урале.
Оползни наблюдаются на крутых склонах, где в результате просачивания осадков глинистый слой разбухает и становится скользким. Потеряв силу сцепления, неуравновешенная масса грунта быстро соскальзывает вниз по водоупору. Для борьбы с оползнями закрепляются склоны стенками, строят террасы, вбивают сваи, устраивают колодцы, из которых постоянно выкачивают грунтовые воды, на поверхности почв высаживают защитные лесные насаждения и травы.
Плывуны — это водонасыщепные пески, иногда супеси, вытекающие под гидростатическим давлением вышележащих горных пород и грунтовых вод из разреза. Плывуны имеют биологическую природу и вызываются развитием микроорганизмов, которые выделяют коллоидное вещество, препятствующее сцеплению почвенных частиц. Они содержат 5—7% или
стых частиц, прослаивающих пески.
В местах, где вымыты пески, почва проседает, и образуются понижения. Это явление называется суффозией (лат. Snffo- sio — подкапываю).
Родники образуются там, где водноэрозионная сеть (овраг, балка, река) перерезает вольно часто родники встречаются по берегам и дну оврагов и балок.
Все грунтовые воды, расположенные на первом от поверхности суши водоупоре, называются грунтовыми водами зоны аэрации.
Межпластовые воды. Это воды, залегающие между двумя водоупорами. Располагаются на различной глубине.
Различают напорные и иенапорные межпластовые воды. К напорным грунтовым водам относятся артезианские, образующиеся в пониженных частях складок между двумя водоупорами с песчаными или известковыми водоносными горизонтами. При бурении вода с силой вырывается из скважин под влиянием гидростатического давления. Артезианской водой сейчас часто пользуются промышленность и население наших городов (рис. 11). Ненапорные залегают горизонтально.
Влияние глубины залегания грунтовых вод на лесорастительные условия зависит от степени увлажнения района. В северных районах, где грунтовые воды расположены очень близко к поверхности почвы, наблюдается снижение производительности лесов из-за постоянного избыточного увлажнения. В центральной части лесной зоны, где грунтовые воды залегают на глубине 2—3 м, значительно повышается продуктивность насаждений. В лесостепной зоне на тяжело- и среднесуглинистых почвах при глубине залегания грунтовых вод 8—10 м складываются самые лучшие условия для роста дуба, липы, клена.
ВОДНАЯ ЭРОЗИЯ
Разрушающее действие текущей талой, дождевой и ливневой воды на почву и подстилающие породы называется водной эрозией. Различают нормальную (геологическую) и
ускоренную (разрушительную) эрозии. Нормальная, ЙЛИ геологическая, эрозия протекает очень медленно на покрытой естественной растительностью земной поверхности. Постепенная потеря органических частиц верхнего слоя почвы восполняется в ходе почвообразовательного процесса, поэтому практически нормальная эрозия не приносит вреда. Ускоренная эрозия происходит на площадях с расчлененным рельефом, т. е. с уклоном более 1°, где частично или полностью уничтожена естественная древесная и травянистая растительность. К ускоренной эрозии приводят также распашка склонов и сплошная рубка леса на площадках с уклоном более 5°.
Ускоренная водная эрозия делится на плоскостную и линейную (овражную). Плоскостная эрозия — это смыв верхних слоев почвы. Мелкие струйки талой и дождевой воды, протекая по поверхности поля, образуют неглубокие промоины и ложбинки, часто незаметные на глаз. При последующей обработке почвы эти промоины заравниваются. Следующей весной или после дождей стекающая вода прокладывает новые пути — образуются новые промоины и ложбинки, которые вновь скрадываются при вспашке и культивации. В результате происходит постепенное смывание наиболее плодородного верхнего горизонта, уменьшение его мощности и образование делювиальных отложений у подножия склонов (лат. deluere— смывать).
Почвы, подвергающиеся действию ускоренной эрозии, называются эродированными. Акад. С. С. Соболевым '[^разработана классификация эродированных почв по степени смы- тости, которая широко применяется при крупномасштабном почвенном картировании. Выделены слабо-, средне-, сильно- и очень сильносмытые почвы. К слабосмытым отнесены почвы, у которых смыто не больше половины гумусового горизонта. У среднесмытых почв гумусовый горизонт смыт больше чем наполовину или полностью. В сильносмытых почвах частично сохранился только подгумусовый (переходный) малоплодородный горизонт. У очень сильносмытых почв весь почвенный слой смыт, на поверхности обнажена материнская порода — не затронутый почвообразованием слой.
Ускоренная плоскостная эрозия приводит к значительному снижению плодородия почвы: на слабосмытых почвах урожай зерновых примерно в 2, а на среднесмытых — в 4 раза меньше по сравнению с несмытыми.
Борьба с плоскостным смывом проводится комплексно с помощью системы агротехнических и лесомелиоративных мероприятий. Для предупреждения и борьбы с водной эрозией применяют зяблевую вспашку поперек склона, почвоуглубление, перекрестный сев, бороздование и обвалование зяби. Большую роль при регулировании стока играют водорегулирующие и полезащитные лесные полосы шириной 20 м и более в зависимости от длины и крутизны склона. Лесные полосы, правильно 40
расположенные на склоне, могут полностью перехватывать поверхностный сток с вышележащих частей склона, переводя его во внутрппочвенный, грунтовый.
Линейная эрозия связана с плоскостной и вызывает образование оврагов. Оврагами называют крутосклонные ложбины и промоины, созданные мощными потоками талых и ливневых вод, которые не могут быть сглажены обычной очередной обработкой почвы. Овраги различаются своими размерами и формой, изменяющимися в зависимости от климата, растительности, рельефа, плотности горных пород, возраста, глубин базиса эрозии, площади водосбора и стадии развития.
При концентрации поверхностного стока талых, дождевых и ливневых вод в ложбинах — естественных или образованных
Рис. 12. Стадии развития оврага [40]:
и — изменение продольного профиля: I — образование промоины: А—А, Б—Б — поперечные профили; II — формирование вершинного перепада; III — выработка профиля равновесия оврага; IV—овраг; б—перепад (вершина оврага): 1—направление движения воды; 2 — направление роста оврага; 3—подмываемая глыба почвенных горизонтов; 4— размытая материнская порода; А, В, С — почвенные горизонты
в результате неправильной обработки почвы — происходит образование промоин глубиной 30—50 см, которые невозможно заравнять обычной вспашкой. Это и есть начальная (первая) стадия развития оврага. Она наиболее интенсивно развивается на распаханных площадях. Вторая стадия начинается с образования в вершине промоины перепада, или обрыва (рис. 12). В этой стадии овраг быстро растет навстречу потоку воды, так как происходит подмыв и обваливание грунта в вершине, углубление дна оврага и его расширение за счет осыпания откосов. Третья стадия сопровождается дальнейшим углублением русла до местного базиса эрозии, устье оврага достигает дна балки, берега ручья, реки, т. е. уровня того места, в которое впадает овраг. В течение третьей стадии овраг вырабатывает главным образом профиль дна своего русла. К концу третьей стадии вода стекает по дну оврага, не производя сколько-нибудь заметных размывов. Четвертая стадия развития оврага — стадия затухания. К этому моменту полностью прекращается размыв дна, сглаживается обрыв вершины. Склоны оврага
приобретают угол естественного откоса, т. е. не происходит осыпания склонов. Постепенно вершина и склоны зарастают травянистой и древесной растительностью, и овраг превращается в балку. Все четыре стадии развития эрозии можно наблюдать на достаточно длинных оврагах.
Места отложения принесенных водой частиц в устьевой части оврага или балки называются конусами выноса, так как имеют форму конуса, образующегося в период интенсивного роста оврагов из овражного пролювия (лат. proluo — сношу течением) размываемых горных пород, а при затухании овражной эрозии — из делювия илистых гумусированных частиц, смытых с прилегающих полей. Чаще всего в конусе выноса образуются смешанные пролювиально-делювиальные отложения.
Глубина оврагов и балок зависит от глубины местных базисов эрозии. Базисом эрозии называется уровень или горизонтальная поверхность, ниже которой вода не производит размывающего действия. Это чаще всего различные понижения в рельефе, днища старых балок, долины рек и уровень воды в местных водоемах или реках. Глубина базиса эрозии определяется разницей между наивысшей точкой данного водораздела и базисом эрозии; она может колебаться от десятка до сотен метров. Увеличение базиса вызывает появление вторичных оврагов по дну балок.
При борьбе с оврагами основное место занимает облесение— лесомелиорация. Чтобы предотвратить рост оврагов, создают водорегулирующие, приовражные и прибалочные полосы, облссяют откосы действующих оврагов корнеотпрысковыми древесными и кустарниковыми породами, по дну высаживают ивы и тополя для его закрепления, уменьшения скорости воды, задерживания влекомых частиц. Кроме того, применяются специальные гидротехнические сооружения, регулирующие движение воды в вершине оврагов и по их дну.
Эрозия почв в горах вызывает образование селей. Сель — грязекаменный поток, возникающий в горных условиях при быстром таянии снега и ледников в летний период, выпадении ливневых осадков в районах с рыхлым сложением осыпей горных склонов. Образовавшийся бурный поток воды со взмученным мелкоземом, мелкими и крупными камнями с большой скоростью двигается вниз по ущельям, ломая деревья, разрушая дороги, населенные пункты. При выходе в долину поток расширяется, образуя конус выноса пролювиальных отложений, занося ценные сельскохозяйственные угодья. Борьба с селевыми потоками должна быть направлена главным образом на предотвращение их возникновения. Основное значение имеют охрана лесов, регулирование стока гидротехническими сооружениями, правильное использование пастбищных угодий, террасирование и облесение склонов.
РЕКИ
Реки являются источником пресной воды, необходимой для бытовых, промышленных и сельскохозяйственных целей (орошения, обводнения), имеют огромное транспортное значение, связывая между собой большие районы. Со своими притоками они охватывают огромные площади, например Волга — 1,46 млн. км2, Лена — 2,7 мли. км2. Вода, стекающая по руслу рек, размывает свое дно и берега.
Эрозионная деятельность рек зависит от скорости движения и количества воды, уклона и базиса эрозии (уровня, ниже которого вода не может производить разрушение. Это чаще всего уровень моря или крупного озера, в которые впадает река). Наиболее сильное разрушение производят молодые горные реки, истоки которых находятся на 1—2 км выше устья, а скорость движения воды очень велика. Старые реки, как правило, спокойно текут в своих берегах, ио даже у крупных рек, протяженностью до нескольких сот километров, истоки лежат на высоте 200—400 м над ур. м.
Разрушительная — эрозионная деятельность рек проявляется в двух формах: глубинного и бокового размывов. Глубинный размыв наблюдается у молодых рек или в верхних частях старых рек, где есть большие уклоны и вода течет быстро. Такие реки, размывая дно, углубляются в горные породы, вынося ил, песок и даже камни. Например, при скорости движения воды 0,5 м/с переносится песок, 1 м/с — мелкий гравий, 1,2 м/с — галька до 4 см в диаметре, 2 м/с — камни до 10 см, а при 2,5 м/с— до 20 см в диаметре. Большая скорость движения воды, углубление русла сопровождаются формированием обрывистых берегов с V-образной долиной. Русло в плане почти прямолинейное. Долины таких рек напоминают овраги.
После углубления дна русла реки уклон се становится меньше, скорость движения воды несколько уменьшается, усиливается боковой размыв. Вода в русле реки движется турбулентно, образуя вихри. Река начинает размывать то один, то другой берег. Русло ее становится извилистым. В местах, где река, особенно во время половодья, размывает берег, рыхлые горные породы обрушиваются в воду. Берег становится обрывистым, крутым. Песок, пыль и ил переносятся течением к противоположному берегу, а наиболее крупные частицы оседают на дно, образуя пологие отмели. Скорость движения воды у берегов с пологими отмелями уменьшается, вызывая затем отложение более мелких частиц (рис. 13). Постепенно образуются песчаные отмели и мелководья. В результате после спада в реке воды обнажаются песчаные отложения зарождающейся поймы реки. С этого момента начинает формироваться пойма реки (рис. 14), долина ее, сначала в местах размыва, а затем и по всей длине, приобретает корытообразную форму. С тече-
Рис. 13. Движение воды в русле и образование бокового размыва: а — зона аккумуляции [11]Рис. 13. Движение воды в русле и образование бокового размыва: а — зона аккумуляции [11]Рис. 14. Формирование поймы реки:Рис. 14. Формирование поймы реки:/—стадия углубления русла; 2— начало бокового размыва, изгиба русла реки и образования пойменных отложений; 3 — корытообразная долина с симметричной поймой; а — уровень воды в межень; б — уровень воды в половодье/—стадия углубления русла; 2— начало бокового размыва, изгиба русла реки и образования пойменных отложений; 3 — корытообразная долина с симметричной поймой; а — уровень воды в межень; б — уровень воды в половодьеРис. 15. Образование террас реки:
Рис. 13. Движение воды в русле и образование бокового размыва: а — зона аккумуляции [11]
Рис. 13. Движение воды в русле и образование бокового размыва: а — зона аккумуляции [11]
Рис. 14. Формирование поймы реки:
Рис. 14. Формирование поймы реки:
/—стадия углубления русла; 2— начало бокового размыва, изгиба русла реки и образования пойменных отложений; 3 — корытообразная долина с симметричной поймой; а — уровень воды в межень; б — уровень воды в половодье
/—стадия углубления русла; 2— начало бокового размыва, изгиба русла реки и образования пойменных отложений; 3 — корытообразная долина с симметричной поймой; а — уровень воды в межень; б — уровень воды в половодье
/ — форма долины до поднятия суши; 2 — углубление русла после поднятия суши; 3 — боковой размыв и образование новой террасы реки; /, II — номер террасы
нием времени прогибы русла реки увеличиваются, и в плане такая река представляется весьма извилистой. Постепенно большая часть выступов коренных пород срезается и образуется очень широкая долина реки, в которой русло расположено в речных аллювиальных отложениях (лат. alluvio — нанос).
Во время половодья изгибы реки прорываются водой, русло спрямляется, а на пойме остаются серповидноизогнутые озерки— старицы, или меандры. Пойма неоднородна, ее можно разбить на три крупные части: прирусловая—обычно включающая прирусловой вал, образующийся из грубообломочного материала — это наиболее возвышенная и дренированная часть поймы; центральная — с мелкими озерцами-старицами, иногда гривистыми песчаными отложениями, очень неоднородная по
механическому составу; притеррасная — обычно пониженная, сложена суглинистыми отложениями, нередки старицы-озера; в этой части ближе всего подходят к поверхности грунтовые воды, вызывая заболачивание, а иногда и засоление почв.
Обычно долины рек имеют несколько уступов — террас (иногда до 7—10). Образование террас происходит постепенно при вековых — эпейрогенических колебаниях поверхности земной суши. При поднятии суши повышается базис эрозии, увеличиваются уклон реки, скорость движения воды, в результате чего повторяется цикл эрозии: сначала река углубляет свое русло, а затем при увеличении извилистости русла — меандри- ровании формирует пойму (рис. 15). Новая пойма формируется ниже уровня прежней, старой поймы, которая превращается во вторую террасу реки. Если происходит несколько поднятий суши или базис эрозии изменяется, образуется несколько террас. Обычно террасы реки хорошо сохраняются и легко прослеживаются. Песчаные берега нижних террас рек, текущих в меридиональном направлении европейской части СССР, зарастают сосновыми лесами и поэтому часто называются боровыми. Если террасы рек не покрыты растительностью или она уничтожается, начинаются процессы ветровой эрозии почв с образованием дюн, бугристых песков, развивается водная эрозия с образованием береговых оврагов и балок.
При полном развитии река делится по протяженности на три части: верхняя (ближе к истокам) производит эрозионную работу и называется эрозионной; средняя, где скорость течения достаточно велика и происходит перенос взвешенных частиц, называется транспортной; нижняя, обычно наиболее широкая и имеющая небольшую скорость движения воды, называется аккумулятивной. В нижней части реки наблюдается наибольшее количество аллювиальных отложений, выстилающих устье.
В устье реки нередко образуется дельта — это конус выноса аллювиального материала, приносимого рекой, расчлененный системой меняющихся в половодье русел. В дельте рек формируются обширные дельтово-аллювиальные равнины с озерами, заболачивающимися водоемами и болотами.
Ежегодно реками выносится в океан около 30 млрд, т различных частиц и водорастворимых соединений. Материал, переносимый реками, оседает в прибрежной морской или океанической зонах, нередко образуя месторождения полезных ископаемых.
РАЗРУШИТЕЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МОРСКИХ ВОЛН
Моря и океаны занимают большую площадь, чем материки. Их водная поверхность составляет 71 % поверхности Земли. Морская вода содержит более 30 химических элементов, в том
числе и очень редкий металл—золото. Наиболее распространены соли натрия и хлора. Средняя соленость морских вод равна 3,5% (35 мг солей па 1 л морской воды). Средний состав солей (%) следующий: NaCl — 2,69; MgCl2— 0,32; MgSO4— 0,22; CaSO4— 0,13; KC1—0,06 и все другие—0,01.
Разрушительная работа морских воли называется морской абразией (лат. abrasio — соскабливание). Водная поверхность морей и океанов не остается спокойной. Под действием ветра поверхность воды начинает испытывать колебательные движения, появляются волны, течения. Максимальная высота воли может достигать 30 м. Приближаясь к берегу, нижняя, обращенная к берегу, часть волны испытывает сопротивление дна, и скорость ее распространения замедляется. Верхняя часть волны движется с прежней скоростью. В результате волна становится выше, образует вертикальную стенку, обращенную к берегу, а затем опрокидывается. Так образуется прибойная волна, или прибой.
Высота прибойной волны при силе ветра 4 балла равна 2,2— 2,5 м, при 10 баллах достигает 10 м. Огромная масса воды с силой обрушивается на берег. Даже в спокойную погоду волна ударяется с силой 30—35 кН на каждый квадратный метр поверхности. Во время шторма волны ударяют с силон 300— 350 кН/м2. Глубина воздействия морских воли может достигать 100—150 м. Многократные удары воли производят основную разрушительную работу, в результате которой даже в твердокаменных берегах возникают прибойные пиши, а каменная масса, содрогаясь, даст трещины и, постепенно разламываясь, обрушивается, образуя каменные россыпи в зоне прибоя. Постепенно берег моря отступает, и образуется ровная морская терраса (рис. 16). Надводная часть террасы называется пляжем. Количество морских террас зависит от характера эпейрогенпче- ских колебаний суши. При медленном поднятии берега образуется несколько террас. Скорость разрушения берегов весьма различна и колеблется ог 0,2 до 12 м. а иногда достигает 40— 50 м в год.
Морские отложения зависят от рельефа дна (рис. 17), в котором различают материковую отмель, или шельф, глубиной до 200 м и материковый склон, или батиаль,— от 200 м до 2,5 км; на глубине — 2,5—6 км располагается ложе оксана, пли абиссаль, а еще ниже — океанические впадины. Наиболее разнообразны отложения мелководной части моря. Здесь обычно откладываются обломочный материал (галька, хрящ, песок), образовавшийся под действием прибойных волн, и осадки органического происхождения. На материковых склонах чаще всего образуются псстроцветиые глины, ил, известковые отложения химического происхождения. Ложе океана выстлано красными глинами, толщина которых составляет 5—15 м и на 20—25% состоит из алюминия. Большое распространение имеют
Рис. 16. Образование морской террасы: а — волнобоиная стенка; б— образование прибойной ниши; в—образование морской террасы; г — образование пляжаРис. 16. Образование морской террасы: а — волнобоиная стенка; б— образование прибойной ниши; в—образование морской террасы; г — образование пляжаРис. 17. Рельеф морскогодна:
Рис. 16. Образование морской террасы: а — волнобоиная стенка; б— образование прибойной ниши; в—образование морской террасы; г — образование пляжа
Рис. 16. Образование морской террасы: а — волнобоиная стенка; б— образование прибойной ниши; в—образование морской террасы; г — образование пляжа
а — шельф; б—материковый склон. пли батиаль; в — ложе океана, или абиссаль; г — океанические впадины
диатомовые и радиолярпсвыс илы, состоящие в основном из кремнезема.
Солеиоспые породы под влиянием атмосферных осадков промываются, однако па этот процесс требуется длительное время. Быстрее освобождаются от солей пески и очень медленно— плотные морские илы п глины; чем суше климат, тем медленнее протекает этот процесс. В районах морских отложений наблюдается огромное количество засоленных земель, с трудом осваиваемых растениями. Древесные породы на них растут очень плохо и чаще гибнут, чем выживают.
Точно такие же процессы (абразия) протекают и по берегам крупных водохранилищ. Ветровые волны, разрушая берега, нередко наносят невосполнимый ущерб лесному и сельскому хозяйству. Обычно борьба с береговым размывом осуществляется с помощью дамб, волноломов, береговых буи (система полузапруд, устанавливаемая па некотором расстоянии от берега), закреплением берегов механическими и агролесомелиоративными приемами.
ЛЕДНИКИ
Ледники занимают более 10% земной поверхности. Общее количество льда составляет 20,9 млн. км3. При таянии всех льдов уровень воды в океане поднялся бы па 40—50 м. Наибольшая площадь современного оледенения приходится на полярные области. В северных шпротах ледниками занято 2,1 млн. км2, а в южных полярных областях—14,1 млн. км2, из них на Антарктиду приходится 13,5 млн. км2. Толщина материкового льда Гренландии 1,5—2 км, а Антарктиды — до 3—4 км. В зонах жаркого и умеренного климата льды встречаются в горных 47
районах. Таким образом, ледники можно встретить во всех областях земного шара.
Различают три типа ледников: горные (долинные), материковые (покровные) и промежуточные. Горные ледники имеют четко выраженные области питания (горные районы, где происходит накопление снега и превращение его в лед) и стока. Материковые ледники покрывают целые острова или континенты, отличаются большой мощностью льда (0,7—4,0 км), совпадением области питания и стока, пологовыпуклой формой поверхности.
На территории СССР в четвертичный период наблюдалось несколько оледенений. Во время самого большого из них — Днепровского край ледника охватывал район к северу от линии Полтава—Воронеж—Бутурлиновка и уходил к Перми; последнее— Осташковское было минимальным и проходило по границе Вильнюс—Витебск, далее севернее Вологды к району западнее Архангельска. Во время максимального оледенения 72% площади европейской части СССР было занято материковыми льдами. Типично ледниковые формы рельефа сформировались в районе Балтийского щита (здесь был центр оледенения), куда входят Швеция, Финляндия, Кольский полуостров и Карелия.
Образование ледников. Для образования ледников в горах и на равнинах необходимы условия, позволяющие накапливаться снежным отложениям. Такие условия наблюдаются в горах, а также в северных и южных полярных зонах, где среднегодовая температура ниже 0°С.
Двигаясь, ледник своим фронтом разрушает верхние слои горных пород, перемешивает и передвигает их (рис. 18). Ледниковое разрушение получило название экзарация (лат. exaratio— вспахивание). При движении ледника образуется ледниковая долина — трог (нем. trog— корыто), обычно корытообразной формы. По краям ледниковой зоны накапливаются обломки горных пород, образуя боковые морены (фр. moraines— скопление обломков разной величины); камни и валуны, находившиеся в нижней части ледника, образуют донные морены. При слиянии двух или нескольких языков ледника из боковых морен образуются срединные морены. Скорость движения ледника может быть разной. Горные ледники, например, могут наступать со скоростью 200—250 м/год.
Ледниковые отложения и рельеф. Обычно ледники передвигаются и переносят обломочный материал из холодных в более теплые зоны, где они тают и перед своим передним краем «сгружают» обломочные горные породы, образуя гряду конечных морен (рис. 19), состоящих из крупных холмов и гряд. Примером таких отложений является Валдайская холмисто-моренная возвышенность. Высота конечной моренной гряды различна и в среднем равна 35—70 м. При равномерном тая- 4?
6 a6 aРис. 19. Ледниковые отложения:Рис. 19. Ледниковые отложения:1 — конечно-моренная гряда; 2— зандровая равнина; 3— всхолмленная равнина; 4— друмлины; 5 — озы; 6 — камы; 7 — озера ледникового выпахивания; 8 — эродированная льдом коренная порода; 9 — бараньи лбы и курчавые скалы [И]1 — конечно-моренная гряда; 2— зандровая равнина; 3— всхолмленная равнина; 4— друмлины; 5 — озы; 6 — камы; 7 — озера ледникового выпахивания; 8 — эродированная льдом коренная порода; 9 — бараньи лбы и курчавые скалы [И]
6 a
6 a
Рис. 19. Ледниковые отложения:
Рис. 19. Ледниковые отложения:
1 — конечно-моренная гряда; 2— зандровая равнина; 3— всхолмленная равнина; 4— друмлины; 5 — озы; 6 — камы; 7 — озера ледникового выпахивания; 8 — эродированная льдом коренная порода; 9 — бараньи лбы и курчавые скалы [И]
1 — конечно-моренная гряда; 2— зандровая равнина; 3— всхолмленная равнина; 4— друмлины; 5 — озы; 6 — камы; 7 — озера ледникового выпахивания; 8 — эродированная льдом коренная порода; 9 — бараньи лбы и курчавые скалы [И]
Рис. 18. Образование морен ледника: а — боковых; б — срединных; в — донных
нии ледника остается холмистый слой основной морены, покрывающий сплошным слоем (5—8 м) всю территорию с остатками захороненных льдов. Обычно из-за неровного ложа ледника и неоднородности отложенных морен формируется равнинный или холмисто-грядовый моренный рельеф. Отложенные морены неоднородны по составу (могут содержать камни, хрящ, пески), не сортированы и не имеют слоистости. Нередко образуются продолговатые холмы, продольная ось которых совпадает с направлением движения ледника, сложенные плотной глинистой мореной, под которой обнаруживается отшлифованная продолговатая скала—друмлин. Они располагаются группами, образуя друмлиновые поля холмистого рельефа.
В других местах обнаруживаются высокие длинные узкие насыпи— озы, состоящие из крупных камней, валунов, песка или гальки (швед, asar — узкие валы). Озы образовались из руслового материала внутриледниковых рек, который после таяния ледника оказался на поверхности морен.
При таянии из-под ледника вырываются широкие потоки ледниковых вод. Унося камни, валуны, хрящ, песок и более мелкие частички, они откладывают их по пути своего движения. В зоне таяния ледника, особенно в местах размыва, остается наиболее грубый материал: камни, валуны, хрящ. Стекая в пониженные равнины и теряя скорость, потоки ледниковых вод откладывают недалеко от конечных моренных гряд пески, образуя так называемые зандры (лат. sandur— песок)—пологоволнистые, иногда заболоченные равнины, представляющие слившиеся между собой пологие и широкие конусы выноса, заполненные слоистыми (лат. Huvios — река, glacialis— ледяной) флювиогляциальными песками. Примерами зандрового поля могут служить белорусское Полесье и Мещерская низменность. Размер частиц откладываемых песков уменьшается с уменьшением скорости потоков, постепенно переходя в краевых частях в легкосуглинистые отложения и покровные суглинки. По одной из гипотез, оторвавшиеся глыбы нерастаявшего ледника после таяния образовали холмы неправильной формы — камы, состоящие из слоистого, хорошо сортированною материала. В древних озерах, оставшихся после таяния ледника, ежегодно откладывались слон ленточных глин, образовавшихся при оседании частиц, принесенных в теплый период года талыми ледниковыми водами. Сначала оседали крупные, а затем мелкие частицы, образуя за год два слоя: нижний, сложенный более крупными частицами, и верхний — мелкими. Толщина двух слоев одного года может изменяться от долей миллиметра до 1 и даже до 30 см. По ленточным глинам ученые установили время отступания ледника:
Таким образом, к ледниковым грубообломочным несортированным неслоистым моренным отложениям относятся конечные моренные гряды, основная морена и друмлины, образующие холмисто-моренные и грядово-моренные возвышенности, холмисто-моренные п моренные равнины и друмлипные поля, а к флювиогляциальным — зандровые хорошо сортированные песчаные поля, озы и камы, образующие пологоволнистые равнины и холмистый рельеф.
К последствиям эпохи оледенения относят вечную мерзлоту, которая занимает 45% территории пашей страны и 26% территории всех материков. В настоящее время промерзшие и пеоттаявшие рыхлые горные породы сохранились в районах с отрицательной среднегодовой температурой воздуха. Мощность вечной мерзлоты колеблется в очень широких пределах— от 8 м в Чите до 800 м в Вилюе. Летом верхний слой почв
оттаивает на небольшую глубину: в северных районах пески от- гаивакл па 1,2—1,6 м, в южных—па 4--4,5 м, а глинистые почвы- соответовенно на 0,7—1,0 и 2,5—3,0 м. Нередко па поверхности мерзлого слоя скапливается грунтовая вода. Чередование процессов оттаивания и замерзания отложений приводит к перемешиванию верхних слоев с нижними. На склонах при оттаивании грунты становятся пластичными и медленно сползают сверху вниз — это явление носит название солифлюкции ( лат. solum — почва, земля; fluctio— истечение). Но долинам рек вечная мерзлота оттаивает на значительную глубину.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД НА ТЕРРИТОРИИ СССР И ИХ КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Почвообразующие, или материнские, породы — это рыхлые, выветривающиеся горные породы, из которых вследствие развития процессов почвообразования формируются почвы.
Ведущим процессом в образовании материнских пород является выветривание. Это длительный, сложный и динамичный процесс. Различные скорость и характер разрушения горных пород приводят к формированию разных рыхлых материнских почвообразующих пород, отличающихся признаками и свойствами. К ним относятся следующие материнские породы:
Элювий — продукты выветривания горных пород, оставшиеся па месте своего образования. В горных районах на склонах элювий представляет собой обломки горных пород, перемешанные с мелкоземом.
Эоловые отложения, образующиеся под влиянием ветра. К ним относят пески дюн и барханов, бугристые и кучевые пески. Они сортированы по механическому составу, имеют косую неправильную слоистость. Нередко под ними встречаются погребенные почвы.
Лёссы— отложения палевого цвета, карбонатные, песло- истые, пористые, на 70—85% состоящие из пылеватых частичек, хорошо сортированные, образуют вертикальные стенки. Наиболее вероятное происхождение лёссов — эоловое. Чаще всего встречаются по окраинам пустынь, в предгорьях в условиях засушливого климата.
Д е л ю в п а л ь и ы е о т л о ж е н и я, формирующиеся в нижних частях склонов. Они состоят из материала, снесенного с водоразделов талой и дождевой водой, обычно хорошо сортированы п, как правило, сложены более мелкими частицами, чем материнские породы на водоразделах, часто гумусированы. В зонах, переходных от водоразделов к нижним частям склонов, образуются делювиально-элювиальные отложения.
Пролювиальные отложения, образующиеся под влиянием временных грязево-каменных селевых потоков, которые, вырываясь на ровные участки, растекаются и форми-
руют конусы выноса, состоящие из разнородного обломочного материала.
При образовании временных водотоков в оврагах также происходит вынос материалов в широкие долины балок или рек. Эти отложения обычно более или менее сортированы, слоисты и могут быть выделены в природных условиях. Они называются пролювиально-аллювиальными отложениями оврагов.
Аллювиальные отложения — это отложения постоянно действующих водотоков (рек, крупных ручьев). Долины рек целиком сложены аллювиальными отложениями. Эти отложения легко определяются по следующим признакам: они слоисты, хорошо сортированы по механическому составу, сверху обычно более мелкие, чем снизу; могут содержать включения торфа. Древнеаллювиальныс отложения с течением времени изменяются в процессе почвообразования, теряя слоистость.
Озерные отложения образуются на дне озер. Очень часто это тонкие илистые слоистые отложения, нередко перемешанные с органическими остатками, образующие сапропелевый и органический илы и даже торф.
Морские отложения — отложения побережий. Они состоят, как правило, из грубообломочного материала, валунов, гальки, хорошо сортированы. Отложения мелких морей — шельфовые отложения, чаще всего песчаные, имеют тонкую слоистость, хорошо сортированы по механическому составу. В дельтах часто образуются песчано-илистые или илистые отложения, сформировавшиеся из морских и речных отложений, насыщенных органическими веществами, железомарганцевыми и фосфоритными новообразованиями. В мелководной части образуются отложения органического и химического происхождений: ракушечники, известняки, соли. На материковом склоне образуются пестроцветные илы и глины, содержащие значительное количество соединений железа, органического вещества и карбонатов. Они всегда засолены и при выходе на поверхность способствуют образованию засоленных почв.
Ледниковые отложения — рыхлые горные породы, перенесенные ледником. Как правило, они не сортированы, неслоисты, имеют разный механический состав — от песков до тяжелых суглинков красного, желтого и красно-бурого цвета. Содержат значительное количество часто грубошлифованных неокатанных камней — валунов самого различного размера, хрящей, хаотично расположенных линз и прослоек разного механического состава. Отложения могут иметь кислую, нейтральную и слабощелочную реакции.
Флювиогляциальные отложения, образовавшиеся под действием текучих вод ледника. Они обычно хорошо сортированы, имеют правильную, косую или диагональную 52
слопсюстп. Отложения чаще Всего характеризуются песчаным механическим составом, но могут быть супесчаными пли суглинистыми.
Ленточные глины — это отложения, образовавшиеся в приледниковых озерах. Они хорошо сортированы, имеют правильную слоистость, встречаются в обширных понижениях, часто под торфяными болотами.
К материнским породам относятся покровные и лёссовидные суглинки.
Покровные суглинки чаще всего встречаются в зоне распространения морен. Обычно они бурого цвета, плотные, пористые, хорошо сортированные, безвалунные, пылеватосуглинистые, толщиной 1—3 м. В южных районах покровные суглинки карбонатны.
Лёссовидные суглинки распространены очень широко. Как правило, они палевые, буровато-палевые, пылеватые, карбонатные, хорошо сортированы, от лёсса и покровных суглинков отличаются более тонким механическим составом (в покровных суглинках содержание пылеватых частиц более 60—70%). Механический состав колеблется от легких суглинков до глин.
Распространение материнских пород по территории СССР связано с их геологическим происхождением. На территориях, прилегающих к побережью Ледовитого океана, встречаются морские, ледниковые и флювиогляциальные отложения. Южнее, в зоне северной тайги, начинают преобладать флювиогляциальные отложения и морены. В зоне современной южной тайги на водоразделах преобладают моренные, а в обширных понижениях — флювиогляциальные и древнеаллювиальные отложения. В зоне смешанных лесов на водоразделах в основном встречаются покровные суглинки и морены, а долины рек сложены древними и современными аллювиальными отложениями. В лесостепной зоне покровные суглинки и морены сменяются лёссовидными суглинками, пылеватыми, нередко карбонатными, переходящими в зоне полупустынь, пустынь п сухих предгорий в лёссы. В зоне пустынь лёссы сменяются эоловыми песками.
Таким образом, на примере европейской части СССР, сопоставляя зоны климата, можно отметить общее закономерное изменение материнских пород. Их свойства наряду с другими факторами оказывают большое влияние на состав и продуктивность лесов. Чаще всего на песчаных отложениях формируются сосновые леса, на моренах и покровных суглинках — еловые, березовые и осиновые, а на лёссовидных суглинках и лёссах — дубовые, липовые, ясеневые и др. Наилучшие условия роста, например, сосны зависят от свойств материнских пород и меняются в зависимости от почвенно-климатических условий. В северных районах наилучшие условия роста древесных по-
род наблюдаются па песчаных почвах, подстилаемых суглинками, в средней и южной тайге — па супесчаных почвах, а в зоне лесостепи — на средне- и тяжелосуглпнпстых лёссовидных отложениях.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о геологической деятельности ветра.
Какие формы влаги существуют в грунтах и почвах?
Как образуются грунтовые воды?
Что такое водная эрозия?
Расскажите о геологической деятельности рек и образовании террас.
Какие отложения ледников вы знаете?
Дайте характеристику основных материнских почвообразующих пород.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ПОЧВОВЕДЕНИЕ
ГЛАВА V. ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС
Геологический круговорот веществ — это иро- цесс перемещения частиц и солей с суши на дно океана, а затем (после горообразования) возвращение их на поверхность суши. Этот круговорот веществ исчисляется тысячелетиями и по предложению В. Р. Вильямса назван большим геологическим круговоротом. Главным в этом процессе является постоянный неуклонный вынос с суши самых необходимых для развития растений и жизни элементов питания.
По подсчетам [40], только в европейской части страны в реки попадает 500—600 млн. т частиц, с которыми ежегодно уносится 1—2 млн. т азота, 0,6 млн. т фосфора, не считая калия, гумуса, микроэлементов.
Биологический круговорот — ведущий процесс почвообразования. С поселением на горных породах низших растений (микроорганизмов, водорослей, грибов и лишайников) усиливаются процессы выветривания (биологическое выветривание), увеличивается количество водорастворимых соединений, часть которых организм использует для построения своего тела, часть вымывается водой, попадая в большой геологический круговорот веществ.
Из различных водорастворимых соединений, образующихся первоначально, растения усваивают не все элементы, а лишь те, которые нужны им для роста, т. е. избирательно. После отмирания растений на поверхности и в верхней части материнских пород откладываются мертвые органические вещества, которые постепенно накапливаются вместе с содержащимися в них наиболее важными элементами питания, необходимыми для растений.
При разложении и минерализации органических веществ, протекающих одновременно с выветриванием, освобождаются и снова становятся доступными для растений элементы питания, которые целиком пли частично усваиваются следующими поколениями живых организмов.
Таким образом, благодаря жизнедеятельности живых организмов на фоне большого геологического круговорота веществ возникает малый биологический круговорот, а вместе с ним — первичное изменение рыхлых горных пород, или первичный
процесс почвообразования. При увеличении числа организмов на единице площади все большее количество элементов питания перехватывается ими из геологического круговорота и удерживается в форме живого органического вещества.
Разложение и минерализация органических веществ производятся многочисленными и разнообразными по составу микроорганизмами, освобождающими значительное количество элементов питания. Одновременно под влиянием микроорганизмов происходит синтез новых, свойственных только почвам гумусовых кислот и органических соединений, которые вместе с разложившимися органическими остатками окрашивают верхние слои почв в серый, темно-серый, а иногда в черный цвет.
Под воздействием живых организмов и органических кислот происходят глубокие изменения и в минеральной части материнской породы, которая с течением времени разделяется на слои — горизонты, отличающиеся друг от друга как по своим свойствам, так и по внешнему виду. В конечном итоге формируется совершенно новое естественноисторическое тело— почва.
Таким образом, в результате биологического круговорота веществ происходит обмен веществ и энергии между растительными и животными организмами и рыхлой материнской породой, на поверхности и в толще которой при участии микроорганизмов накапливаются, разрушаются и образуются новые органические вещества, происходят глубокие изменения в минеральном составе и свойствах почв, вызывающие в свою очередь изменения условий снабжения растений водой и пищей — в этом сущность почвообразовательного процесса.
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ
НА ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ
Образование почв — сложный процесс, основой которого является биологический круговорот веществ. На развитие почвообразовательного процесса огромное влияние оказывают следующие факторы, выделенные В. В. Докучаевым [14]: климат, растительность и животный мир, материнские породы, рельеф, возраст почв. Впоследствии В. Р. Вильямс [7] выделил еще два фактора: относительный возраст почв и хозяйственную деятельность человека.
Климат. Климатические факторы — тепло, свет, осадки оказывают существенное влияние на рост и распространение растений. Климат в разных частях земного шара различен. Выделяют арктический, субарктический, умеренный, субтропический и тропический климат. В соответствии с климатическими условиями возникли тундровая, лесная, лесостепная, лугово-степная, сухостепная, пустынная и тропическая растительные зоны. Количество органического вещества, образуемого различными
растениями, неодинаково, зависит от условий климата и возрастает с севера на юг; одновременно меняется характер, скорость и продолжительность биологического круговорота и тип процесса почвообразования.
Растительность и животный мир. Важнейшим фактором почвообразования является растительность. В зависимости от климатических условий формируются различные растительные формации. В. Р. Вильямс [7] выделил несколько растительных формаций: деревянистую, луговую, степную и пустынную; в настоящее время выделяют еще лишайниково-моховую.
Деревянистая растительная формация представляет совокупность древесных, кустарниковых и полукустарниковых растений. Органическое вещество лесных подстилок разлагается микроскопическими грибами, аэробными и анаэробными бактериями.
Луговая растительная формация представлена луговыми растениями. Органическое вещество корневого опада и дернины преимущественно разрушается анаэробными бактериями.
Степная растительная формация образуется травянистыми растениями, среди которых значительная часть представлена эфемерами. Разлагается органическое вещество травяного войлока аэробными бактериями. В настоящее время луговая и степная растительные формации объединены в группу травянистых формаций.
Пустынная растительная формация представлена редкой растительностью пустыни, а также микроорганизмами, в частности хемотрофными бактериями, использующими химическую энергию окисления минеральных соединений, водорослями, аэробными и анаэробными бактериями, грибами.
Лишайниково-моховая формация главным образом образуется лишайниками и мхами; органическое вещество разлагается грибами и бактериями. Разложение органического вещества замедлено.
Для лишайниково-моховой формации характерны тундровоглеевые, для деревянистой — подзолистые, для луговой — дерновые, для степной — черноземы и каштановые и для пустынной растительной формации — бурые почвы и сероземы.
Все разнообразие зеленых растений можно разделить на две группы: деревянистые и травянистые. Деревянистые растения характеризуются большой продолжительностью жизни, глубокой многолетней корневой системой, небольшой величиной корневого опада. Основная масса опада отлагается на поверхности почвы в виде лесной подстилки. Травянистые растения живут непродолжительное время, надземная часть их ежегодно отмирает полностью. Они оставляют большую массу корней опада в толще и травяной войлок на поверхности почвы. По срокам жизни травянистые растения разделяются на три группы: эфемерные и однолетние, двулетние и многолетние.
Эфемерные растения заканчивают развитие к середине лета, однолетние—к концу вегетационного периода, двулетние, или условномноголетине,—за 2 года. Многолетние растения, к которым относится большая часть корневищных и корнеотпрысковых злаков, живут более 2 лет.
Зеленые растения, используя энергию солнечных лучей, углекислоту, воду и минеральные соли, способны образовывать органическое вещество, вовлекая в биологический круговорот огромное количество элементов питания. Ежегодно в процессе жизнедеятельности растений на земле создается 232,5 млрд, т органического вещества. При этом они используют 90,1 млрд, т углерода, 5,3 млрд, т азота, около 20 млрд, т минеральных веществ (К, Са, М, Р и др.) *.
Различные виды растений, избирательно потребляя элементы питания, образуют органическое вещество, несколько отличающееся химическим составом и свойствами. Корневые системы растений изменяют своими выделениями свойства материнских пород, рыхлят их, увеличивают водо- и воздухопроницаемость, особенно в самых верхних слоях почв. Огромное количество корешков травянистых растений, пронизывающих верхние слои почвы, способствует образованию комочков — структурных отдельностей, а корневые выделения — разложению минералов и развитию микроорганизмов. При разложении органических веществ образуются новые органические соединения, кислоты и соли, которые взаимодействуют с горной породой. Растительный покров оказывает разностороннее влияние на окружающую среду, предотвращая сток выпадающих атмосферных осадков и смыв почвы, изменяя температуру, влажность воздуха и почв.
Роль м и к р о о р I' а и и з м о в в почвообразовании не менее значительна, чем роль растений. Микроорганизмы выделяют разнообразные ферменты, способствующие протеканию в почвах многочисленных реакций. Разлагая органическое вещество и минералы, микроорганизмы участвуют в образовании органо-минеральных коллоидных соединений.
Микроорганизмы, разлагающие органическое вещество, разделяются па три большие группы: аэробные бактерии, анаэробные бактерии и грибы. Аэробные бактерии — это микроорганизмы, которые могут жить и размножаться при свободном доступе кислорода, отсутствие кислорода вызывает их гибель. Анаэробные бактерии развиваются без доступа кислорода. Они разделяются на факультативные, живущие в присутствии кислорода и без него, и облигатные, погибающие в присутствии кислорода. Грибы — обширная группа организмов Наибольшее влияние оказывают микроскопические грибы — актиномпцеты, которые участвуют в разложении клетчатки, лигнина, органических веществ почвы, в образовании гумуса. Значительную роль играют также плесневые и другие микроскопические грибы.
* Базилевич Н. И. - Почвоведение, 1979, № 2, с. 5—21.
Водоросли — хлорофиллопосные микроорганизмы, принимают участие в образовании органического вещества, гумуса, в первичных процессах почвообразования.
Простейшие — одноклеточные животные (жгутиковые, корненожки, инфузории) подвижны, аэробны. Считают, что они питаются почвенными бактериями.
Количество микроорганизмов в почве огромно, их масса в 25-сантимет- рэвом слое почвы может достигать 5—7 т на 1 га. Они освобождают все основные элементы питания как органического, так и минерального вещества почвы, под их влиянием синтезируются особые перегнойные кислоты, окраши вающие верхний слой почв в черный цвет и оказывающие существенное влияние на минеральную часть почвы.
Большая роль в почвообразовании принадлежит дождевым червям, проделывающим в почвах ходы, иногда на глубине до 12 м. Большая часть червей живет в верхнем полутораметровом слое почвы. Проделывая ходы в почве, дождевые черви аэрируют ее, способствуя развитию корневой системы растений. За год дождевые черви способны перерабатывать до 100 т листьев и выбросить или перемешать 120—130 т земли на каждом гектаре.
Значительная часть насекомых в разные периоды своей жизни находится либо в лесной подстилке или травяном войлоке, либо на некоторой глубине в почве. Они размельчают растительные остатки, питаются ими, тем самым изменяя их, проделывая ходы и полости в верхних слоях почвы, рыхлят их, оказывая влияние па водно-воздушный и пищевой режимы.
Роль млекопитающих в почвообразовании сравнительно невелика. Только небольшая часть их живет в почве —это суслики, мыши-землеройки и полевки, крот и другие мелкие животные.
Микроорганизмы, насекомые, дождевые черви и млекопитающие активно разрушают органическое вещество, минерализуют его, обеспечивая круговорот элементов питания, без которого невозможен почвообразовательный процесс.
Материнские, или почвообразующие, породы. Они оказывают существенное влияние на почвообразовательный процесс, поскольку почвы долгое время сохраняют их химические и водно-физические свойства, а также минералогический и механический составы. На горных породах, содержащих большое количество химических элементов, необходимых для питания растений, формируются более плодородные почвы. Наиболее богатые почвы развиваются, например, на карбонатных суглинках, тогда как на песках они беднее, по часто оказываются лучше аэрированы, теплее. В зависимости от материнских пород меняется состав растительности. Так, на песчаных почвах формируются сосняки, а на суглинистых — травянистая лугово-степная растительность; изменяется и тип почвообразования.
Рельеф. Определяется характером чередования повышенных и пониженных участков. В зависимости от соотношения высот возвышенного и пониженного участков различают три вида рельефа: микрорельеф — мелкие элементы рельефа с колебаниями высот от долей до нескольких метров; мезорельеф—
формы средних размеров, разница между наиболее возвышенными и пониженными частями достигает нескольких десятков метров; макрорельеф — колебания высот от нескольких десятков до сотен метров. Выделяют равнинные и горные формы рельефа. Виды микрорельефа: западины, блюдца, мелкие лощины, неглубокие промоины, бугорки, холмики, кочки. Мезо- и макрорельеф подразделяют на несколько видов: плато — наиболее возвышенная часть водораздела, переходящая в склоны; терраса — более или менее ровная поверхность, ограниченная с одной стороны склоном вниз, с другой — вверх; холм — небольшое округлое возвышение, основание которого во много раз больше высоты; бугор — отличается меньшими размерами; грива, гряда, увал — удлиненные возвышения, длина их во много раз больше ширины. Сочетание элементов рельефа может создавать различные формы поверхности: пологоволнистый рельеф — ряд чередующихся широких пологих повышений с такими же понижениями; волнистый рельеф —■ склоны более ясно выражены, а водоразделы сближены; гривистый, грядовой, увалистый рельеф характеризуется продолговатыми формами (название дается по элементам рельефа).
Рельеф оказывает существенное влияние на климатические условия, жизнь растений, животных, микроорганизмов, характер образования и разложения органических веществ, на почвообразовательный процесс в целом. Горный рельеф обусловливает формирование вертикальных климатических и растительных зон. Мезорельеф влияет на перераспределение влаги, поверхностный и внутрипочвенный стоки, формирование водного режима и связанного с ним растительного покрова. В зависимости от экспозиции склонов меняется количество тепла, поступающего в почву. Северные склоны получают его меньше, южные больше. Перераспределение тепла и влаги оказывает влияние на состав и обилие растительного покрова. Микрорельеф изменяет количество поступающей влаги, заметно влияя на глубину промачивания почв, солевой режим и состав травянистых растений.
Абсолютный возраст почв. Возраст почв исчисляется с начала развития почвообразовательного процесса, который вызывает постепенное образование почвенного профиля. Для большей территории европейской части СССР возраст почв определяется временем отступления ледников. Следовательно, возраст почв черноземной зоны, избежавшей оледенения, больше возраста тундровых и лесных почв, а возраст возвышенных участков, раньше освободившихся из-под ледникового покрова, несколько выше возраста почв пониженных участков в том же районе.
Исследования [13] свидетельствуют о том, что 1 см гумусового горизонта образуется примерно за 100 лет.
Термин относительный возраст почв введен В. Р. Вильямсом [7], который отмечал, что при одинаковом аб-
солютном возрасте территории почвы могут быть эволюционно различны, т- е. могут находиться на разных стадиях развития: одни — в начальных стадиях, а другие — значительно развиты. Различия в эволюции почв взаимосвязаны с различиями растительного покрова материнских пород, рельефа и других местных условий, влияющих на почвообразование.
ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ
Все факторы почвообразования взаимосвязаны и действуют одновременно, оказывая влияние не только на интенсивность биологического круговорота и почвообразования, но и друг на друга. Так, изменение микроклиматических условий может вызвать смену растительного покрова и почв. Почвы в свою очередь могут оказать воздействие на смену растительности и изменить микроклиматическую обстановку.
Влияние хозяйственной деятельности человека на почвообразование проявляется в регулировании состава и характера растительности, изменении свойств самих почв и процессов, протекающих в них. На огромных лесных и сельскохозяйственных территориях производят механизированную обработку почв, при которой уничтожается естественная растительность, эксплуатируются леса, проводятся мелиоративные работы, вносятся органические, бактериальные и минеральные удобрения. Происходит изменение естественных физических и химических свойств почв, приостанавливаются нежелательные для человека направления процессов почвообразования, изменяются биологические свойства. При увеличении, например, содержания кальция (известковании) в почве становится больше органического вещества, меняется реакция среды, возрастает количество микроорганизмов и элементов питания; в результате повышается плодородие почвы. Осушение приостанавливает болотный процесс, а орошение в засушливых районах создает условия для накопления органического вещества в почвах, повышая плодородие почв и урожай растений.
В результате хозяйственной деятельности человека изменяются характер и интенсивность биологического круговорота веществ, почвы дополнительно получают органическое вещество и элементы питания, формируется мощный пахотный горизонт, создаются окультуренные почвы с повышенным плодородием. Различной хозяйственной деятельностью охвачено 500 млн. га земель. Однако применение неправильных приемов ведения хозяйства вызывает развитие неблагоприятных почвообразова- тельпых процессов: заболачивания, засоления, разрушения органического вещества и потери элементов питания.
Таким образом, почвообразование начинается с момента формирования малого биологического круговорота веществ.
В отличие от материнской породы в почвах содержится органическое вещество, являющееся одним из основных источников элементов питания растений и обусловливающее важнейшее свойство почвы — плодородие, уровень которого неуклонно повышается под влиянием хозяйственной деятельности человека.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о геологическом и биологическом круговороте веществ.
В чем суть почвообразовательного процесса?
Какую роль выполняют факторы почвообразования?
ГЛАВА VI МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ
В результате процессов выветривания горных пород накапливаются обломки различной величины, механически перемешанные под действием силы тяжести, ветра и воды. Эти обломки и образуют материнские рыхлые породы.
§ 17. МЕХАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ МАТЕРИНСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД и почв
Свойства рыхлых пород в значительной степени зависят от размера и соотношения составляющих их частиц. Соотношение частиц разного размера, выраженное в процентах, называется механическим составом, а отдельные частицы более или менее одинакового размера — механическими эле- м е и т а м и. Размеры отдельных механических элементов рыхлых горных пород и почвы приведены в табл. 1.
Механический состав почвы существенно влияет на ее водные, воздушные, механические и химические свойства, а также отражает минеральный состав. Камни, галька и хрящ обладают «провальной» водопроницаемостью и образуются из крупных обломков первичных минералов и горных пород (см. гл. III). Песок состоит преимущественно из первичных минералов, быстро пропускает воду, плохо ее удерживает, поэтому песчаные отложения обычно хорошо аэрированы (табл. 2). По мере уменьшения размеров песчаных частиц уменьшается скорость впитывания воды и увеличивается влагоемкость. Пыль содержит значительное количество вторичных минералов, которые в присутствии воды могут разбухать, в таком случае появляются новые свойства почв—пластичность и липкость. Ил содержит вторичные глинистые минералы, очень сильно разбухающие в воде и почти не пропускающие воду и воздух. Илистые частицы обладают коллоидными свойствами: имеют заряд, способны к обменным реакциям, свертываются под влиянием солей. Именно они в основном удерживают в поглощенном состоянии элементы питания.
2. Физические свойства некоторых механических фракций
Физические свойства
Размер фракций, мм
3—2
1.5—
— 1,0
0,5-
—0,25
0,05—
—0,01
0,005—
—0,01
мопсе 0,001
Водопроницаемость, м/с
0,5
0,12
0,056
0,04
Нет
Нет
Высота капиллярного поднятия воды, см
Нет
4,5
23
200
—
—
Набухание, %
»
Нет
Нет
16
105
405
Прилипание, г/см2
»
»
»
Нет
60
Более 456
Камни, см . . . .Щебень, см:Более 10крупный 10—7средний 7—5мелкий Хрящ, мм.5—3крупный 30—5мелкий 5—3Песок, мм:крупный 2,0—1,0средний 1,0—0,5мелкий 0,5—0,25пылеватый . . .0,25—0,05тонкий Пыль, мм:0,05—0,01средняя. . . .0,01—0,005мелкая. . . .0,005—0,001Ил, мм Меньше 0,001Камни, см . . . .Щебень, см:Более 10крупный 10—7средний 7—5мелкий Хрящ, мм.5—3крупный 30—5мелкий 5—3Песок, мм:крупный 2,0—1,0средний 1,0—0,5мелкий 0,5—0,25пылеватый . . .0,25—0,05тонкий Пыль, мм:0,05—0,01средняя. . . .0,01—0,005мелкая. . . .0,005—0,001Ил, мм Меньше 0,001Название по В. Р. Вильямсу и размерНазвание по В. Р. Вильямсу и размерКамни, мм . . . .Болес 3Гравий, мм . . .Песок, мм:3—1крупный . . . .1,0—0,5средний . . . .0,50—0,25мелкий . . . Пыль, мм:0,25—0,05крупная . . . .0 05—0,01средняя . . . .0,01—0,005мелкая . . . .0,005—0,001Ил, мм Физический песок.Меньше 0,001мм Физическая глина.0,01мм 0,01Камни, мм . . . .Болес 3Гравий, мм . . .Песок, мм:3—1крупный . . . .1,0—0,5средний . . . .0,50—0,25мелкий . . . Пыль, мм:0,25—0,05крупная . . . .0 05—0,01средняя . . . .0,01—0,005мелкая . . . .0,005—0,001Ил, мм Физический песок.Меньше 0,001мм Физическая глина.0,01мм 0,01Название по Н. А. К а чип оком у и размерНазвание по Н. А. К а чип оком у и размер
Камни, см . . . .
Щебень, см:
Более 10
крупный
10—7
средний
7—5
мелкий
Хрящ, мм.
5—3
крупный
30—5
мелкий
5—3
Песок, мм:
крупный
2,0—1,0
средний
1,0—0,5
мелкий
0,5—0,25
пылеватый . . .
0,25—0,05
тонкий
Пыль, мм:
0,05—0,01
средняя. . . .
0,01—0,005
мелкая. . . .
0,005—0,001
Ил, мм
Меньше 0,001
Камни, см . . . .
Щебень, см:
Более 10
крупный
10—7
средний
7—5
мелкий
Хрящ, мм.
5—3
крупный
30—5
мелкий
5—3
Песок, мм:
крупный
2,0—1,0
средний
1,0—0,5
мелкий
0,5—0,25
пылеватый . . .
0,25—0,05
тонкий
Пыль, мм:
0,05—0,01
средняя. . . .
0,01—0,005
мелкая. . . .
0,005—0,001
Ил, мм
Меньше 0,001
Название по В. Р. Вильямсу и размер
Название по В. Р. Вильямсу и размер
Камни, мм . . . .
Болес 3
Гравий, мм . . .
Песок, мм:
3—1
крупный . . . .
1,0—0,5
средний . . . .
0,50—0,25
мелкий . . . Пыль, мм:
0,25—0,05
крупная . . . .
0 05—0,01
средняя . . . .
0,01—0,005
мелкая . . . .
0,005—0,001
Ил, мм
Физический песок.
Меньше 0,001
мм
Физическая глина.
0,01
мм
0,01
Камни, мм . . . .
Болес 3
Гравий, мм . . .
Песок, мм:
3—1
крупный . . . .
1,0—0,5
средний . . . .
0,50—0,25
мелкий . . . Пыль, мм:
0,25—0,05
крупная . . . .
0 05—0,01
средняя . . . .
0,01—0,005
мелкая . . . .
0,005—0,001
Ил, мм
Физический песок.
Меньше 0,001
мм
Физическая глина.
0,01
мм
0,01
Название по Н. А. К а чип оком у и размер
Название по Н. А. К а чип оком у и размер
При уменьшении размера частичек ускоряется процесс выветривания, а следовательно, и образования вторичных минералов— группы алюмосиликатов (каолин, монтмориллонит), гидроокисей железа и алюминия, углекислых солей Са, Mg, К, что подтверждается валовым (полным) химическим анализом (табл. 3).
Таким образом, механические элементы в зависимости от размера обладают совершенно различными физическими свойствами и химическим составом. Поэтому очень важно знать количество механических элементов того или иного размера в горной породе или почве. Чаще всего для этого используется не-
3. Химический состав механических фракций (чернозем, глубина 100 см) [ 10]
Фракции, мм
Окислы, %
SiO,
alo8
Fe2O3
СаО
MgO
0,05—0,01
90,75
6,44
1,37
0,18
0,17
0,01—0,005
88,49
7,12
1,47
0,21
0,15
0,05—0,001
79,44
10,71
3,74
0,41
0,72
0,001—0,00025
63,10
25,21
7,34
0,42
0,84
0,00025
55,24
30,24
11,39
0.43
0,97
сколько методов механического анализа с целью выделения всех механических фракцийГ Для разделения частиц более 1 мм применяют ситовый анализ, используя сита различной крупности. Частицы более 1 мм постепенно вовлекаются в процесс почвообразования и называются «скелетом» почвы. Для отделения частиц менее I мм, называемых мелкоземом, применяется метод пипетки, разработанный Н. А. Качинским [17]. Этот метод основан на различной скорости падения в воде частичек разного размера. Крупные частицы падают быстрее, мелкие — медленнее. Для анализа отвешивают небольшую навеску рыхлой горной породы или почвы, помещают в литровый химический цилиндр с водой, взмучивают и через определенное время после взмучивания частиц специальной пипеткой берут пробы с различных глубин, на которых находятся частицы определенного размера после начала оседания. Пробы помещают в заранее взвешенные металлические чашечки, выпаривают из них воду и определяют массу каждой фракции. Глубину и время взятия проб вычисляют по формуле Стокса. При дальнейшем пересчете количество частиц определенной крупности вычисляют в процентах к массе взятой навески. Так определяют все механические фракции мелкозема.
Для характеристики механического состава почв используют двух- и трехчленные классификации почв по механическому составу. В настоящее время для классификации почв и грунтов используют трехчленную классификацию Н. А. Качинского [17]. Однако самое большое распространение имеет двучленная классификация почв, разработанная сначала Н. М. Сибирцевым [36], а затем Н. А. Качинским [17] (табл. 4). В двучленной классификации выделяют две группы частиц: физический песок — более 0,01 мм и физическую глину — менее 0,01 мм; в трехчленной — три: песок 1,0—0,05 мм, пыль 0,05—0,001 мм и ил — менее 0,001 мм.
Группы механических элементов, состоящие из частиц, размер которых лежит в определенных пределах.
4. Классификация рыхлых горных пород и почв по механическому составу (по Н. А. Качинскому)
Название почвы по механическому составу
Содержание физической глииы (частицы менее 0,01 мм), % к массе почвы
подзолистого типа почвообразования
степного типа почвообразования—красно- и желтоземы
солонцы и солончаковые
Песок рыхлый
0—5
0—5
0—5
^ » СВЯЗНЫЙ
5—10
5—10
5—10
Супесь
10—20
10—20
10—15
Суглинок легкий
20—30
20—30
15—20
»средний
30—40
30—45
20—30
»тяжелый
40—50
45—60
30—40
Глина легкая
50—65
60—75
40—60
» средняя ^
65—80
75—85
60—65
» тяжелая
Более 80
Более 85
Более 65
Почвы разного механического состава обладают различной пластичностью в зависимости от содержания физической глины, т. с. способностью скатываться в шнур, шар и т. д. Используя это качество, разработали простые способы определения механического состава почв в лесу или поле, которые показаны в табл. 5.
6565Для того чтобы определить механический состав почв полевым методом, образец (комочек) увлажняют до тестообразного состояния, а затем раскатывают ладонями.
65
65
Физи- 'ческая [глина, %
Характер скатывания
Название почвы « по механическому составу
шар
шиур
0-5
Не скатывается
На руке не остается пыли
Не скатывается
Песок рыхлый
5—10
Не скатывается
На руке остается пыль
»»
» связный
10—20
Скатывается с трудом
»»
Супеси
20—30
Скатывается, легко рассыпается
Скатывается, d более 3 мм
Суглинок легкие
30—40
Скатывается, при раздавливании дает крупные трещины
Скатывается, d от 1,2 до 3 мм
»средний
40—50
Скатывается, при раздавливании дает мелкие трещины
Скатывается, d от 0,8 до 1,2 мм
»тяжелый
Более 50
Скатывается, при раздавливании трещин не образуется
Скатывается, d от 0,8 до 1,2 мм, дает кольцо с трехкопеечную монету
Глины
5. Определение механического состава почв полевым способом
3 Заказ Ns 1757
§ is. Влияние механического состава НА ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Соотношение между глинистыми и песчаными частицами оказывает влияние на все свойства почвы. Механический состав почв определяет продуктивность и состав насаждений. На рыхлых и связных песках в борах растут сосновые насаждения, на супесчаных почвах в суборях — сосновые насаждения с примесью ели, дуба, липы, березы и осины, на легкосуглинистых почвах в сураменях и судубравах прекрасно растут сосново-еловые или сосново-дубовые насаждения, на средне- и тяжелосуглинистых почвах в раменях — ельники. Наилучшие условия для роста сосны складываются на супесчаных, для ельников на легко- и среднесуглинистых, для дубрав на средне- и тяжелосуглинистых почвах. Механический состав оказывает большое влияние на выбор способов обработки почв, определение доз внесения удобрений и различных приемов ведения сельского и лесного хозяйства.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Как делятся почвы по механическому составу?
Какие частицы называют мелкоземом, а какие скелетом почвы?
Как изменяются свойства почв при уменьшении размера частиц?
ГЛАВА VII. ОРГАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ
Органической частью почвы называют мертвые остатки растений (их наземных и подземных частей), микробов и животных в разных стадиях разложения и гумификации, а также гумусовые кислоты и их соли.
§ 19. ОБЩАЯ СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПОЧВЫ
Эта схема неразрывно связана с биологическим круговоротом веществ и почвообразованием, для которых наиболее существенным звеном является разложение мертвых органических остатков, сопровождающееся несколькими одновременно протекающими процессами: аккумуляцией первичного органического вещества, разложением, микробным синтезом, гумификацией и минерализацией (рис. 20).
Аккумуляция первичного органического вещества — поступление растительных остатков на поверхность и в толщу почвы. Разложение — совокупность процессов биохимического окисления нерастворимых в воде органических остатков с образованием более простых, частично растворимых в воде органических и минеральных соединений. Процессы протекают
главным образом под влиянием ферментативной активности микроорганизмов. Микробный синтез —процесс образования тел микроорганизмов из более простых водорастворимых органических (сахаров, аминокислот) и минеральных соединении. После отмирания микробы подвергаются разложению и
Удаление 6 атмосферуВымыВание
и Вымыбание
Рис. 20. Общая схема гумусообразования в почвах
гумификации. Гумификация, или гумусообразование,— медленный биохимический процесс, приводящий к образованию гумусовых веществ — специфических соединений, обладающих способностью к полимеризации, т. е. уплотнению своих молекул, что делает их устойчивыми к разложению микроорганизмами. Минерализация — совокупность процессов превращения органических веществ в минеральные соли, воду и углекислоту. Q* 67
Процессы разложения и минерализации обеспечивают поступление элементов питания в биологический круговорот, процессы микробного синтеза и гумификации, наоборот, закрепление и накопление органических веществ в толще почвы.
Соотношение между скоростью поступления растительных, животных и других органических остатков на поверхность и в толщу почвы и скоростью их разложения, гумификации и минерализации определяет количественное и качественное постоянство органической части почвы, строго определенное для различных почв, отличающихся характером почвообразовательных процессов.
Все процессы превращения органических веществ в почве протекают в присутствии кислорода, воды и углекислоты. Основой процессов разложения является медленное биохимическое окисление органического вещества (в основном опада зеленых растений) до простых солей, воды и углекислоты.
. ИСТОЧНИКИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ
Первичным п главным источником органического вещества почвы являются живые высшие и низшие зеленые растения, запас которых в процессе их жизнедеятельности растет. Запас только надземной части растений колеблется в пределах 400— 800 т на каждом гектаре земли. Ежегодный прирост составляет в среднем 5 Ют. Кукуруза, например, ежегодно дает 10— 12 т зеленой массы, луговые травы — 2,5—7 т с 1 га. Запас органического вещества достаточно велик и в подземной части растений. Так, в лесу масса корней колеблется от 10 до 12 т, на лугах — от 7 до 18 т на 1 га.
Соотношение надземной и подземной частей растений в лесу и на лугу различно. В лесу масса корневых систем примерно составляет 10—30%, на лугу 60—80% массы надземной части. В степи у многих травянистых растений корневая система имеет массу большую, чем надземная.
Растительные остатки, поступающие в почву, и их химический состав. В лесу, где преобладают древесные растения, ежегодно отмирает лишь часть органического вещества. Большая часть его попадает на поверхность, меньшая — в толщу почвы. Ежегодно опадает примерно 2—5 т/га хвои, листвы и тонких веточек, 12—15 т/га усохших стволов деревьев и 2—3 т/га корней. Моховой и лишайниковый покровы, формирующиеся на поверхности почвы, образуют до 25—28 т органического вещества на 1 га, из которых ежегодно отмирающая часть составляет 2— 5 т. Подземной части у них нет, и отмирающее органическое вещество поступает на поверхность почв. На лугах, особенно у однолетних травянистых растений, отмирают надземная и подземная части растений. Надземная часть образует 2—5 т/га травяного войлока, а подземная до 10—12 т/га корневого опада.
Некоторое количество органического вещества почва получает за счет массы отмирающих микроорганизмов (0,1—1,0 т/га) и остатков животных (50—400 кг/га).
Время поступления органических веществ в почву различно. В лесу значительная часть опада поступает со второй половины лета и до поздней осени, вплоть до морозов. Моховой покров отмирает зимой, луговые травы — после первых заморозков, а большая часть степных трав — к середине жаркого лета.
Химический состав поступающих в почву органических остатков очень разнообразен. Органическое вещество состоит из клетчатки (целлюлозы), лигнина, жиров, белков, эфиров, дубильных веществ, восков, смол, кислот и ферментов
6. Химический состав растений, % "от массы сухого вещества [6]
Растения
Белки
Углеводы
ЛиГНИИ
Жиры, дубильные вещества
Зола
целлю-
гемицеллюлоза
и другие углеводы
Бактерии Лишайники Мхи
40—70 3—5 5—10
Нет 5—10 15—25
Есть 60—80 30—60
Нет 8—10
Нет
1—40 1—3 5—10
2—10 2—6 3—5
Хвойные: древесина хвоя
0,5—1 3—8
45—50
15—20
15—25
15—20
25—30
20—30
2—12
15—20
0,1 — 1
2—5
Лиственные: древесина листья
Тр авянистые много-
0,5—1
4—10
40—50
15—25
20—30
10—20
20—25
20—30
5—15
5—16
0,1 — 1 3-8
летние: злаки бобовые
5—12
10—20
25—40
25—30
25—35
15—25
15—20
15—20
2—10
2—10
5—10
5—10
различной природы. В состав органических веществ входят следующие элементы (%): углерода —45; кислорода — 42; водорода— 6,5; азота — 1,5 и зольных элементов — 2—10%.
Сравнивая химический состав растений разных типов, можно убедиться, что древесные породы содержат больше дубильных веществ, лигнина, восков и смол, замедляющих разложение и гниение древесины (табл. 6).
Растительный опад хвойных древесных пород обычно более кислый, чем лиственных и трав. Травянистые растения богаче белками, зольными элементами, содержат меньше лигнина и углеводов. Их опад имеет реакцию близкую к нейтральной. Мхи и лишайники имеют самый кислый опад. Бактерии на 40— 70% состоят из белков, жиров и зольных элементов. Среда, в которой лучше всего живут бактерии, должна быть близкой к нейтральной, с влажностью 20—30% и температурой 20— 35° С. Грибы, как правило, содержат значительное количество
белков, углеводов и зольных элементов. Для их роста требуется хороший доступ кислорода; они аэробны, хорошо переносят кислую реакцию, дубильные вещества не мешают их развитию.
«Лесная подстилка, ее строение и свойства. В лесу опавшая часть растений обычно не успевает разложиться за один год и накапливается на поверхности почвы в виде небольшого слоя листьев, хвои, ветвей, образуя лесную подстилку. Чаще всего лесная подстилка образуется под пологом сомкнутых кронами деревьев. Толщина лесной подстилки различна — от 0,5 до 15 см; в хвойных лесах она больше, в лиственных — меньше. Толщина ее увеличивается во влажных местах. Запасы лесной подстилки на поверхности почвы колеблются в пределах от 10 до 100 т/га — в зависимости от состава, возраста и густоты насаждений. Лесная подстилка легко отделяется от минеральной части почвы. Лесоводы издавна различали два типа лесного гумуса: мулль (мягкий гумус, сладкий гумус) и мор (грубый гумус). В современном представлении мулль — это собственно гумус минеральной части почвы, а мор — лесная подстилка.
Лесную подстилку можно разделить на три слоя, отличающихся по степени разложения опада. Верхний слой До—опад, состоит из свежеопавших бурых листьев или хвои, веточек. Можно легко определить части растений. Средний слой До — слой медленного разложения и ферментатизации вещества, состоит из буровато-серых, в значительной степени сохранивших скелет и измельченных растительных остатков. Определить их принадлежность к тому или иному растению можно лишь по наиболее крупным частям растений. Часто в этом слое поселяются грибы. Нижний слой До (слой гумификации) — черный, черно- бурый, равномерно перемешанный, нередко оструктуренный, состоит из хорошо разложившегося однородного органического вещества. Тесно связан с минеральной частью почвы.
Подстилки (по Н. С. Степанову) делят на три типа: муллевая хорошо разложившаяся темно-бурая или темно-серая, перемешанная с минеральной частью почвы, сверху имеющая не- 7. Содержание элементов питания в различных слоях лесных подстилок, кг/га [31]
§ го
СТ) К
В слое
О X
uggs
В слое
“ ё и О» = ь О) О. ф У
wg^S
ло
ло
ло
всего
Л0
ло
ло
всего
Са
35,5
97,1
77,0
209,6
44,0
14,4
83,7
135,7
233,8
63,0
Mg
3,0
24,7
30,4
58.1
10,0
3,4
19,4
29,3
52,1
8,0
К
6,9
10,7
9,1
26,7
18,0
3,3
10,9
5,4
19,6
45,0
р
4,0
9,0
9,1
22,1
14,6
2,2
12,7
18,5
33,4
12,0
S
3,7
6,6
8,1
18,4
15,2
1,4
12,7
45,6
59,7
6,0
N
33,8
119,3
133,7
236,8
40,0
14,5
108,7
128,1
257,3
67,0
большой рыхлый слой быстроразлагающегося опада; модер- муллевая — имеющая все три слоя лесной подстилки; грубогумусная, или мор, состоящая преимущественно из первых двух слоев. Муллевые подстилки чаще всего образуются под лиственными или смешанными лесами, грубогумусные — под хвойными лесами или на переувлажненных участках.
Лесные подстилки, защищая поверхность почв, способствуют поддержанию верхнего слоя почв в рыхлом состоянии, свободному проникновению влаги в глубь почв и препятствуют ее испарению. В лесных подстилках содержится значительный запас элементов питания, достаточный для жизни насаждений в течение нескольких лет (табл. 7).
Лесная подстилка — благоприятная среда для развития грибов и бактерий, производящих ее минерализацию.
. ПРОЦЕССЫ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ В ПОЧВАХ И СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОГУМУСООБРАЗОВАНИИ
Отмершие части растений (листья, хвоя, стебли, корни) образуют на поверхности и в толще почвы опад. В присутствии разного количества кислорода, углекислоты, воды и минеральных частиц почвы опад (лесные подстилки, травяной войлок, корневой опад дернин и минеральной части почвы) начинает разлагаться под влиянием собственных ферментов окисления — оксидаз, находящихся в клетках отмерших растений. Процессы окисления приводят сначала к побурению, а затем к почернению растительных остатков. Листочки растений ломаются, теряя свой вид. Первоначальному процессу разложения способствую! физические условия — нагревание, замерзание, удары капель и т. д., а также воздействие многочисленного населения почвы. Амебы, многоножки, личинки насекомых, клещи, муравьи, жуки, дождевые черви участвуют в размельчении, перемешивании и потреблении органического вещества. Ферменты клеток в конце концов разрушаются и, если нет микроорганизмов, процессы разложения практически заканчиваются.
Чаще всего одновременно происходит микробное и грибное разложение органических остатков. Микроорганизмы подвергают разложению всю или почти всю часть ежегодного опада растений. Выделяя ферменты во внешнюю среду, они разлагают органическое вещество на более простые и часто водорастворимые соединения (так, клетчатка разлагается на сахара, белки и аминокислоты) с одновременным освобождением элементов питания, часть которых идет па образование тел микроорганизмов и их жизнедеятельность, а часть поступает в биологический круговорот. Некоторые органические соединения вступают во взаимодействие между собой, полимеризуются, конденсируются, образуя гумусовые вещества, которые
с течением времени также минерализуются, превращаясь в воду, углекислоту и минеральные соли.
Процессы разложения в зависимости от химического состава органического вещества и условий среды (О2, Н2О, СО2) вызываются различными группами микроорганизмов, нередко сменяющих друг друга; они протекают постепенно, поэтапно выделяя две большие группы ферментов. Одна из них— гидролазы, осуществляющие процессы гидролиза всех органических и гумусовых веществ, другая —- д е с м о л а з ы, вызывающие процессы гниения и брожения в анаэробных условиях разложения. В почвах также существуют ферменты переноса и синтеза отдельных форм соединений.
Интенсивность процессов разложения и превращения органических веществ определяется водно-воздушным режимом, аэробными или анаэробными условиями, которые в зависимости от факторов почвообразования могут сменять ДРУГ друга во времени и в толще почвы.
Скорость разложения органического вещества зависит от количества и групп микроорганизмов. Количество микроорганизмов в почвах огромно: в подзоле (в слое 25 см) их содержится в среднем 0,6 т/га, в дерново-подзолистых почвах — 0,9—3,5 т/га, черноземных — от 3,7 до 7 т/га и сероземах — до 2,5 т/га. В почвах микроорганизмы распределены неравномерно. Особенно большое количество сосредоточено в верхней части почвы и в прикорневой зоне, или ризосфере.
Аэробное разложение. Аэробные бактерии разлагают органическое вещество почвы в присутствии кислорода воздуха; например, углеводы (без- азотистые вещества) разлагаются бактериями до воды и углекислоты. При воздействии ферментов группы гидролаз происходит гидролиз клетчатки по схеме
п (С6Н10О5) + пН2О = пС6Н12О6
с образованием глюкозы, которая под действием бактерий распадается на углекислоту и воду
С6Н12О6 + 12 О = 6СО2 + 6Н2О.
Так же полно, но гораздо быстрее разлагаются гемицеллюлозы до воды и углекислоты. Медленнее всего подвержен разложению лигнин, который при окислении и Дегидратации (потере воды) способен превращаться в гумусо- нодобные вещества, а затем в гумус. В качестве промежуточных продуктов могут образоваться органические кислоты (щавелевая, уксусная, янтарная).
Белки сначала распадаются до аминокислот, часть которых идет на построение тела микроорганизмов, а часть разлагается до углекислоты и аммиака, например
R-CHNH2COOH + 20 = R-COOH + СО2 + NH3 с дальнейшим окислением до азотистой и азотной кислот. При аэробном разложении вещество минерализуется быстро, и количество элементов питания, доступных для растений, становится больше. В аэробных условиях до-
статочпо легко и быстро разлагаются жиры, воски и смолы, образуя кислоты п продукты минерализации.
Анаэробное разложение. При отсутствии кислорода воздуха разложение органического вещества осуществляется анаэробными бактериями. При анаэробном разложении протекают процессы брожения, денитрификации, восстановления сульфатов. Например, бактерии Clostridium felsincum и Clostridium Pasterianum вызывают маслянокислое брожение углеводов, которое протекает по схеме
С6Н12О6 = С4Н8О2 + 2СО2 + 4Н
с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода, т. е. происходит неполное разложение, и часть начального органического вещества остается в форме органической кислоты. При разложении гемицеллюлоз образуются масляная, уксусная, муравьиная кислоты, водород и метан.
Белковые соединения сначала разлагаются на аминокислоты, которые затем под воздействием Вас. putidum и др. распадаются по уравнению
/? -СНСП2СООН + Н2О->/?СНОНСООН 4 NH3R -CHCN2COOH 4- Н2О = R СН2ОН + СО2 + NH3.
В результате реакции сохраняется часть органических веществ, после разложения которых образуются органические кислоты или спирты, углекислота и аммиак. Для полного разложения органического вещества требуется больше времени, чем при аэробном разложении. В анаэробных условиях лигнин, воски и смолы почти не разлагаются.
С течением времени органическое вещество под воздействием различных групп анаэробных бактерий медленно разлагается на воду, углекислоту, аммиак и минеральные соединения. Одновременно освобождаются соединения серы и фосфора. При анаэробных условиях образуются недоокисленные соединения (сероводород, метан и др.) с одновременным накоплением значительного количества органических веществ.
Микроскопические грибы разлагают органическое вещество почвы в аэробных условиях, поселяясь чаще всего в лесных подстилках. Под действием грибов клетчатка распадается до воды и углекислоты, а белки — до углекислоты н аминокислот. Грибы сами выделяют органические кислоты и ферменты.
В природных условиях аэробные и анаэробные процессы разложения могут чередоваться во времени или протекать в разных частях почвы. Например, аэробное разложение может протекать на поверхности, а анаэробное — на некоторой глубине. В хорошо оструктуренных и увлажненных почвах аэробное разложение протекает на поверхности комочков, а анаэробное внутри.
Особенно большое значение в создании почвенного плодородия имеют бактерии, обеспечивающие накопление доступных для растений азота, фосфора и серы.
При аэробном и анаэробном разложениях белков происходит процесс аммонификации с образованием аммиака, а затем солей аммония. В аэробных условиях бактериями Nitrobacter и Nitrosomonas осущепвля-
ется процесс нитрификации, т. с. процесс окисления аммиака до азотной кислоты
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 62O кДж.
Далее Nitrobacter превращает азотистую кислоту в азотную.
2HNO2 + O2 = 2HNO3 4-201 кДж.
Процесс нитрификации открыт С. В. Виноградским [43]. За год в результате процесса нитрификации может накопиться до 0,3 т/га азотной кислоты. При большом количестве органических веществ и воды, т. е. при анаэробных условиях, происходит процесс денитрификации под влиянием Вас. Denitrificans. Бактерии используют кислород азотных или азотистых соединений для окисления углерода безазотистых органических веществ по уравнению
5С 4- 4KNO3 = 2К2СО3 4- ЗСО2 4- 2Мг.
В результате этого процесса газообразный азот улетучивается в воздух, а почва обедняется азотом.
В почвах существуют группы бактерий, использующие для своей жизнедеятельности атмосферный азот. Наибольшее значение имеют клубеньковые бактерии Вас. radicicola, живущие на корнях бобовых растений: клевера, люцерны, люпина, акации белой. Аэробный, свободно живущий микроб Azotobacter наиболее распространен в пахотных почвах, а анаэробный азо- тофпксатор Clostridium Pasterianum — в необрабатываемых почвах. Свободно живущие бактерии фиксируют от 20 до 70 кг/га азота, клубеньковые—160— 180 кг/га за вегетационный период. В настоящее время выращивают культуры азотофпкеаторов и изготавливают бактериальные удобрения: азотобактерин и нитрагин.
Фосфор освобождается из органического вещества в процессах разложения в виде фосфорной кислоты, которая образует водорастворимые соли. Исследованиями установлено, что легкорастворимого фосфора больше в аэробных условиях, чем в анаэробных. Часть труднорастворимых соединений переходит в доступные при воздействии на органические вещества, например, Вас. mycoides, которые, вызывая аммонификацию с выделением большого количества углекислоты, способствуют растворению фосфатов по уравнению
Са3 (РО4)2 4- 2СО2 4- 2И2О = 2СаНРО4 4- Са (НСО3)2.
В настоящее время в качестве удобрений применяют фосфоробак- тер и н, благодаря которому фосфорные соединения становятся доступными для растений.
Сера освобождается одновременно с разложением белков и других органических веществ в форме сероводорода — ядовитого для растений газа. Это соединение переходит в два этапа в серную кислоту под воздействием бактерий рода Sulfomonas, Tiobacterium. Сначала сероводород окисляется и образуется свободная сера, затем в присутствии кислорода и воды образуется серная кислота, которая способствует растворению оснований
2H2S 4- О2 = 2Н2О 4- S2 4- 272 кДж,
S2 4- ЗО3 4- 2Н2О = 2H2SO4 4- 1185 кДж.
Количество серной кислоты, образующееся за вегетационный период 74
может составлять 200—250 кг/га. 13 анаэробных условиях соли серной кислоты вновь восстанавливаются до сероводорода.
Под влиянием бактерий происходит постепенное разложение органических веществ до минеральных соединений, освобождение элементов питания и энергии для построения тел новых микроорганизмов и для возвращения их в биологический круговорот. Существенной чертой превращения органических веществ является образование в качестве промежуточных продуктов значительного количества органических кислот, вступающих в реакцию с основаниями и минеральной частью почвы.
Особую группу превращения органических веществ в почве представляют высокомолекулярные, преимущественно циклического строения промежуточные продукты окисления, гидролиза и брожения белков, дубильных веществ, лигнина, частично смол и восков, способных к реакциям полимеризации, конденсации и в целом к синтезу новых органических веществ, более устойчивых к разложению, чем исходные.
Процесс биохимических реакций синтеза называется гумусо- образованием; устойчивость к разложению способствует накоплению гумуса в почве. Возраст гумусовых веществ в черноземе исчисляется сотнями и даже тысячами лет (1700 лет). Гумус почвы содержит 10—20% негумусовых веществ. Процессы гу- мусообразовання протекают, например, при окислении белков, дубильных веществ, лигнина, циклических аминокислот, при реакциях между моносахаридами и аминокислотами. Гумусообразные вещества возникают при взаимном осаждении белков и дубильных веществ, взаимодействии белков и лигнина, также подвергающихся окислению.
При окислительных и окислительно-восстановительных реакциях увеличивается количество карбоксильных (СООН) и фенолгидроксильных групп (ОН), что способствует синтезу органических веществ, обладающих свойствами кислот.
Таким образом, гумусообразование — медленное биохимическое (ферментативное) окисление высокомолекулярных, преимущественно циклического строения органических веществ с образованием высокомолекулярных гумусовых кислот.
Перегнойные, или гумусовые, кислоты и их свойства. При участии микроорганизмов образуются (синтезируются) совершенно новые, отличающиеся от исходных, органические — гумусовые, или перегнойные, кислоты и их соли, часто содержащие азот. Если в растениях в среднем содержится 1,5% азота, то в новых гумусовых кислотах и их солях — до 3—6%. Перегной минеральной части почвы содержит 10—15% неразложивше- гося первоначального органического вещества и 80—90% разложившихся частиц и новых органических соединений гумусовых (перегнойных) кислот и их солей, синтезированных в почве.
Выделяют две группы гумусовых кислот: гуминовые и фуль- вокислоты.
Первая группа — темноокрашенные гуминовые кислоты, в момент образования растворимы в воде, а при взаимодействии с катионами водорода, двух- и трехвалентных элементов осаждаются. Их соли — гуматы .Иа+, NH4" и К+ растворимы в воде и могут вымываться в нижние горизонты под действием нисходящего тока, образуя истинные и коллоидные растворы. Гуминовые кислоты и их соли образуют органоминеральные микроагрегаты сероватого, серовато-бурого и бурого цветов, называемые гумином.
В гуминовых кислотах, по Л. Н. Александровой [2], содержится в среднем (%): углерода 52—62, водорода 2,5—5,8, кислорода 31—39 и азота 2,6—6,1. Гуматы и гуминовые кислоты, накапливаясь, прокрашивают почву в серый, буровато-серый или черный цвета. Они пропитывают комочки почвы, способствуя их склеиванию и образованию почвенной структуры, образуют глубокие затеки вдоль трещин, между структурными комочками в форме гумусовых или гумусово-железистых лаковых корочек. Гуминовые кислоты и их соли подвергаются разложению бактериями.
Из группы гуминовых кислот выделяют гуминовые и ульминовые кислоты. По своим свойствам они сходны между собой, однако ульминовые кислоты имеют буроватый или коричневый цвет и могут пептизироваться в воде. Их кислотные свойства определяются в основном наличием карбоксильных групп (СООН).
Вторая большая группа кислот — ф у л ь в о к и с л о т ы (желтые кислоты) — преимущественно образуется в условиях влажного прохладного климата при преобладающем действии грибной микрофлоры, т. е. при разложении мхов, лишайников и лесных подстилок. Фульвокислоты имеют буровато-желтую окраску, очень кислую реакцию (pH 2,6—2,8), растворимы в воде. Элементарный состав (%): углерода 40—52, водорода 4—6, кислорода 40—48 и азота 2—6. С одно- и двухвалентными катионами фульвокислоты образуют водорастворимые соли —■ фульваты. Фульваты Fe3+ и А13+, как правило, образуют комплексные соединения, не растворимые в воде, но растворимые в растворах с кислой и щелочной реакцией. Чем более насыщены фульвокислоты ионами железа и алюминия, тем менее растворимы фульваты. При значительном содержании ионов железа и алюминия в почве фульваты железа и алюминия выпадают в осадок, образуя коллоидные соединения. Фульвокислоты очень активны, т. е. обладают высокой способностью вступать в реакцию с минеральной частью почвы. Они, например, способны производить разрушение вторичных минералов, извлекая из них кальций, магний, калий, железо и алюминий.
Фульвокислоты могут быть разделены па две группы: светлоокрашенные— очень активные кислоты, соответствующие кре- 76
новым кислотам, п темиоокрашеиные — соответствующие апокриновым кислотам [7].
От соотношения и содержания гуминовых и фульвокислот в почвах зависит общая активность гумусовых кислот по отношению к минеральной части почвы. При соотношении гуминовых и фульвокислот до 0,2 гумусонакопление почти отсутствует, разрушение минеральной части максимально; при 0,2— 0,5 гумусонакопление слабое, а воздействие гумусовых кислот на минеральную часть активное; при 0,5—0,7 наблюдается средняя скорость гумусонакопления, а действие органических кислот на минеральную часть почвы слабое; при соотношении более 1,0 происходит интенсивное гумусонакопление, минеральная часть остается почти неизменной.
На скорость разложения и превращения органических веществ (гумусообразования) оказывают влияние климатические факторы (медленное разложение наблюдается при длительном промерзании почв, вечной мерзлоте, переувлажнении и, наоборот, большой сухости); видовой состав растений (медленнее разлагаются сфагнум, долгомошпики, хвойные подстилки, быстрее травяной опад, подстилки лиственных пород); материнские горные породы (медленнее разлагаются растительные остатки в суглинках и быстрее в песчаных почвах, гумуса в суглинках больше, в песчаных почвах меньше). Существенное влияние на разложение растительных остатков оказывают рельеф (в пониженных частях накапливается гумуса больше, на повышенных меньше); микроорганизмы (аэробные разлагают органическое вещество почти полностью, поэтому гумуса образуется меньше, чем при действии анаэробных микроорганизмов); химический состав растительных остатков (быстрее разлагаются и полностью минерализуются гемицеллюлоза, клетчатка, белки, медленнее — лигнин, жиры, воски, смолы), у целом „при разложении органических веществ происходят весьма существенные процессы: освобождение зольных элементов питания, азота, углекислоты, служащих источником питания растений; образование кислот, влияющих на химическое выветривание минеральной части почвы, освобождение элементов питания из горных пород, особенности почвообразования и, наконец, синтез гумусовых кислот и их солей с дальнейшим образованием гумуса.
Перегной в почве представлен гумпном, гуминовыми кислотами, гуматами и фульватами Fe3+, А13+. Количество органического вещества в почвах зависит от направления и особенностей процесса почвообразования и очень различно в разных почвах.
Содержание органического вещества в однометровом слое различных почв (т/га) следующее:
Подзолистые лесные НО Обыкновенные черноземы . . . 450
Дерново-подзолистые 230 Темно-каштановые250
Серые лесные 475Светло-каштановые 120
Выщелоченные черноземы. . . 555Сероземы 80
Мощные черноземы760
Самые бедные почвы содержат 80—ПО т/га органического вещества, а самые богатые — 760 т/га. Органическое вещество почвы вызывает развитие в почвенном профиле очень интенсивных биологических процессов, поэтому можно сказать, что почва — это природное тело, в котором протекают сложные процессы распада и синтеза органических веществ.
22. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
Органическое вещество почвы в значительной степени определяет ее плодородие, поскольку в его составе содержатся все необходимые элементы питания для растений в наиболее удобных для них соединениях. При разложении органическое вещество служит источником зольного питания растений и особенно азота. В присутствии органического вещества образуется почвенная структура, обеспечивающая наилучший водный, воздушный и тепловой режимы почв. При взаимодействии перегнойных кислот с минеральной частью почвы освобождается значительное количество элементов питания. Гумусовые кислоты участвуют в биологическом выветривании, в формировании почвенного профиля, образовании структуры, долго сохраняют элементы питания, стимулируют рост корней и способствуют развитию микроорганизмов, увеличивая интенсивность биологического круговорота веществ.
Растения, требующие от почвы достаточного количества влаги и элементов питания, лучше растут на почвах с большим содержанием гумусовых веществ, богатых различными видами микроорганизмов. Поэтому регулирование содержания органического вещества в почвах — важнейшее условие повышения почвенного плодородия и урожая растений.
Приемы регулирования процессов накопления и разложения органических веществ связаны с хозяйственным воздействием человека на почвы. На огромных территориях производят вспашку, при этом улучшается аэрация почв, развиваются аэробные типы разложения органических веществ, выделяются гуминовые кислоты, способствующие образованию почвенной структуры, и одновременно освобождается значительное количество элементов питания. Те же процессы протекают при осушении на болотах.
Процессы разложения можно усилить внесением азотных, фосфорных, калийных и бактериальных удобрений. Однако чаще необходимо сохранить и даже увеличить количество перегноя в почве. Этому способствует известкование кислых
почв, запахивание 10—20 т/га навоза или 20—40 т/га торфа низинных болот, внесение бактерий. Широкое распространение получают орошение, снегозадержание и борьба с водной и ветровой эрозией почв. В лесном хозяйстве содержание органического вещества в почвах регулируют подбором древесных пород. Обычно под лиственными и смешанными насаждениями гумуса больше, чем под еловыми и пихтовыми, так же обстоит дело при сравнении светолюбивых пород с теневыносливыми.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется органической частью почвы?
Расскажите о гумусовых кислотах.
Как протекают процессы разложения органических веществ?
ГЛАВА VIII. СТРОЕНИЕ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ПОЧВ
Слово «морфология» произошло от сочетания двух греческих слов: morphe — форма и logos — понятие, учение. Морфология почв — это учение о внешних признаках почв, определяемых чаще всего с помощью зрения и осязания. К основным морфологическим признакам относятся: строение и мощность почвенного профиля и отдельных горизонтов, цвет или окраска, механический состав, структура, сложение, включения и новообразования.
Морфологические признаки как отражение процессов, протекающих в почвах. Внешние (морфологические) признаки почв отражают характер передвижения и превращения органических и минеральных веществ под влиянием биологических и физико- химических процессов, составляющих в совокупности процесс почвообразования. Если в нескольких почвах, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, процессы почвообразования протекают одинаково, то одинаков и их внешний вид, в то же время почвы с одинаковыми морфологическими признаками составляют группу почв, объединенных общим почвообразовательным процессом. Поэтому для изучения почвообразовательных процессов из почвенных разрезов берут образцы, руководствуясь именно внешними, морфологическими признаками.
Рассматривая любую почву в разрезе, можно убедиться, что почва неоднородна и состоит из нескольких различающихся между собой слоев. Это происходит потому, что в разных слоях почвы скорость и направление процессов, хотя и взаимосвязанных, различны. Действуя в течение длительного времени, они обусловливают расчленение однородной до этого горной породы на слои, отличающиеся морфологическими признаками и свой-
ствами. Слои почв с более или менее одинаковыми морфологическими признаками называются генетическими горизонтами.
§23. СТРОЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПРОФИЛЯ
Почвенным профилем называется совокупность почвенных горизонтов, объединенных единым процессом почвообразования. Строение почвенного профиля определяется морфологическими признаками отдельных почвенных горизонтов, закономерно переходящих один в другой.
Строение профиля большинства почв, если их рассматривать в разрезе сверху вниз, сравнительно однотипно: сверху лежит небольшой слой растительных остатков, образующих лесную подстилку, травяной войлок, или дернину; глубже расположен горизонт, в разной степени окрашенный гумусом, или перегноем, а под ним образуется горизонт, переходный к материнской породе.
Мощность, или глубина, почвенного профиля зависит от типа и времени протекающего почвообразовательного процесса и может изменяться в очень широких пределах.
Строение и мощность почвенного профиля позволяют судить о характере и направлении почвообразовательных процессов, применении систем обработки почв, необходимости внесения удобрений, видах выращиваемых культур, об устойчивости и продуктивности лесов. Поэтому описание почвенного профиля занимает важное место при картировании почв, разработке агротехники выращивания культур и практических приемов ведения хозяйства.
Для характеристики почвенного профиля в целом производят описание отдельных его горизонтов.
ОБОЗНАЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ ГОРИЗОНТОВ
Обозначение горизонтов. Каждому из горизонтов дается буквенное обозначение. Наиболее широко применяется система буквенных обозначений (используют латинский шрифт), предложенная В. В. Докучаевым и доработанная советскими учеными. Буквами обозначают генетические горизонты, а сочетаниями букв и буквенно-цифровыми индексами — переходные горизонты и подгоризонты. Приняты следующие обозначения:
Т — торф, органогенный горизонт;
А — горизонт биогенного накопления органического вещества в почвах. Обычно называется гумусовым, перегнойно-аккумулятивным или дерновым горизонтом;
Ао — лесная подстилка, травяной войлок, дернина;
Апах — пахотный горизонт почвы.;
А[ — гумусовый, дерновый, перегнойно-аккумулятивный, перегнойно-элю-
внальный горизонт дерново-подзолистых, серых лесных и осолоделых почв; имеет серый или черный цвет;
А2— элювиальный (или горизонт вымывания), подзолистый или осолоделый. Обычно окрашен в белесоватые, белесые и белые тона;
В — иллювиальный, или горизонт вмывания, в подзолистых, серых лесных, каштановых и некоторых других породах;
G — глеевый горизонт, характерен для почв с постоянным избыточным увлажнением и болотных почв;
С — материнская рыхлая горная порода;
Д — подстилающая горная порода.
Кроме того, применяют буквенное индексы:
g — для оглеенных горизонтов;
с — » скопления водорастворимых солей;
г— » скопления гипса; цифровые индексы — 1, 2, 3 и т. д.
На Украине применяется другая система обозначения, разработанная А. Н. Соколовским [41]:
Н—(греч. humus — гумус) соответствует горизонтам А+В в черноземах и каштановых почвах;
Е—(лат. eluo — вымывать) соответствует юризонту Л2 в подзолах и солодях;
F—(лат. fluo— вмыть) соответствует иллювиальным горизонтам В;
К — горизонт скопления карбонатов;
Q — горизонт гипса;
G1 — глеевый горизонт;
Т — торфяной горизонт;
Но — лесная подстилка;
Нт — торфянистый горизонт;
Р — порода, не измененная почвообразованием.
Для обозначения переходных горизонтов или горизонтов, в которых происходят два процесса, ставят две соответствующие буквы. Например, НЕ — гумусово-элювиальный горизонт, что соответствует AjA2.
Для выделения подгоризонта достаточно отличие одного из морфологических признаков, например цвета или структуры и т. д. Необходимость выделения подгоризонта устанавливается при описании почвы. Кроме того, выделяют переходные горизонты, в которых происходят два или несколько почвообразовательных процессов, например переходный от подзолистого к иллювиальному (А2В) в подзолистых почвах, переходный от аккумулятивного гумусового к подзолистому (AiA2) в серых лесных почвах.
Описание горизонтов. После определения границ генетических горизонтов записывают глубину верхней и нижней границ, например Ai 6—12 см. Иногда сразу вычисляют толщину, или мощность, генетического горизонта, например, А2 12—26/14. Затем, поставив знак горизонта еще раз, дают полное морфологическое описание каждого горизонта или подгоризонта.
Каждый генетический горизонт описывают в такой последовательности: цвет, механический состав, структура, сложение, включения, новообразования и характер перехода одного горизонта в другой. В полевых условиях указывают влажность почв и определяют 10%-ным раствором соляной кислоты глубину вскипания карбонатов, если они имеются. Описание почв часто сопровождается качественным определением различных соеди-
Рис. 21. Цветовой треугольник [16]
нений и свойств почв, например определяется присутствие карбонатов, закисного железа, вредных водорастворимых солей.
Цвет почвы — важнейший морфологический признак. Нередко название почвы дается по цвету верхних горизонтов: подзолы, серые лесные, черноземы, буроземы и т. д. По цвету почвы в первую очередь выделяют генетические горизонты, так как многие реакции и процессы, протекающие в них, связаны с изменением цвета образующихся и перемещающихся соединений. Вынос железа, например, сопровождается появлением белесой окраски горизонта, а вмывание органических соединений — окрашиванием горизонта в серый или бурый цвет. Соединение двухвалентного железа с фосфором (вивианит) нередко придает почве голубоватую или сизоватую окраску, а накопление карбонатов кальция придает белесовато-палевую окраску бурым до этого горизонтам. Соединения железа окрашивают горизонты в различные желтоватые, красноватые тона и оттенки.
Цвет почвы и интенсивность окраски очень разнообразны. Окрашенность горизонта может быть равномерной, однородной или неоднородной, пятнистой, пестрой, языковой, глянцеватой и др., что связано как с неодинаковой интенсивностью процессов почвообразования, так и неоднородностью распределения вещества в почвенных горизонтах.
Из всего многообразия выделяют три группы соединений, определяющих цвет почвы; а) органические и перегнойные вещества, которые могут придать горизонтам черный цвет; б) соединения окиси железа, окрашивающие почвы в красный цвет; в) соединения кальция, кремнезема, а также каолин, придающие почве белый цвет. На основе этих трех групп соединений С. А. Захаров [16J построил стандартный треугольник цвета почвы (рис. 21). Рассматривая треугольник С. А. Захарова по сочетанию и интенсивности окраски, можно выделить 4 цветовых ряда почвы; первый, в котором смешаны черный и белый цвета, называют серым, в него входят черный, темно-серый, белесый и белый цвета; второй, где смешаны черный и желтый цвета, называют бурым, в него входят черный, темно-бурый, бурый, светло-бурый и желтый цвета; третий, в котором смешаны черный и красный цвета, называют каштановым, в него входят черный, темно-каштановый, каштановый, светло-каштановый, коричневый и красный цвета; четвертый, где смешаны красный и белый цвета, называют желтым, в него входят красный, оранжевый, желтый, светло-желтый и белый цвета..Кроме того, выделяют палевый цвет как смесь светло-бурого и белого.
При описании горизонтов в первую очередь используют перечисленные цвета почв. Однако очень часто одним словом цвет охарактеризовать не удается, и тогда используют сочетание из двух слов, причем на первое место ставят оттенок, а на второе— основной цвет, например красно-бурый, темно-серый. При описании встречаются и оригинальные цвета горизонтов, например голубоватые, сизые, зеленоватые (в глеевых горизонтах).
Цвет почвы, особенно при полевом описании, может изменяться в зависимости от освещенности стенки разреза, времени дня, влажности. Например, цвет влажной почвы темнее, чем сухой. Для отражения основного цвета сухой почвы в бланке почвенного описания делают зарисовку влажной почвы, а детали подрисовывают цветными карандашами.
Механическим составом называют соотношение частиц разного размера, выраженное в процентах от массы почвы. При морфологическом описании применяют полевой метод, основанный на изменении пластичности влажной почвы в зависимости от количества частичек физической глины при скатывании в шнур или шар.
При описании указывают на однородность или пестроту горизонта почвы по механическому составу, отмечают наличие линз
языков, прослоек, камней, хряща, глубину и толщину залегания отложений иного механического состава. При определении механического состава сильнокарбонатных почв применяют 5—10%- ный раствор соляной кислоты для разрушения микроагрегатов.
Структурность — способность почвы распадаться на структурные комочки, состоящие из отдельных частичек, склеенных между собой коллоидными соединениями, а иногда просто спрессованных физическими силами.
Структурой называют способность твердой фазы почвы агрегироваться и естественно распадаться на относительно устойчивые отдельности различной формы и величины. Структура почвы формируется вследствие механического разделения почв на агрегаты и образования водопрочной структуры. Механическое разделение почвы на агрегаты происходит при процессах увлажнения и высыхания, замерзания и нагревания, под влиянием развития корневых систем растений, деятельности насекомых и их личинок в почвах. Степень раздробленности почв на комочки уменьшается сверху вниз — это объясняется тем, что наибольшее воздействие перечисленных факторов наблюдается именно в верхних горизонтах почвы. С увеличением глубины количество корней и воздействие всех факторов разделения почвы на агрегаты уменьшается, комочки постепенно увеличиваются в размерах и, наконец, в почве образуются вертикальные трещины, обусловливающие появление призматической структуры. Только в переувлажненных почвах под влиянием замерзающих слоев воды преобладает горизонтальная, или плитчатая, структура.
Комочки, образовавшиеся в результате физического воздействия, не обладают водопрочностыо. Почвы, не обладающие водопрочной структурой, при увлажнении «заплывают», а после высыхания покрываются коркой. В природе процесс физического измельчения пород часто сопровождается образованием водопрочной структуры. Процесс образования водопрочных комочков протекает иод влиянием почвенных коллоидов, которые в форме золя способны передвигаться по почвенным трещинам, пропитывать комочки, а затем, коагулируя, переходить в необратимые почвенные гели. Комочки, склеенные необратимыми гелями, под действием воды не распадаются, становятся водопрочными, так как склеены водонерастворимыми соединениями. Прочность комочков различна и зависит в основном от катионов, содержащихся в данном горизонте. Комочки, склеенные коллоидами, насыщенными натрием, калием, водородом, обычно неводопрочны. Более прочны комочки, склеенные коллоидами, насыщенными кальцием и магнием, еще прочнее — железом. О том, что коллоиды передвигаются в почве и коагулируют, свидетельствуют блестящие, лакированные корочки, образующиеся на гранях почвенных комочков до глубины 80—120 см и более. При прочих равных условиях водопрочность комочков зависит
от количества органического вещества и механического состава почвы. При большом количестве образующихся перегнойных кислот и их солей комочки наиболее прочны. В глинистых почвах их также больше и они прочнее, чем в легкосуглинистых, а тем более в песчаных. Песчаные почвы обычно бесструктурны, имеют неясно выраженную непрочную структуру.
В зависимости от формы и соотношения размеров структурных агрегатов различают три типа структуры: кубовидную—• это структурные агрегаты, имеющие одинаковые размеры по вы-
Рпс. 22. Структура почвы (/—25— см. табл. 8)
соте, длине и ширине; характерна для верхних горизонтов почв, а также для почв легкого механического состава; призмовидную — высота агрегатов больше ширины и длины, образуется на некоторой глубине от поверхности в суглинистых и глинистых почвах; плитовидную — ширина и длина агрегатов значительно больше высоты и представлена плитками, чешуйками и т. д., образуется в относительно бесплодных почвенных горизонтах, обладающих плохими водно-физическими и химическими свойствами, формируется в подзолистых, глеевых и осолоделых горизонтах.
В пределах каждого типа почвенной структуры в зависимости от размеров различают роды и виды (табл. 8, рис. 22).
Типы и виды структур образуются в различных условиях, поэтому та или иная форма структурных агрегатов свойственна различным горизонтам почвы. Так, комковатая, зернистая структура характерна для верхних горизонтов большинства почв, ореховато-мелкопризматическая образуется в горизонтах,
8. Почвенные структуры
Род структуры
Вид структуры
Размер поперечника для I и II типов и толщина отдельностей III типа, мм
I тип — кубовидная структура
Грани и ребра выражены плохо
100 и более
10—50
50—30
30—10
10—0,5
Менее 0,5
Глыбистая — неправильная форма и неровная поверхность Комковатая ■— неправильная округлая форма, неровные округлые шероховатые поверхности разлома Пылеватая
Крупноглыбистая
Мелкоглыбистая
Крупнокомковатая
Комковатая
Мелкокомковатая
Пылеватая
Грани и
ребра выражены хорошо
Ореховатая — более или ме
7 Крупноореховатая
10
нее правильная форма, поверх
8. Ореховатая
10—7
ность сравнительно ровная, ребра острые
9. Мелкоореховатая
7—5
Зернистая — более или менее правильная форма, иногда ок
10. Крупнозернистая (го- роховатая)
5—3
руглая с гранями то шероховатыми и матовыми, то гладки
11. Зернистая (крупитчатая)—■
3-1
ми и блестящими
12. Мелкозернистая (порошистая)
1—0,5
II тип — призмовидная структура
Грани и
ребра выражены хорошо
Столбчатая — правильная фор
13. Крупностолбчатая
50 и более
ма с довольно хорошо выражен
(тумбовидная)
ными гладкими боковыми гра
14. Столбчатая
50—30
нями, округлой головкой и пло
Тонкостолбчатая
30 и менее
ским основанием
Призматическая — с плоскими
15. Крупнопризматиче
50-30
поверхностями и острыми реб
ская
рами
16. Призматическая
30—10
17. Мелкопризматическая
10—5
18. Тонкопризматическая
Менее 5
III тип — плитовидная структура
Плитчатая — слоеватая с более
19 Сланцеватая
Более 5
или менее развитыми горизон
20. Плитчатая
5—3
тальными плоскостями спайно
21. Пластинчатая
3—1
сти
22. Листоватая
Менее 1
Чешуйчатая — со сравнитель
23. Скорлуповатая
Более 3
но небольшими, отчасти изог
24. Грубочешуйчатая
3—1
нутыми плоскостями и часто
25. Мелкочешуйчатая
Менее 1
острыми ребрами (некоторое
сходство с чешуей рыбы)
расположенных на некоторой глубине от поверхности почв, глыбистая и призматическая преобладают в глубоких почвенных горизонтах.
При описании почвенной структуры чаще всего приходится пользоваться двумя словами, обозначающими разные виды, а иногда и типы структур, например, комковато-зернистая, оре- ховато-призматическая, листовато-чешуйчатая. На преобладающую структуру указывает второе слово.
Для описания почвенной структуры необходимо четко знать классификацию почв по структуре (см. табл. 8). Величина структурных комочков определяет многие водные, воздушные и пищевые свойства почвы. Как правило, наилучшпми свойствами обладают почвы, имеющие комковатую или зернистую структуры. В таких почвах внутри комочков содержится влага, а на поверхности, благодаря деятельности микроорганизмов, образуются элементы питания; между комочками содержится кислород воздуха, необходимый для дыхания растущих корней. Разрушение структурных комочков происходит под влиянием капель дождя, при замещении двух- и трехвалентных катионов на одновалентные, уменьшении количества органических веществ, частично при обработке почвы.
Мероприятия по созданию и восстановлению в почве структуры предусматривают защиту поверхности почвы, внесение органических удобрений, известкование, глубокую обработку.
Сложение почвы характеризует степень плотности, пороз- ности и связности почвы, определяет характер соприкосновения почвенных частиц, наличие пустот, капиллярных промежутков, канальцев, ячеек, пор. По плотности выделяют следующие виды сложения почвы: рассыпчатый-— почва сыплется с лопаты; рыхлый — почва рассыпается на мелкие комочки, почвенный нож входит в горизонт без усилий, плотноватый — почва рассыпается или легко разламывается на крупные комки, пластинки, нож входит с некоторым усилием; плотный — комки почвы разламываются с усилием, почва с лопаты падает глыбкой и распадается на очень большие комья, нож входит с большим трудом на глубину 5—6 см; весьма плотный или слитый — почва почти не разламывается, лопата с большим усилием входит на глубину 1—2 см, а нож — па 2—3 см.
Сложение почвы различают по связности: очень связная —- прилипает к лопате и с трудом отстает от нее; среднесвязная — легко стряхивается с лопаты; малосвязная —■ к лопате не пристает.
Сложение почвы различают и по порозности [16]:
Сложение почвы Диаметр пустот, мм
Тонкопористое (округлые поры)Менее 1
Пористое (например, сложение лёсса;1—3
Губчатое (густое расположение пустот)3—5
Ноздреватое или дырчатое5—10
Ячеистое (часты ходы червей, корней) Больше 10 Канальчатое (часты ходы червей, корней) 10—30 ТрубчатоеБолее 30
Сложение почвы по размерам полости между структурными агрегатами следующее:
Сложение почвыШирина трещин, мм
ТонкотрещиноватоеМенее 3
ТрещиноватоеОт 3 до 10
ЩелеватоеБолее 10
При полевом описании почв сложение почв чаще всего указывают по плотности и размерам пор и трещин.
Включения —тела, механически вовлеченные в толщу почвы, которые не участвуют в активных почвообразовательных процессах, чаще всего камни, валуны, галька, хрящ, уголь (в лесных почвах).
Новообразованиями называют более или менее хорошо выраженные и четко ограниченные выделения и скопления различных веществ, которые возникли в процессе почвообразования и часто обусловлены химической поглотительной способностью почв. По происхождению выделяют новообразования: биологические— чаще всего пятна, затеки, корочки и карманы гумуса, корневины или дендриты (отпечатки корней), червороины, заполненные комочками почвы и пропитанные органическим веществом, кротовины, заполненные почвой из других горизонтов; органоминеральные — это корочки и затеки железисто-гумусо- вых коллоидных соединений; корочки имеют глянцеватую, блестящую поверхность от черного до буровато-серого цвета; минеральные— из различных химических элементов.
Новообразования кремнезема чаще всего белесоватого или белесого цветов с ясно видимыми мелкими частицами кварца или кварцевой пыли. Они образуют пятна, языки, затеки, карманы, внедряющиеся обычно из верхних горизонтов в нижние. Очень часто при разложении органических веществ, подзолообразовании, осолодении образуется кремнеземистая белесоватая присыпка, покрывающая поверхности структурных агрегатов.
Новообразования железа наиболее распространены в лесных почвах. Они образуются в форме желтых, бурых пятен, потеков, корочек, полуторных соединений железа Ре20з • /гН2О, которые нередко покрывают глянцевыми корочками коллоидных соединении железа призматические отдельности почвенной структуры. В песчаных почвах встречаются новообразования железа в виде псевдофибр и ортзандовых прослоек, а в заболоченных почвах формируются сначала рудяковые зернышки, сливающиеся постепенно в рудяковый горизонт, рудяк или ортштейн (который может образоваться и в иллювиальных горизонтах подзолов).
Новообразования двухвалентного железа приводят к форми-
рованию глеевых потеков (вдоль ходов сгнивших корней, микротрещин и трещин почв, в межагрегатных промежутках), глеевых пятен, характерных для горизонтов и почв временного избыточного увлажнения. Соединения двухвалентного железа могут передвигаться по капиллярам, достигать пор и пустот и окисляться там с образованием рудяковых зерен и бобовин темнобурого цвета (в разломе). Бобовииы и конкреции железа свидетельствуют о процессах временного избыточного увлажнения. При постепенном проникновении кислорода воздуха в почвы глеевые пятна приобретают яркие желтые и красные тона охры. Соединения железа с фосфором образуют бесцветный в условиях переувлажнения минерал — вивианит, который при доступе кислорода воздуха синеет и придает глеевым пятнам голубоватую, сизую и зеленоватую окраски.
Новообразования марганца встречаются в форме черных мелких зерен, которые при растирании на ладони окрашивают ее в малиновый цвет. Это новообразование также характерно для почв с временным избыточным увлажнением.
Новообразования кальция чаще всего формируются в почвах, образовавшихся на карбонатных материнских породах. Они характерны для серых лесных, каштановых почв, черноземов и др. Выделяют несколько видов новообразований кальция: псевдомицелий, образующийся на стенке почвенного разреза после высыхания и напоминающий налет плесени; белоглазка — конкреции, образующиеся в почвенных пустотах при выпадении СаСО3 из растворов (глубина залегания белоглазки может характеризовать водный режим, в частности глубину промачивания почв); дутики или журавчики — конкреции пустые внутри, достигающие иногда очень больших размеров(10—20 см). Новообразования гипса наблюдаются чаще всего в засоленных почвах в форме мелких кристаллических агрегатов, кристаллов и стяжений. Они характерны для каштановых, солонцеватых и других почв сухой степи.
Новообразования хлориды и сульфаты определяются по белесоватому налету на стенке разрезов. Они являются результатом кристаллизации водорастворимых солей при высыхании почв.
Характер перехода одного горизонта в другой различают по изменению интенсивности окраски двух смежных горизонтов- и мощности переходного слоя почв. Можно различить переход резкий — переходный слон 1—2 см, ясный — 2—5 см, постепенный — до 10 см и неясный — более 10 см.
Влажность почвы также отмечается при описании почв. По влажности почвы делят на следующие виды: сухие — при сжатии в руке влажность почвы не ощущается; свежие — влажность почвы ощущается при сжатии, в руке образуются комочки, которые при раздавливании легко рассыпаются; влажные — почва сохраняет приданную ей форму; сырые — при сжатии тестообразного комочка выделяются капли воды; мокрые—при
сжатии на ладони остается вода, а после падения на землю образуется лепешка; текучие — почва сочится через пальцы вместе с водой. Это деление очень условно.
При описании почв отмечают уровень верховодки или грунтовых вод, высоту капиллярной каймы.
В специальном бланке отводится место для рисунка всего почвенного профиля и его генетических горизонтов. После описания профиля дается полное название почвы, состоящее из генетического названия, механического состава верхнего горизонта, материнской породы, ее механического состава.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется морфологическими признаками почв? Перечислите основные морфологические признаки почв.
Как обозначаются почвенные горизонты?
Что такое структура почвы и как она образуется?
ГЛАВА IX. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ
Учение о поглотительной способности почв разработано К. К- Гедройцем [10]. Почва состоит из трех частей (фаз) — твердой, жидкой и газообразной, поэтому почва — трехфазное пористое тело.
§ 25. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ
Понятие о почвенных коллоидах. Коллоидами называются минеральные, органические и органо-минеральные частицы и молекулы размером от 0,1 до 0,001 р (микрон — одна тысячная доля миллиметра). Коллоидные свойства начинают проявляться у частиц размером менее 1 р, или 0,001 мм — предколлоидная фракция. С водой они образуют коллоидные растворы, обнаруживают броуновское движение, проходят через бумажные и не проходят через органические фильтры. Следует отметить, что водные растворы с частицами более 1 р образуют водные суспензии, а с частицами менее 0,001 р — истинные, или молекулярные, растворы. Вещества, раздробленные до коллоидных частиц, обладают большой удельной поверхностью. Коллоиды по механическому составу относятся к фракции ила (частицы менее 0,001 мм), а по двучленной классификации — к фракции физической глины (частицы менее 0,01 мм).
Состав и свойства почвенных коллоидов. Многие свойства почв зависят от состава и свойств коллоидных частиц. В природе коллоидные частицы образуются при измельчении минералов и горных пород под влиянием выветривания и почвообразования, разложении органических веществ, образовании гумуса, в котором принимают участие органические и минеральные
Рис. 23. Элементарный тетраэдр
соединения. Коллоидные частицы по происхождению делятся на минеральные, в состав которых входят вторичные глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, гетит, гидраты окиси железа), а также мелкие частицы первичных минералов (в основном кварц и слюды), органические, представленные главным образом гумусовыми кислотами и их солями, и органо-минеральные соединения гумусовых веществ с глинистыми (вторичными) минералами.
Каждая коллоидная частица состоит из однородного вещества кристаллического или аморфного строения. Атомы, находящиеся на границе коллоидной частицы с водой или воздухом, имеют свободные валентности. Одной из причин возникновения свободных валентностей является диссоциация молекул (лат. dissociatio — разделение, распадение молекул на составные части) в почвенных растворах. Например, молекулы ортокрем- ниевой кислоты H4SiO4, образующиеся в процессе выветривания, при их частичной диссоциации на ионы (ЗН+, HSiO43-) и переходе положительно заряженных ионов водорода в раствор приобретают о т р и ц а т е л ь н ы й заряд (рис. 23). У коллоидов, состоящих из вторичных глинистых минералов, отрицательный
заряд образуется при частичной диссоциации молекул и переходе в раствор катионов Н+, Са2+, Mg2+, Fe3+, а также при замещении трехвалентных элементов на двухвалентные и разрыве кислородных связей, соединяющих атомы кремнезема.
В органических соединениях диссоциируют карбоксильные (—СООН), фенолгидроксильные (—ОН) и некоторые другие группы. Наиболее активны карбоксильные группы. При взаимодействии с почвенным раствором катион водорода отщепляется, а анион остается скрепленным с органической коллоидной частичкой, которая приобретает отрицательный заряд. Нередко в цочвах образуются коллоидные частицы, имеющие и положительный заряд, например у гидроокисей металлов при диссоциации гидроксильных ионов. На рис. 24 приведено строение мицеллы — коллоидной частицы с гидратной оболочкой.
Заряд частиц легко проверить. Если через V-образную трубку с почвенным коллоидным раствором пропускать постоянный электрический ток, то большая часть минеральных и органических коллоидов передвинется к положительно заряженному электроду, подтверждая правильность вывода об отрицательном заряде почвенных коллоидов. Это явление называют электрофорез.
Понятие о коллоидных растворах. Коллоидные частицы с водой образуют коллоидные растворы двух типов — золь и гель. Золь — коллоидный раствор, в котором частицы находятся во взвешенном состоянии, так как они почти не оседают. Например, коллоидные растворы солонцовых почв не оседают в течение 2—5 лет. В форме золя, особенно тонкие частички, способны проникать глубоко в почву. Частички золя не оседают, так как каждая из них имеет одинаковый заряд. Известно, что частички с одинаковым зарядом отталкиваются. Если сила отталкивания больше силы тяжести, то все они находятся во взвешенном состоянии. Для того чтобы частички осели, нужно ввести в раствор вещества, имеющие противоположный заряд. Эти вещества называются электролитами. К ним в первую очередь относятся простые минеральные соли.
Обычный почвенный раствор, как известно, содержит освобождающиеся при выветривании и почвообразовании простые минеральные соли. Молекулы солей или электролитов хорошо диссоциированы в воде. Положительно заряженные ионы металлов взаимодействуют с отрицательно заряженными коллоидными частицами и нейтрализуют их. Электронейтральные частички начинают медленно опускаться в воде под действием силы тяжести, одновременно склеиваясь друг с другом, обволакивая более крупные почвенные частицы, образуя пленки и корочки в тонких почвенных трещинах. Захватывая воду, они образуют новый вид коллоидного раствора — гель. В состоянии геля коллоидный раствор приобретает свойство клея (греч. coll а — клей, eidos — видный, т. е. клеевидный).
. КОАГУЛЯЦИЯ И ПЕПТИЗАЦИЯ КОЛЛОИДОВ
Процесс перехода золя в гель называется коагуляцией, или свертыванием. Концентрация электролита — соли, при которой начинается процесс коагуляции, называется порогом коагуляции, который зависит от валентности и атомного веса катионов, образующих лиотропный ряд по увеличению коагулирующего влияния на коллоиды: Li+, Na+, NH4+ К+, Н+, Са2+, Mg2+, Fe3+, Al3+.
Самые сильные коагуляторы — железо и алюминий, самые слабые — одновалентные элементы, затем двухвалентные, наиболее полно и быстро происходит коагуляция при воздействии трехвалентных элементов.
После дождей и особенно весной количество воды в почве увеличивается, и часть коллоидов из геля переходит в золь. Это происходит потому, что концентрация электролита при добавлении воды уменьшается, частички снова приобретают одинаковые заряды и начинают отталкиваться — происходит процесс пептизации. Такие коллоиды называются обратимыми. Коллоиды, насыщенные катионами одновалентных элементов — Li+, Na+, МН4+, образуют обратимые коллоиды, способные переходить из геля в золь. Это происходит вследствие того, что частицы остаются разделенными между собой водными оболочками и при добавлении воды легко расходятся. Необратимые коллоиды образуются под влиянием двух- и трехвалентных элементов, т. е. после коагуляции при любом добавлении воды они не переходят в состояние золя.
Обычно при коагуляции происходит захват молекул воды, причем количество воды, которое может удерживать в себе гель, тем больше, чем меньше валентность и атомный вес элемента. Гели, насыщенные Na+, способны удерживать воды в 1000 раз больше своей массы. Используя это свойство, из солей натрия и коллоидов силикатов изготавливают обычный канцелярский клей. Коллоиды, удерживающие большое количество воды, называются гидрофильными (греч. hydor — вода, phileo— люблю). К ним относятся коллоиды, насыщенные Na+, К+, Са2+, Mg2+.
Коллоиды, удерживающие малое количество воды, называются гидрофобными (греч. phobos— страх). Эти коллоиды образуют при коагуляции гели, почти не содержащие воды, или порошки — седимент. Они не обладают клеящей способностью.
Наилучшей клеящей способностью в почвах обладают гели гумусовых веществ, насыщенных кальцием. Эти коллоиды хорошо склеивают почвенные частички, они необратимы и поэтому являются лучшими структурообразователями. Коллоиды, насыщенные натрием, обратимы, они не образуют прочных комочков и под действием воды расплываются. Коллоиды, насыщенные
железом, очень прочны, содержат мало воды, способствуют образованию плотных горизонтов почвы.
Коагуляция коллоидов может происходить при взаимной нейтрализации разнородно заряженных коллоидов, при уменьшении количества воды, например, при ее испарении, замерзании пли нагревании. В природных условиях происходит «старение» коллоидов с освобождением части воды, т. е. гели теряют воду. Потеря воды гелями приводит сначала к уменьшению их клеящей способности, которая затем полностью исчезает. Обезвоженные гели гумуса необратимы, не обладают клеящей способностью и плохо используются микроорганизмами.
Очень часто весной, когда почвенный раствор разбавлен, золи органического вещества и коллоидные частицы минерального происхождения передвигаются вниз по профилю почв под действием нисходящего тока воды.
Почвенные коллоиды, обладая огромной удельной поверхностью и энергией, принимают активное участие во всех процессах, протекающих в почвах. Разнообразие состава почвенных коллоидов, способность их передвигаться под действием влаги в почве в форме коллоидных растворов — золей и закрепляться в форме гелей приводит к образованию почвенных слоев — горизонтов, отличающихся составом и свойствами коллоидов, проникновению в глубь материнских пород органических и органоминеральных веществ. В зависимости от катионов, насыщающих коллоиды, и их клеящей способности формируются различные по размерам и устойчивости к воде почвенные комочки, обусловливающие разнообразие водно-физических свойств почв. Способность к диссоциации и связанная с этим химическая активность обеспечивают участие коллоидов во всех физико-химических процессах, обусловливая постепенное присутствие в почвенных растворах элементов питания и одно из важнейших свойств почв — поглотительную способность.
27. ПОНЯТИЕ О ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ
Растворы и суспензии, передвигаясь в почвах, приходят в соприкосновение с почвенными частицами. Часть молекул и ионов задерживается и обменивается. Способность твердой фазы почвы поглощать из почвенных суспензий и растворов и обменивать с ними различные вещества называется поглотительной способностью почвы.
\ Различают пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, физико-химическую, или обменную, химическую и биологическую^ Все формы поглотительной способности зависят от коллоидной (илистой) части почвы, а две из них — физическая и физико-химическая связаны с коллоидами почвы и их свойствами.
Механическая поглотительная способность — это способность почвы задерживать в своих порах частицы почвенных суспензий.(Почвенные суспензии образуются при стоке и впитывании воды в почву. Вода, попадающая в почву, содержит взвешенные частички, разнообразные молекулы и ионы. Частички, передвигаясь по системе почвенных пор и ходов вместе с водой, постепенно застревают в промежутках, имеющих меньший размер, чем они сами. Это чаще всего происходит в изгибах, тупичках. Наибольшее количество частичек задерживается в узких порах. Таким образом, чем меньше размер почвенных пор, тем больше частичек задерживается при просачивании почвенных суспензий. Камни, например, плохо задерживают частицы суспензий; в песках задерживаются глинистые частицы, а в суглинистых почвах — коллоидные частицы и даже микроорганизмы. Механическая поглотительная способность почв обеспечивает высокое очищение почвенных растворов от взвешенных частиц. Часть их остается в верхних слоях, накапливается и с течением времени может изменить механический состав почвы. Эта форма поглотительной способности почв используется при орошении, очистке водных суспензий в промышленных целях, для очистки питьевой воды.
( Физическая поглотительная способность почв — это способность коллоидных частиц поглощать из почвенных растворов молекулы веществ, понижающих поверхностное натяжение водной пленки.) При механическом поглощении суспензии освобождаются от частиц и превращаются в растворы, содержащие молекулы и ионы. Каждая почвенная частичка оказывается окруженной водной пленкой.
Известно, что на поверхности частицы молекулярный слой воды удерживается очень большими силами, создающими повышенное натяжение водной пленки. Обычно натяжение водной пленки на границе с воздухом при 0°С равно 75,5 дин/см. Поэтому чем больше в почве мелких частиц, тем больше общая поверхность водной пленки, а следовательно и энергия сил поверхностного натяжения.
К. К- Гедройц [10], изучая растворы различных солей, установил, что вещества можно разделить на две большие группы: понижающие поверхностную энергию водных пленок и повышающие ее. Сила поверхностного натяжения водной пленки изменяется при воздействии различных кислот и солей. Неорганические кислоты и их соли часто повышают, а органические кислоты, спирты, алкалоиды и краски понижают поверхностное натяжение водной пленки и тем сильнее, чем больше их концентрация в почвенном растворе. Поэтому распределение молекул веществ вокруг почвенной частицы различно. Молекулы веществ, понижающих поверхностное натяжение водных пленок, будут удерживаться ею — это явление получило название положительная адсорбция. Вещества, повышающие поверхностное натяжение
водной пленки, будут располагаться на значительном расстоянии от почвенной частицы — это явление носит название отрицательная адсорбция (лат ad — на, у, при; sorber — поглощать, всасывать).
Таким образом, при просачивании почвенного раствора вещества, понижающие поверхностное натяжение водной пленки, т. е. органические кислоты, спирты, алкалоиды, будут удерживаться и накапливаться в почве, а вещества, повышающие поверхностное натяжение — неорганические соли, которые чаще всего хорошо диссоциируют, будут находиться в растворе.
Уменьшение поверхностной энергии водных пленок может произойти не только вследствие положительной адсорбции, но и при процессах коагуляции, сопровождающихся уменьшением общей поверхности почвенных частичек, т. с. физическая поглотительная способность в значительной степени зависит от со- стмния коллоидов почвы.
'Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность почв — это способность главным образом коллоидных (илистых) частичек удерживать и обменивать ионы с почвенным раствором.'^ Водный раствор, окружающий почвенные частицы, содержит значительное количество веществ, диссоциированных на ионы — катионы и анионы (катионы заряжены положительно, анионы — отрицательно). Например, в почвенном растворе могут находиться катионы Na+, К+, Mg2+, Са2+, Н+, F3+ и анионы Cl-, SO42~, РО43~, NO32-. Почвенные коллоиды также имеют положительный (или отрицательный) заряд, поэтому частицы, заряженные отрицательно, а это почти вся основная часть минеральных и органических частиц, будут удерживать катионы, а заряженные положительно — анионы.
Вследствие того, что почвенные коллоиды несут в основном отрицательный заряд, в почвах происходит преимущественно поглощение катионов. Чем больше коллоидных частичек в почве, тем больше катионов они смогут удержать в поглощенном состоянии. Катионы удерживаются почвенными частицами довольно прочно и могут быть вытеснены только в случае их замены другими при соприкосновении с почвенным раствором. Замена происходит в результате обменных химических реакций. Обмен ионов происходит очень быстро и в эквивалентных количествах, т. е. один катион Са2+ заменяется на два катиона Н+ или К+, причем любой катион почвы может быть замещен любым катионом почвенного раствора. Почвенные коллоиды наиболее энергично поглощают Fe3+, Al3+, Н+, Са2+, Mg2+, К+, Na+. Этот ряд написан по мере убывания энергии поглощения. Чаще всего Fe3+ и А13+ образуют сложные комплексные, нерастворимые в воде соединения. Поэтому в природных условиях в поглощенном состоянии находятся Н+, Са2+, Mg2+, К+ и реже Na+, содержание которых зависит от условий и факторов почвообразования.
Количество поглощенных катионов зависит от величины и содержания частичек разных размеров и особенно коллоидных, т. е. от механического состава. Зависимость емкости поглощения катионов от механического состава почв демонстрируют следующие данные:
Размер частиц, мм 0,25—0,005 0,005—0,0001 0,0001—0,00025 Менее 0,00025 Количество катионов, мг-экв на 100 г почвы 0,315,037,563,9
Общее количество поглощенных катионов или оснований выражается в милли грамм-эквивалентах (мг-экв) на 100 г почвы. Миллиграмм-эквивалент — это частное от деления атомного веса данного элемента на валентность, выраженное в миллиграммах. Так, для Са2+ эквивалент по водороду равен 20,04 мг, а для Mg2+— 12 мг. Для пересчета на 100 г почвы 100 делят на величину навески, взятой для определения, и общее количество оснований или сумму поглощенных катионов, определенных в опыте, умножают на полученное число. Количество поглощенных катионов (ионов) зависит также от минералогического состава. Так, каолин, гидрослюда могут удержать 20, серицит 20—40, монтмориллонит 60—100 мг-экв на 100 г почвы. Наибольшей же поглотительной способностью обладает органическое вещество почвы. Например, гумус поглощает до 180, а гуминовые кислоты — до 286 мг-экв катионов на 100 г почвы.
Таким образом, общее количество катионов и анионов почвы зависит в основном от механического, минералогического состава почв и содержания в них органического вещества. Чем больше содержится в почве илистых частиц, тем больше ионов удерживается в поглощенном состоянии.
Совокупность минеральных и органических частиц менее 0,001 мм, придающих почвам поглотительную способность, называется почвенным поглощающим комплексом (ППК).
Максимально возможное количество катионов, которое может сорбировать почва, называется емкостью поглощения и обозначается буквой Е. Для различных почв емкость поглощения различна: у песчаных почв она равна 1—5 мг-экв, супесчаных 7—8, суглинистых — от 7—8 до 15—18, глинистых — от 15 до 30 мг-экв и выше, у суглинистых подзолов колеблется в пределах 12—18, у дерново-подзолистых почв 16—25, серых лесных 18—30 и черноземов 30—50 мг-экв на 100 г почвы.
Емкость поглощения складывается из двух величин: суммы поглощенных оснований S, куда входят главным образом Na+, К+, Mg2+, Са2+, и поглощенного Н+, содержание которого обозначается буквой Н. Как и емкость поглощения, S и Н выражаются в мг-экв на 100 г почвы. Таким образом, E = S + H.
В зависимости от соотношения суммы поглощенных оснований и содержания обменного водорода различают почвы насы-
щенные и не насыщенные основаниями. Почвы, не насыщенные основаниями, содержат в поглощающем комплексе большое количество обменного водорода и алюминия и называются кислыми — это подзолы, дерново-подзолистые, серые лесные и другие почвы. Почвы, у которых сумма поглощенных оснований Са2+, Mg2+ и Na+ равна емкости поглощения, называются насыщенными основаниями — черноземы, сероземы, солонцы, каштановые почвы.
Насыщенные основаниями почвы могут быть нейтральными и щелочными в зависимости от содержащихся в них обменных катионов. Почвенный поглощающий комплекс, насыщенный достаточно большим количеством положительно заряженных гидроокисей железа, алюминия и углекислого кальция, обеспечивает физико-химическое поглощение анионов. Поглощение анионов происходит неодинаково, менее всего поглощаются ионы С1-, а также NO3-, а затем по мере увеличения SO42-, РО43- и ОН-, т. е. чем больше валентность аниона и его величина, тем сильнее он поглощается. Исключение составляет только гидроксильная группа (ОН-).
Таким образом, в почвах находятся в поглощенном состоянии соединения серы, фосфора и в меньших количествах — азота и хлора. Однако почвенный поглощающий комплекс преимущественно состоит из отрицательно заряженных частиц и поэтому поглощаются в основном катионы.
Почвы, насыщенные катионом водорода,— это кислые почвы с непрочной комковато-пылеватой структурой, расплывающейся под влиянием воды. Коллоиды этих почв гидрофильны, частично обратимы. Катион Н+ не используется как элемент питания и нередко подавляет жизнь микроорганизмов и растений.
Катион алюминия в подвижной форме ядовит для растений, придает почвам кислые свойства, однако является хорошим коагулятором и способствует образованию прочной структуры.
Натрий — катион, придающий среде щелочную реакцию, в больших количествах вызывает гибель растений, разрушает почвенную структуру, диспергирует ее; коллоиды натрия гидрофильны, подвижны, соли натрия растворимы.
Катионы кальция и магния преобладают в поглощающем комплексе черноземных почв и придают им реакцию близкую к нейтральной. Они хорошие коагуляторы, способствующие закреплению органических веществ в почвах. Коллоиды их гидрофильны, необратимы. Катионы кальция и магния способствуют образованию водопрочной почвенной структуры.
Катион железа входит в почвенный поглощающий комплекс кислых почв. Он хороший коагулятор, придает прочность почвенной структуре, образует с анионами фосфорной кислоты плохо диссоциирующие и малорастворимые соединения. Гели необратимы, гидрофобны.
Анионы задерживаются почвой лишь частично, причем некоторые из них (РО4~ и SO4~) образуют в почве нерастворимые в воде соли, а С1- и ПОГ, если не перехватываются корнями растений, как правило, вымываются за пределы почв.
(Химическая поглотительная способность — это способность почв задерживать катионы и анионы в форме нерастворимых или труднорастворимых соединенийы Образование таких соединений может происходить при увеличении концентрации веществ и выпадении их в осадок, а также в результате химических реакций, протекающих в почвенном растворе./Так, труднорастворимые соединения фосфора с кальцием образуются при внесении суперфосфата в черноземные почвы
2Са (НСО3)2 4- Са (Н2РО4)2-> Са3 (РО4)2 4- 4СО2 4- 4Н2О,
II
ЗСаС124*2Na3PO4 = Са3 (РО4)2 + 6NaCL
II
4
Если в почве присутствуют гидраты железа, могут образоваться фосфаты железа
Ее (ОН)3 + Н3РО4 -> ЕеРО4 + ЗН2О.
Труднорастворимые соединения, например СаСО3, CaSO4, Са3(РО4)2, могут образовываться при взаимодействии ионов Са2+, Mg2+, Ее34-, А13+ с РО4—, SO4— при обменных реакциях
[ППК] Са 4- Н2СО3 = [ППК] 2Н + СаСО3. (
Таким образом, катионы и анионы могут задержаться в почве. Некоторая часть их дает новообразования в форме белоглазки, псевдомицелия, охристых пятен, рудяковых зерен и др. Благодаря химической поглотительной способности в почвах накапливаются такие элементы питания, как фосфор и сера.
Б и о л о г и ч е с к а я поглотительная способность почв обусловлена избирательным поглощением элементов питания корнями растений и микроорганизмами./ Закрепленные в форме органического вещества элементы питания поступают в почвы и накапливаются в них. Биологическая поглотительная способность почв обеспечивает закрепление азота и всех важнейших элементов питания в соотношениях наиболее выгодных для растений. Она имеет особенно большое значение для эродированных, молодых, слаборазвитых и легких по механическому составу почв.
При почвообразовательных процессах и выветривании в передвижении, закреплении, образовании и разложении различных веществ принимают участие все формы поглотительной способности.
§ 28. КИСЛОТНОСТЬ И ЩЕЛОЧНОСТЬ ПОЧВ
Кислотность почв. Обусловлена присутствием в них обменного водорода и обменного алюминия. Источником иона водорода в почвах являются органические кислоты. Обменный алюминий находится в почвах в составе солей и алюмосиликатов.
В почвах различают несколько видов кислотности: актуальную, потенциальную.
Актуальная кислотность обусловлена присутствием в почвенном растворе свободных ионов в форме Н+ и ОН-. Она определяет реакцию почвенного раствора и характеризуется величиной pH, представляющей собой отрицательный логарифм активности водородного иона. По величине pH почвы делятся
на следующие группы:
pHpH
Сильнокислые 3—4Нейтральные 7
^ Кислые 4—5,5Щелочные 7—8
Слабокислые 5,5—6,5Сильнощелочные 8
Определение pH почвенного раствора имеет огромное значение, так как именно актуальная кислотность почв определяет жизнедеятельность микроорганизмов и условия существования растений.
Потенциальная кислотность показывает суммарное содержание кислот и кислотных агентов в данной почве. Эта форма кислотности определяется путем титрования почвенного раствора раствором щелочи определенной концентрации.) Образование кислоты в почве может идти по следующей схеме:
[ППК]Н + КС1 ^ [ППК] К + НС1.'
Калий нейтральной соли вытесняет из ППК водород, который, вступая в реакцию с ионом хлора, образует соляную кислоту.
Различают две формы потенциальной кислотности (в зависимости от характера вытеснения): обменную и гидролитическую.
Обменная кислотность обусловлена наличием в ППК обменного водорода или обменного алюминия. Обменная кислотность обнаруживается при взаимодействии твердой фазы почвы с нейтральными солями. При этом водород или алюминий вытесняются из ППК катионом нейтральной соли. Появление в растворе обменных алюминия и водорода сообщает раствору кислую реакцию. Реакция идет по схеме
[ППК]а1 +4КС1^[ППК] 4К + НС1 + А1С13
и далее
А1С13 + ЗН2О = А1 (ОН)з + ЗНС1.
Образующаяся соляная кислота характеризует обменную кислотность.
Г и д р о л и т и ч е с к а я кислотность показывает максимально возможное количество водорода и алюминия, находящихся в обменном состоянии в почве. Она определяется при обработке почвы ацетатом натрия (CHsCOONa), который создает щелочную среду и тем самым способствует более полному вытеснению поглощенного водорода. Реакция протекает следующим образом:
[ППК] н +CH3COONa^ [ППК] Na+CH3COOH.
Количество уксусной кислоты определяет величину гидролитической кислотности. Гидролитическая кислотность обычно больше обменной.
Известкование кислых почв. Улучшение свойств почв и снижение почвенной кислотности достигаются внесением в почву иона Са2+ в форме извести, молотого известняка, мела и других удобрений. Если в кислую почву вносят известь, протекает реакция обмена
[ППК] 2Н + СаСОз = [ППК] Са + Н2СО3; Н2СО3^ Н2О + СО2.
В результате известкования в почве не образуется соединений, вредных для растений. В первую очередь известь вносят в почвы, имеющие pH до 3,5; затем — от 3,5 до 4,5 и, наконец, от 4,5 до 5,5. Выше pH = 5,5 известкование не производится. Дозу извести определяют по pH. При внесении извести по pH нейтрализуется обменная кислотность почвы. Дозы извести, т/га, приведены в табл. 9.
Дозы извести, т/га
pH солевой вытяжки
Механический состав почв
4.5
4.6
4,8
5,0
5.2
5,4
Суглинки легкие, супеси Суглинки средние и тяжелые
4
6
3,5
5,5
3,0
5 0
2,5
4,5
2,0
4,0
2,0
3,5
Для известкования кислых почв питомников рекомендуется вносить 2/з дозы, установленной по pH, или половину доз, вычисленных по гидролитической кислотности почвы. Сразу после внесения извести в лесных питомниках не следует высевать семена хвойных пород, так как известь создает щелочную реакцию среды. В лесных культурах известкование производят вразброс. В первые годы наблюдается некоторое снижение прироста из-за щелочной реакции почв, вызываемой удобрением. Известкование делают раз в 3—5 лет.
Щелочность почв. Различают актуальную и потенциальную щелочность почв. Актуальная щелочность — это щелочность почвенного раствора, возникающая под влиянием гидролитически щелочных солей, например соды или бикарбоната каль-
ция. Потенциальная щелочность обнаруживается у почв, содержащих в почвенном поглощающем комплексе натрий. Она характерна для солонцеватых и засоленных почв и определяется реакцией с образованием соды, например
[ППК] 2Na + Н2СО3^ [ППК] 2Н + Na2CO3.
Борьба со щелочностью проводится гипсованием почв.
[ППК] 2Na [ CaSO4^* [ПП1\] Са + Na2SO4.
Сернокислый натрий водорастворим, легко вымывается. Входящий в почвенный комплекс Са2+ улучшает свойства почв.
Доза гипса (Д т/га), нужная для замещения избыточного количества обменного Na+ в почве, определяется по следующей формуле:
Дт/га = 0,086 (Na—0,057) Hd,
где Na — содержание обменного Na, мг-экв на 100 г почвы; Т — емкость поглощения, мг-экв на 100 г почвы; Н— глубина пахотного слоя, см; d — объемная плотность почвы пахотного слоя; 0,086— 1 мг-экв CaSO4-2H2O, г.
Для снижения щелочности солонцов применяют суперфосфат, сульфат аммония, навоз.
Буферность почв — это свойство почвы поддерживать постоянную реакцию почвенного раствора. Буферность зависит от химического состава и емкости поглощения почвы, состава поглощенных катионов и свойств почвенного раствора. Если в почву влить немного соляной кислоты, то можно ожидать подкисления почвенного раствора, однако этого не произойдет, так как
[ППК] Са + 2НС1 = [ППК] 2Н +СаС12,
т. е. произойдет обменная реакция с образованием нейтральных солей. Если добавить щелочь, например соду, то и она также будет нейтрализована. Буферная способность почв будет тем выше, чем больше ее емкость поглощения.. На буферные свойства почв оказывает большое положительное влияние бикарбонат кальция. Буферность — явление, которое обеспечивает более или менее постоянную концентрацию водородных и гидроксильных ионов в почве, что дает возможность растениям приспособиться к условиям среды.
Значение поглотительной способности при определении лесорастительных свойств почв. При определении лесорастительных свойств наибольшее значение имеют почвенный поглощающий комплекс, сумма поглощенных оснований, реакция среды, состав катионов и анионов, степень насыщенности почв основаниями. Определенные древесные породы предъявляют свои индивидуальные требования к почвенным условиям. Хороший рост сосны, например, наблюдается при емкости поглощения 7—12 мг-экв,
ели 15—18 мг-экв, дуба 16—25 мг-экв на 100 г почвы при pH 5,5—6,5. Благоприятные условия для роста леса складываются при насыщенности почв основаниями на 50—80%, содержании подвижных легкорастворимых соединений калия и фосфора более 5 мг на каждые 100 г почвы. На сильнокислых н щелочных почвах рост большинства древесных пород подавлен. В этих случаях производят химическую мелиорацию почв, т. е. известкование или гипсование. Усиление роста растений приводит к развитию биологической поглотительной способности почв и обогащению их необходимыми для растении элементами питания.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется коллоидами и какими свойствами они обладают?
Расскажите о поглотительной способности почв.
о. Какие формы почвенной кислотности вы знаете?
Какие меры применяют при устранении кислотности или щелочности почв?
ГЛАВАХ. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Физические свойства почвы связаны с ее дисперсностью (раздробленностью на отдельные частицы) и пористостью (степенью примыкания частиц почвы друг к другу). Благодаря дисперсности и пористости в почвах можно выделить три фазы — твердую, жидкую п газообразную, находящиеся во взаимодействии друг с другом.
Наименее подвижная часть — твердая фаза почвы и особенно минеральные частицы; более подвижные — органические вещества и еще более динамичные—жидкая и газообразная фазы. Поэтому физические свойства могут быть разделены на основные (общие физические, физико-химические, водные, воздушные, тепловые) и функциональные, связанные с различными режимами (водным, воздушным, тепловым).
§ 29. ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
К числу общих физических свойств почвы относят относительную плотность, объемную плотность и пористость.
Относительная плотность почвы — это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при температуре + 4° С. Величина относительной плотности почв зависит от плотности входящих в нее частиц минералов и их соотношения, а также от количества органического вещества. Обычно плотность минеральных горизонтов почв колеблется в пределах 2,4—2,8, а органогенных от 1,4 до 1,8 (торф). Плотность верх-
них гумусированных горизонтов почв в среднем равна 2,5—2,6, нижних — 2,6—2,7.
Объемная плотность почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выраженная в г/см3. Объемная плотность-—одно из важнейших свойств, определяющих способность почвы пропускать и удерживать влагу, воздух, сопротивляться орудиям обработки почвы и т. д. Объемная плотность зависит от типа растительности, механического и минералогического составов почвы (дисперсности), сложения, оструктуренности и степени обработки почв.
Наименьшая объемная плотность обычно наблюдается в верхних горизонтах почв, наибольшая — в иллювиальных и глеевых горизонтах. У хорошо оструктуренных, рыхлых дерново-подзолистых почв наименьшая объемная плотность наблюдается в лесных подстилках — 0,15—0,40 г/см3, в гумусовых горизонтах она повышается до 0,8—1,0, в подзолистых — до 1,4—1,45, иллювиальных— до 1,5—1,6 и в материнской породе — до 1,4—1,6 г/см3. Величина объемной плотности почв зависит от типа растительности. Так, в гумусовых горизонтах под сомкнутыми ельниками она равна 0,9—1,1, под березняками— 1,0—1,3, под злаками—■ 1,2—1,4 г/см3.
Каждый вид растений способен поддерживать объемную плотность почв на том или ином уровне, т. е. в определенном интервале величин. Наиболее благоприятная для растительности величина объемной плотности верхних горизонтов почв колеблется в пределах 0,95—1,15 г/см3. Предельной величиной характеризуются глеевые горизонты почв с максимальной объемной плотностью 2,0 г/см3. Если объемная плотность почв равна 1,6—1,7 г/см3, корни древесных пород практически в почву не проникают (при плотности почвы 2,66—2,70 г/см3), а сельскохозяйственные культуры снижают урожай в 3—4 раза.
Почву считают рыхлой, если объемная плотность гумусовых горизонтов равна 0,9—0,95, нормальной — 0,95—1,15, уплотненной— 1,15—1,25 и сильноуплотненной — более 1,25 г/см3.
Зная величину объемной плотности горизонта почвы, можно подсчитать запас любого соединения в почве по формуле /
З^М-ОП-А,
где 3— запас соединения, т/га; М— мощность горизонта, см; ОП — объемная плотность, г/см3; Л — содержание соединения, % от массы почвы.
Пористость (порозность или скважность) —суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы. Ее вычисляют по плотности и объемной плотности почвы и выражают в % объема почвы по формуле
uz = /i——hoo%,
\ П )
где ^ — пористость, %; ОП— объемная плотность, г/см3; П — плотность, г/см3; 100 — пересчет в % объемной плотности почвы.
Различают несколько форм пористости, главнейшими из них являются капиллярная и некапиллярная. Капиллярная пористость обычно измеряется в лабораторных условиях и равна количеству воды, удерживаемому тонкими капиллярными промежутками между частицами твердой фазы почвы. Обычно чем больше глинистых частиц, тем больше капиллярная пористость. В оструктуренных почвах вода между комочками вытекает из-за большого размера пор, а в самих комочках удерживается в капиллярах. Разница между общей и капиллярной пористостью составляет некапиллярную пористость.
Наибольшая пористость (80—90%) наблюдается в лесных подстилках, травяном войлоке, торфах, т. е. органогенных горизонтах. В минеральных гумусированных горизонтах она равна 55—65%, в верхних безгумусных 45—55%, в нижних горизонтах почвы может быть ниже 45% • Минимальная пористость наблюдается в глеевых горизонтах почв и равна около 30%.
Для развития корневых систем древесных пород наилучшие условия создаются при пористости почв, равной 55—65%; при пористости 35—40% корни проникают в почву с трудом, а при пористости глеевых горизонтов она практически становится корненепроницаемой. Большое значение имеет некапиллярная пористость. Для наиболее освоенных корнями горизонтов она, как правило, более 10%; при снижении ее до 3% нижние горизонты почв становятся малодоступными для корней. Некапиллярная пористость обеспечивает проникновение воздуха в почву—аэрацию. Для нормального развития растений важно, чтобы почвы имели высокую капиллярную пористость и пористость аэрации не менее 20% объема почвы.
§30. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Наиболее важными физико-механическими свойствами являются пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и спелость. Большая часть этих свойств связана с количеством глинистых пли илистых частиц и влажностью почвы.
Пластичность — способность влажной почвы необратимо менять форму без образования трещин после приложения определенной нагрузки. Пластичность характеризуется числом Атте- берга. Верхним пределом пластичности считают влажность, при которой почва начинает течь, а нижним — влажность, при которой почва перестает скатываться в шнур без трещин диаметром более 3 мм. Пески имеют число пластичности — 0, супеси — 0—7, суглинки — 7—17, глины — более 17. Пластичность почвы широко используется при определении механического состава почв,
при скатывании шнуров и шаров, при расчетах тяговых усилий по обработке почв.
Липкость — свойство влажной почвы прилипать к другим телам, в том числе к поверхности сельскохозяйственных орудий; она измеряется нагрузкой в 9,8 Па, необходимой для отрыва металлической пластинки от влажной почвы. Липкость зависит от механического состава почв, оструктуренностп, количества органического вещества, насыщенности почв различными катионами. Почвы супесчаные и песчаные, оструктуренные, богатые органикой имеют меньшую липкость. По липкости почвы делятся на предельно липкие (>147 Па), сильно вязкие (49,0-147 Па), средние (19,6—49,0 Па), слабо вязкие (19,6 Па).
Набухание — свойство почв и глин увеличивать свой объем при увлажнении. Оно зависит от величины илистой части почвы, ее минерального состава, состава обменных катионов. Больше набухают глины, особенно состоящие из монтмориллонита и насыщенные Na или Li. Набухание выражают в объемных % по отношению к исходному объему по формуле
Упаб = V1"Va- 100,
У 2
где Пнаб — набухание исходного объема, %; Vt — объем влажной почвы; V2 — объем сухой почвы. Максимальная величина набухания может составлять 120—150%.
Усадка — сокращение объема почвы при ее высыхании. Это явление обратное набуханию, зависящее от тех же условий, что и набухание. Измеряется в объемных % по отношению к исходному объему по формуле
И.с =100,
где Vyc — усадка от исходного объема, %. Остальные обозначения те же, что и в предыдущей формуле.
При усадке почва может покрываться трещинами, возможны формирование структурных агрегатов, разрыв корней, усиление испарения. Усадка вызывает изменение процессов разложения органических веществ, увеличение аэробиозиса почвы.
Связность — способность почв оказывать сопротивление разрывающему усилию. Она обусловлена силами сцепления между частицами и зависит от состава коллоидов и катионов. Наиболее связными являются глины, малооструктуренные почвы, насыщенные одновалентными катионами. Связность измеряется в Па при испытании образцов на сдвиг, разрыв, изгиб, раздавливание. В легких почвах органическое вещество и некоторая влажность увеличивают связность, в суглинистых, наоборот, уменьшают. Связность почвы влияет на качество обработки и сопротивление воздействию машин и орудий.
Твердость почвы — способность сопротивляться сжатию и расклиниванию. Измеряется с помощью твердомеров и выражается в Па. Твердость почвы зависит от механического состава, состава насыщающих почву катионов и влажности. По мере увлажнения почвы ее твердость уменьшается, при насыщении одновалентными металлами — увеличивается, малогумусные почвы тверже гумусовых, оструктуренные почвы менее тверды, чем неоструктуренные.
Твердость может быть использована при определении необходимой с'йлы тяги при обработке почвы по формуле Р = каб, где к — удельное сопротивление почвы, меняющееся от 29,42 до 88,25 Па при влажности от 30 до 70% от полной влагоем- кости, оно находится в прямой зависимости от твердости почв, что позволяет ограничиваться определением твердости; а - глубина пахоты, см; б — ширина захвата плуга, см.
Спелость почвы — такое состояние, при котором она не прилипает, хорошо крошится, имеет наименьшее удельное сопротивление и не пылит. Различают физическую и биологическую спелости. Физическая спелость наблюдается при оптимальной влажности, которая колеблется в пределах 40—60% полной вла- гоемкостн. Биологическая спелость, по Д. И. Менделееву, такое состояние почвы, при котором она «подходит, как тесто» от наличия в ней углекислого газа или максимальной биологической активности микроорганизмов (разложения и переработки органических веществ, освобождения элементов питания).
ВОДНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ
Вода — важнейший фактор жизни па Земле. Она входит в состав всех живых организмов, участвуя практически во всех процессах, связанных с развитием растений. Вода играет огромную роль в формировании и развитии почвенного покрова.
[В почвообразовании, особенно в формировании почвенного плодородия, вода относится к наиболее существенным биофизическим реагентам, значимость которых сопоставима, по определению Г. Н. Высоцкого, лишь с кровью живого организма.
Источником воды на поверхности суши чаще всего являются атмосферные жидкие (дожди, ливни) и твердые (снег, изморозь, иней) осадки, а также грунтовые воды, залегающие в корнсоби- таемой зоне при близко расположенном уровне грунтовых вод. Часть влаги поступает в форме сконденсированной парообразной влаги.
Количество поступающей в почву воды зависит от климата, рельефа, типа и вида растительности, гидрогеологических условий. Количество воды, поступающей на поверхность суши, измеряется в мм водного слоя: 1 мм осадков на 1 га соответствует 10 т воды. Для создания 1 г сухого вещества растениям требуется от 200 до 1000 г воды. Следовательно, для создания
400—500 т сухого вещества леса нужно 40—50 тыс. т воды или не менее 400—500 мм осадков. Известно, что летом в средней полосе выпадает только 200—300 мм, следовательно, остальную часть влаги лесные насаждения берут из почвы, благодаря ее водоудерживающей способности.
Водоудерживающая способность почвы обусловлена ее порис
тостью, раздельночастичностью и дисперсностью, величина кото- 1—2 (в песках) до 200—300 м2 (в глинах)тостью, раздельночастичностью и дисперсностью, величина кото- 1—2 (в песках) до 200—300 м2 (в глинах)ооооооООООООооооооооооооооРис. 25. Формы влагиРис. 25. Формы влагиввпочве [21]:почве [21]:рой колеблется оторой колеблется оточастицы, покрытые влагой: 1 —• гигроскопической; 2 — максимальной гигроскопической; 3, 4 — пленочной; 5 —■ гравитационнойчастицы, покрытые влагой: 1 —• гигроскопической; 2 — максимальной гигроскопической; 3, 4 — пленочной; 5 —■ гравитационнойсколько форм влагисколько форм влагиввСКОРО состояния и сил,СКОРО состояния и сил,для поверхности почвы массой 1 г. Такая огромная поверхность почвенных частиц обусловливает большую поверхностную энергию сил притяжения, пропорциональных площади поверхности. В результате парообразная и жидкая вода, поступая через поры в почву, удерживается под влиянием этих сил, образуя специфические формы влаги.Формы влаги в почве. Попав на поверхность почв и рыхлых горных пород, обладающих водопроницаемостью и водоудерживающей способностью, вода соприкасается с минеральными и органическими частицами и, взаимодействуя с ними, образует различные формы влаги, отличающиеся силами взаимодействия и доступностью для растений (рис. 25).Впервые существование различных форм влаги в почвах и грунтах было научно и экспериментально доказано А. Ф. Лебедевым [21]. Впоследствии учение о формах влаги в почве было развито в работах [33], [15] и др.В настоящее время выделяют независимости от ее физического и хнмнче- которыми она удерживается.для поверхности почвы массой 1 г. Такая огромная поверхность почвенных частиц обусловливает большую поверхностную энергию сил притяжения, пропорциональных площади поверхности. В результате парообразная и жидкая вода, поступая через поры в почву, удерживается под влиянием этих сил, образуя специфические формы влаги.Формы влаги в почве. Попав на поверхность почв и рыхлых горных пород, обладающих водопроницаемостью и водоудерживающей способностью, вода соприкасается с минеральными и органическими частицами и, взаимодействуя с ними, образует различные формы влаги, отличающиеся силами взаимодействия и доступностью для растений (рис. 25).Впервые существование различных форм влаги в почвах и грунтах было научно и экспериментально доказано А. Ф. Лебедевым [21]. Впоследствии учение о формах влаги в почве было развито в работах [33], [15] и др.В настоящее время выделяют независимости от ее физического и хнмнче- которыми она удерживается.Химически связанная влага. Вода, входящаяХимически связанная влага. Вода, входящая
тостью, раздельночастичностью и дисперсностью, величина кото- 1—2 (в песках) до 200—300 м2 (в глинах)
тостью, раздельночастичностью и дисперсностью, величина кото- 1—2 (в песках) до 200—300 м2 (в глинах)
о
о
о
о
о
о
О
О
О
О
О
О
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
Рис. 25. Формы влаги
Рис. 25. Формы влаги
в
в
почве [21]:
почве [21]:
рой колеблется от
о
рой колеблется от
о
частицы, покрытые влагой: 1 —• гигроскопической; 2 — максимальной гигроскопической; 3, 4 — пленочной; 5 —■ гравитационной
частицы, покрытые влагой: 1 —• гигроскопической; 2 — максимальной гигроскопической; 3, 4 — пленочной; 5 —■ гравитационной
сколько форм влаги
сколько форм влаги
в
в
СКОРО состояния и сил,
СКОРО состояния и сил,
для поверхности почвы массой 1 г. Такая огромная поверхность почвенных частиц обусловливает большую поверхностную энергию сил притяжения, пропорциональных площади поверхности. В результате парообразная и жидкая вода, поступая через поры в почву, удерживается под влиянием этих сил, образуя специфические формы влаги.
Формы влаги в почве. Попав на поверхность почв и рыхлых горных пород, обладающих водопроницаемостью и водоудерживающей способностью, вода соприкасается с минеральными и органическими частицами и, взаимодействуя с ними, образует различные формы влаги, отличающиеся силами взаимодействия и доступностью для растений (рис. 25).
Впервые существование различных форм влаги в почвах и грунтах было научно и экспериментально доказано А. Ф. Лебедевым [21]. Впоследствии учение о формах влаги в почве было развито в работах [33], [15] и др.
В настоящее время выделяют независимости от ее физического и хнмнче- которыми она удерживается.
для поверхности почвы массой 1 г. Такая огромная поверхность почвенных частиц обусловливает большую поверхностную энергию сил притяжения, пропорциональных площади поверхности. В результате парообразная и жидкая вода, поступая через поры в почву, удерживается под влиянием этих сил, образуя специфические формы влаги.
Формы влаги в почве. Попав на поверхность почв и рыхлых горных пород, обладающих водопроницаемостью и водоудерживающей способностью, вода соприкасается с минеральными и органическими частицами и, взаимодействуя с ними, образует различные формы влаги, отличающиеся силами взаимодействия и доступностью для растений (рис. 25).
Впервые существование различных форм влаги в почвах и грунтах было научно и экспериментально доказано А. Ф. Лебедевым [21]. Впоследствии учение о формах влаги в почве было развито в работах [33], [15] и др.
В настоящее время выделяют независимости от ее физического и хнмнче- которыми она удерживается.
Химически связанная влага. Вода, входящая
Химически связанная влага. Вода, входящая
в форме ионов в состав вторичных глинистых минералов или образующая гидроокиси металлов, называется конституционной. Она может быть удалена при нагревании до 150—300е С. Если влага входит в структуру минерала — кристаллическую решетку, то она носит название кристаллизационной, так как влага захватывается минералами при их кристаллизации. Эта влага может быть удалена при нагревании до 105—108° С. Химически связанная влага удерживается ионными и молекулярными силами и не может быть использована растениями.
Парообразная форма влаги. Парообразная влага находится в почвенном воздухе, заключенном между почвеп-
ными частицами. Обычно почвенный воздух полностью насыщен водяными парами. В парообразной форме влага передвигается из теплых слоев почвы в холодные, где происходит ее конденсация — сгущение. Образование конденсата парообразной влаги также происходит при остывании поверхности почвы, например ночью в песчаных почвах.^нем сконденсировавшаяся влага снова переходит в парообразное состояние. Тот же процесс конденсации и последующего замерзания воды происходит зимой. В летний период парообразная влага может передвигаться в глубокие горизонты почв. После конденсации часть ее становится доступной для растений. Однако большого значения в жизни растений эта форма влаги не имеет.
Гигроскопическая влага. Гигроскопичность — способность мелкораздробленных частиц поглощать молекулы влаги из воздуха. Благодаря этому твердая частица покрывается тонкой пленочкой влаги. Эта форма влаги удерживается молекулярными силами в 20* 103—50- 103 МПа. Гигроскопическая влага обладает особыми свойствами. Ее плотность около 1,7, она не замерзает и не растворяет солей* Количество поглощенной влаги зависит от природы вещества, температуры и количества водяного пара, находящегося в почвенном воздухе. Максимальное количество влаги, которое может поглотить из воздуха мелкораздробленное вещество, определяется в эксикаторе над 10%-ным раствором серной кислоты, который поддерживает 94%-ную влажность воздуха. Определенная таким образом величина влаги называется максимальной гигроскопичностью. Гигроскопическая влага растениям недоступна.
Пленочная влага. Эта форма влаги является одной из самых распространенных в природе форм воды. При поступлении влаги в почву или грунт первые ее порции идут на увеличение толщины пленки воды вокруг частицы и удерживаются большими молекулярными силами, поэтому они недоступны для растений. Общее количество недоступной влаги равно примерно 1,5 максимальной гигроскопичности почв. При этой влажности растения обнаруживают признаки завядания. Новые порции влаги, поступающей в почву, идут на дальнейшее построение водной пленки и удерживаются меньшими молекулярными силами. Эта часть влаги способна передвигаться от более толстых к более тонким пленкам. Передвижение происходит медленно, и хотя влага доступна растениям, ее запас в почве невелик. После насыщения почв или грунта пленочной влагой новые порции воды уже не могут удерживаться молекулярными силами и образуют капиллярную форму влаги, которая поступает в капиллярные промежутки.
Капиллярная влага. Между частицами, слагающими рыхлые горные породы и почвы, имеется очень большое количество промежутков. Поры почвы, величиной от 0,1 до 0,003 мм, образуют густую разветвленную систему капилляров. Чем
меньше размер частиц, тем тоньше капилляры в почве. Капилляры способны поднимать п удерживать влагу. Чем тоньше капилляры, тем медленнее п выше поднимается в них влага. Если капилляры заполнить влагой сверху, то избыток ее стечет а оставшаяся часть будет удерживаться в них.
По форме различают капиллярно-подпертую влагу, если вода поднимается вверх от уровня грунтовых вод, и капиллярно-подвешенную, если влага висит в верхнем слое почвы, что наблюдается после выпадения и просачивания осадков. В песчаных отложениях капилляры очень крупные и вода полностью не заполняет промежутки между частицами, образуется лишь так называемая стыковая вода, заполняющая узкие промежутки стыков между песчаными частицами. В структурных суглинистых почвах капиллярная вода находится внутри комочков и на их стыках. В глинистых, иловых почвах капилляры очень тонкие (менее 0,003), вода через них не проходит, так как стенки капилляров заняты гигроскопической влагой. Капиллярная влага подвижна и является основной формой, доступной для растений.
Водные свойства почвы. Влагоемкость— количество воды, характеризующее водоудерживающую способность. Она выражается в процентах массы почвы, а при учете объемной плотности ■— в мм для определенного слоя почвы. Влагоемкость, как правило, увеличивается при увеличении количества глинистых частиц в почве. Наибольшей влагоемкостью обладают органогенные горизонты — лесные подстилки и торф, удерживающие влагу в 5—20 раз больше своей массы.
Различают максимальную молекулярную, наименьшую, капиллярную и полную влагоемкость почвы.
Максимальная молекулярная, или максимальная адсорбционная, влагоемкость равна максимальной гигроскопичности почвы. Она зависит от механического состава почв. Чем больше илистых частиц содержит почва, тем выше максимальная гигроскопичность. У песков она колеблется в пределах 0,5—1,5%, у тяжелых суглинков достигает 8—10%.
С этой формой влагоемкости связана величина влажности устойчивого завядания растений (ВУЗ). Обычно ниже этой влажности вода в почве становится недоступной и растения гибнут. У песчаных почв ВУЗ колеблется в пределах 1—3%, у тяжелосуглинистых почв она около 20%.
Влажность завядания (%)для пахотного горизонта дерново- подзолистых и черноземных почв составляет:
Механический составПесчаные Супесчаные и легкосуглинистые . . . .Средне- и тяжелосуглинистые . . . .Глинистые Механический составПесчаные Супесчаные и легкосуглинистые . . . .Средне- и тяжелосуглинистые . . . .Глинистые Дериово-подзол истые1—33—66—12Дериово-подзол истые1—33—66—12ЧерноземныеЧерноземные4—89—1516—224—89—1516—22
Механический состав
Песчаные
Супесчаные и легкосуглинистые . . . .
Средне- и тяжелосуглинистые . . . .
Глинистые
Механический состав
Песчаные
Супесчаные и легкосуглинистые . . . .
Средне- и тяжелосуглинистые . . . .
Глинистые
Дериово-подзол истые
1—33—6
6—12
Дериово-подзол истые
1—33—6
6—12
Черноземные
Черноземные
4—8
9—15
16—22
4—8
9—15
16—22
Наименьшая, или полевая, влагоемкость соответствует капиллярно-подвешенной влаге, образующейся после стекания избытка влаги в глубь почвы при достаточно глубоком залегании грунтовых вод. Величина наименьшей влагоемкости зависит от механического, минералогического, химического состава почвы и ее объемной плотности. В песчаных почвах наименьшая влагоемкость равна 3—5%, в суглинистых и глинистых 18—23%, а в хорошо оструктуренных суглинистых почвах даже 35—38%.
Испарение капиллярно-подвешенной влаги может идти до определенного предела, пока почва не достигнет влажности разрыва капиллярных связей (ВРК). Обычно ВРК в хорошо оструктуренных почвах равна 90%, в плохо оструктуренных или микроагрегативных — 60—70% наименьшей влагоемкости. В песчаных почвах влага в жидком виде не передвигается к поверхности почвы.
При влажности почвы между ВРК и наименьшей влагоем- костью растения не испытывают недостатка во влаге.
Капиллярная влагоемкость — количество влаги, удерживаемое почвой в пределах капиллярной каймы. Количество удерживаемой влаги зависит от мощности почвенного профиля и высоты над уровнем «свободного зеркала воды». В предельных случаях опа равна полной пористости почвы, т. е. колеблется от 26 до 40—45%. Капиллярная влагоемкость меньше в крупнозернистых песках и оструктуренных почвах.
Полная влагоемкость наблюдается при заполнении влагой всех пор почвы и равна общей пористости почвы.
Продуктивная влага — количество воды, доступное для растений. Вычисляется для определенного слоя почвы по формуле
ВПр = 0П-Н (Вабс— ВУЗ),
где ВПр — влажность продуктивная; И — слой почвы, дц; ОП — объемная плотность, г/см3; Вабс — наблюдаемая влажность. Оптимальный запас влаги в почвах колеблется в пределах 100—200 мм.
Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги от грунтовых вод, образуя капиллярную кайму. Если капиллярная кайма выходит на поверхность почв, то наблюдаются либо процессы заболачивания (на севере), либо засоления почв (на юге).
Водоподъемная способность зависит от механического состава. В песках капиллярная кайма имеет высоту до 0,7—0,8 м, в супесях до 1,0—1,5 м, в средних и тяжелых суглинках до 3—-5 м. Водоподъемная способность для легких по механическому составу почв может быть вычислена по формуле Н = = 75: d, где Н — высота капиллярного поднятия, см; d— средний диаметр почвенных частиц, мм.
Водопроницаемость — способность почвы пропускать воду; измеряется количеством мм водного слоя в 1 мин (мм/мин).
Зависит от механического состава, объемной плотности, водо- прочности структуры и влажности и поэтому меняется во времени.
Различают две стадии процесса — впитывание и фильтрацию (просачивание). Впитывание происходит до тех пор, пока поры почвы не заполнятся водой, а фильтрация — после заполнения их и образования сплошного потока жидкости.
По Н. А. Качинскому, если при столбе воды 50 мм и ^+10° С почва пропускает за 1 ч более 1000 мм, водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 — излишне высокой, от 500 до 100 — наилучшей, от 100 до 70 хорошей, от 70 до 30 удовлетворительной и менее 30 мм — неудовлетворительной.
Провальная фильтрация характерна для лесных подстилок и рыхлых песков; лучшая — для средних и легких, хорошо острук- туренных суглинков; удовлетворительная — для иллювиальных горизонтов, дерново-подзолистых почв и неудовлетворительная для плотных почвенных горизонтов.
Водопроницаемость играет большую роль как в жизни почв, так и в сохранении почвенного плодородия. Высокая водопроницаемость лесных подстилок обеспечивает впитывание влаги в почву после ливней, таяния снега. Наоборот, низкая фильтрация уплотненных горизонтов способствует образованию поверхностного стока воды, эрозионных процессов, формированию внутрипочвенной верховодки, заболачиванию и непродуктивному испарению влаги в атмосферу.
Испаряющая способность почвы зависит от ее механического состава, степени оструктуренности, покрытия поверхности почвы мертвым и живым покровом, а также от рельефа, климата и степени увлажнения участка.
Максимальное испарение наблюдается на оголенных бесструктурных, насыщенных до капиллярной влагоемкости участках почв, минимальное — с поверхности крупнозернистых песков и участков, покрытых лесной подстилкой или мульчей.
Особенности водных свойств лесных подстилок. Лесные подстилки снижают испарение в 3—7 раз по сравнению с открытым местом или луговой растительностью и могут удержать воды в 5—7 раз больше, чем их масса. Они, обладая высокой фильтрацией, препятствуют образованию поверхностного стока, способствуя формированию нисходящего тока воды и пополнению запасов почвенной влаги. Лесные подстилки не вызывают водной эрозии, предохраняют почву от ударов дождевых капель, способствуя сохранению рыхлого строения верхних горизонтов почв и защищая структурные комочки от разрушения. Они способствуют также сохранению в почвах капиллярной влаги.
§ 32. ВОДНЫЙ БАЛАНС ПОЧВЫ
Водный баланс — это совокупность всех видов поступления влаги в почву и ее расходование из определенного слоя за конкретный промежуток времени. Водный баланс почв рассчитывают по результатам измерения приходных и расходных статей, выраженных в мм водного слоя.
При самом простом расчете, особенно для длительных многолетних периодов в районах с установившимся климатом, предполагается, что приход воды в почву И равен ее расходу из почвы Р, ЗВ — запас влаги. Однако в природе, особенно для кратковременных периодов, такое положение сохраняется редко, так как из года в год колеблется как количество влаги, поступающей в почву, так и ее расход. Например, в жаркое сухое лето количество влаги, поступающей в почву, уменьшается, а испарение с поверхности почвы, транспирация и десук- ция (отсасывание воды корнями из почвы) увеличиваются. Недостающая влага берется растениями из почвенных запасов.
И, наоборот, во влажные годы расход может быть меньше прихода, и тогда запасы влаги в почве пополняются. Этот же процесс повторяется и по временам года. Весной происходит накопление воды, которая постепенно расходуется в летний период.
Поэтому для расчета баланса может быть использована формула П = Р±ЗВ.
Наиболее крупными статьями прихода влаги на какой-либо участок можно считать атмосферные осадки, достигшие поверхности почвы ОС, приток влаги из грунтовых вод ВГ, поступление воды с навеваемым снегом С, боковой приток воды по поверхности почвы БВ, приток внутрипочвенной влаги (почвенной верховодки) ВИ.
Наиболее крупными статьями расхода влаги являются: испарение влаги из почвы ИИ, испарение влаги осадков, задержанных кронами деревьев ИК, испарение с травяного покрова ИТ, испарение с лесных подстилок ЛИ, отсасывание воды корнями на транспирацию растений (десукция) Д, сток поверхностный СТ, сток внутрипочвенный СТВ, отток влаги в грунтовые воды ОТ. При наблюдениях учитывается запас влаги в начале наблюдений ЗВН и запас влаги в почве в конце наблюдений ^звку
Для плоских участков или средних частей ровных склонов с глубоким залеганием грунтовых вод приток и отток воды одинаков. Учитывая, что физическое испарение с поверхности растений, лесной подстилки и поверхности почвы равно суммарному испарению ^ИФ^, водный баланс почв будет выглядеть следующим образом: ОС=ИФА-Д^ЗВ.
Формула водного баланса может меняться в зависимости от климатических условий, местоположения участка, типа растп-
тельности и других условий. Она используется для количественного выражения использования влаги под различными типами растительности, изучения их влияния на водный режим почв, выявления водорегулирующей роли тех или иных культур и насаждений, определения их потребности во влаге.
Сопоставляя данные прихода и расхода влаги, можно сделать вывод: если в почву поступает влаги больше, чем ее расходуется, значит избыточная влага пополняет запасы грунтовой воды, и наоборот.
Типы водного режима почв. Поскольку водный баланс в различных почвенно-климатических условиях складывается по-
Рис. 26. Схема водного баланса при разных типах режима [33]:
а — водный режим промывного типа; б — водный режим непромывпого типа; в — водный режим выпотного типа; / — осадки; 2— влага, задержанная кроной; 3— поверхностный сток; 4 — физическое испарение и десукция почвенным растительным покровом; 5 — почвенный сток; 6 — десукция древесным пологом; 7 — грунтовый сток; 8 — испарение и десукция
разному, соотношение между приходными и расходными ста- тьями меняется, меняются и типы водного режима почв (рис. 26). Г. Н. Высоцкий [8] установил три основных типа водного режима.
Промывной (пермацидный) тип водного режима характеризуется ежегодным промачиванием почвы до грунтовых вод. Он распространен на территориях, где осадки превышают испарение, т. е. частное от их деления больше 1,
0С>ИФ + Д + ЗВ, или —^—>1.
И Ф + д
Чаще всего это территории лесной зоны, влажных субтропиков, тропиков, блюдцеобразных понижений, западин.
Н е п р о м ы в н о й (импермацидный) тип характерен для территорий, где влага не проникает до грунтовых вод, расположенных обычно глубоко. В этом случае
ОС = ИФ^Д^ЗВ, или —=1.
ИФ + Д
Такое соотношение характерно для южной части лесостепной, степной и пустынной зон. Ниже капиллярпо-подвешеппой влаги сохраняется горизонт с постоянным увлажнением, близким к влажности устойчивого завядания растений, за что Г. Н. Высоцкий назвал его «мертвым» горизонтом.
Выпотной (эксудативный) тип водного режима характерен для территорий с преобладанием расхода влаги над осадками. Такой режим наблюдается в поймах рек и на территориях с близким залеганием грунтовых вод от поверхности почв в степных и полупустынных районах.
В этом случае
0С<ИФ+ДА-ЗВ, или 0С <1.
ИФ + д
Сопоставляя годовые суммы осадков и годовые величины испаряемости, Г. Н. Высоцкий дал приближенные значения коэффициента увлажнения для лесной зоны— 1,33, лесостепной — 1,0, степной черноземной — 0,67, зоны сухих степей — 0,33.
А. А. Роде [33], развивая учение Г. Н. Высоцкого, выделил еще три типа водного режима.
Мерзлотный тип водного режима, когда па слое вечной мерзлоты образуется верховодка.
Пери од ическ и-про м ы в и ой тип водного режима, когда влага не каждый год достигает поверхности грунтовых вод.
Де су кт и в но-вы потной тип, когда корпи растений, перехватывая влагу из капиллярной каймы грунтовых вод, создают условия, при которых расходная часть водного баланса становится больше приходной.
ВЛИЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
НА ВОДНЫЙ РЕЖИМ МЕСТНОСТИ
Древесные насаждения являются наиболее мощными испарителями влаги, причем значительная ее часть используется наиболее рационально, т. е. используется на фотосинтез и транспирацию. Влияние леса на водный режим почв, местности и крупных территорий может быть непосредственное — функциональное и косвенное и рассматривается отдельно для массивных насаждений и лесных полос различной конструкции.
Массивные лесные насаждения испаряют влаги больше, чем любые угодья, занятые нелесными типами растений. Де-, сукция древесных пород наибольшая, поэтому лес сушит почвы и понижает уровень грунтовых вод.
Задерживая на кронах влагу, леса быстро возвращают ее в атмосферу, оказывая увлажняющее влияние па окружающее пространство, способствуя переносу влаги в более засушливые районы страны (трансгрессивное влияние)
Леса способствуют влагозарядке почвы: в зимнее время накапливают больше снега (особенно в лиственных насаждениях и меньше в сосновых и еловых); уменьшают глубину промерзания почвы; благодаря высокой фильтрации лесной подстилки в лесах практически отсутствует поверхностный сток, который переводится в нисходящий поток воды под лесом; они в 5—10 раз меньше испаряют воды с поверхности почвы по сравнению с лугом.
Полезная транспирационная часть расхода влаги в лесу значительно больше, чем на других видах угодий, так как лес представляет собой многоярусные растительные сообщества (основной полог, второй ярус древесных пород, подрост и подлесок, живой напочвенный травяписто-кустарничково-моховой покров с защитой поверхности почв лесной подстилкой).
В связи с этим общее влияние массивных лесов сказывается на увеличении интенсивности влагооборота, а отсюда понятна климатоувлажняющая, почво- и грунтоосушительная, противоэрозионная и руслоохраняющая роль лесов.
Лесные полосы, включая общие свойства массивных лесов, выполняют специфическую роль.
Лесные полосы плотной конструкции, перехватывая поверхностный сток, переводят его во внутрипочвенный, образуя «по- тускул» (кормитель). То же самое происходит при накоплении и таянии снега по опушкам таких полос. В результате под лесной полосой или па ее опушке образуется вертикальный поток влаги, питающий грунтовые воды.
Лесные полосы ажурной и продуваемой конструкции при сдувании снега ветром не задерживают его под пологом, но зато распределяют более равномерно по всему полю, способствуя более глубокому промачиванию почв. Необходимо отметить, что на безлесных пространствах нередко с полей сдувается до 70% снега в балки, овраги, ложбины. Это вызывает образование поверхностного стока.
Регулирование водного режима осуществляется таким образом, чтобы отношение прихода и расхода влаги приближалось к единице. Это осуществляется орошением территорий засушливых районов, осушением переувлажненных. Уменьшение расхода влаги достигается рыхлением, боронованием, культивацией, вспашкой, мульчированием. Увеличение расхода влаги — подбором влаголюбивых растений, прикатыванием, уничтожением дернин, оставлением пашни в гребнях, грядовой вспашкой, посадкой массивных лесных насаждений с высокой транспирацией и т. д.
ПОЧВЕННЫЙ ВОЗДУХ
Благодаря пористости почва обладает воздухопроницаемостью. Воздухопрон ицаемость — свойство почвы пропускать воздух через поры, не занятые водой. Общий объем поч-
венных пор выше наименьшей влагоемкости (капиллярно-подвешенной влаги) называют в оз д у х о е м к ос т ь ю, а общий объем пор, свободных от влаги, в о з д у х ос о д е р ж а н п е м, или п орозн остью аэрации. Воздухоемкость и воздухосо- держание выражаются в процентах объема почвы.
Воздушные свойства почвы зависят от влажности, объемной плотности, механического состава, структурности почвы. Благодаря воздухопроницаемости и порозности аэрации в почвах в том или ином количестве присутствует почвенный воздух. Почвенный воздух — газы, находящиеся в порах почвы, свободных от влаги; количество его выражается в процентах объема почвы, его содержание меняется в зависимости от динамики влажности почв в данной местности.
Почвенный воздух может находиться благодаря коллоидам в поглощенном состоянии, растворенным в почвенной влаге (вода может поглощать до I—2% О2), в защемленном состоянии (когда воздух находится в порах, со всех сторон окруженных водной пленкой) и в свободном состоянии.
Почвенный воздух хорошо дренированных почв содержит (%): азота 78, кислорода 21, аргона 0,9, углекислого газа 0,03 и по составу мало отличается от атмосферного. В нем, однако, больше углекислоты и меньше кислорода.
В зависимости от пористости, влажности, состава растений, количества органических веществ, микроорганизмов, содержание О2 и СО2 в почвенном воздухе может меняться от 0 до 20%. Различия в концентрации О2 и СО2 определяются интенсивностью использования О2, выработкой СО2 и быстротой обмена газового состава между атмосферным и почвенным воздухом ■— аэрацией.
Аэрация, или газообмен почвенного воздуха с атмосферным, осуществляется благодаря воздухопроницаемости почвы. Перемещение молекул происходит вследствие различия парциального давления газов (диффузии). Так как в почвенном воздухе больше углекислоты, чем в атмосферном, в первую очередь в почву поступает кислород, а выходит из нее углекислота. Процесс диффузии газов в самой почве происходит в 5—20 раз медленнее, чем в атмосфере. На аэрацию оказывает влияние поступление влаги в почву, которая вытесняет воздух в атмосферу.
Значительное влияние на газообмен оказывают верховодки и близколежащие (1,5—2,0 м) грунтовые воды с переменным уровнем. При подъеме уровня воды воздух, обогащенный углекислотой, выталкивается в атмосферу, а при опускании уровня воды происходит втягивание атмосферного воздуха, обогащенного кислородом. В этом положительная роль грунтовых вод. Аэрация усиливается благодаря изменению температуры и барометрического давления атмосферы. Нагревание почвы сопровождается расширением газов и их выходом в приземной слой
воздуха; то же самое происходит при уменьшении атмосферного давления. И, наконец, газообмен почв усиливается при действии ветра в приземном слое, обычно занятом топ пли иной растительностью.
Значение почвенного воздуха и аэрации для почвенных процессов, жизни растений и микроорганизмов определяется составом почвенного воздуха и, в частности, соотношением кислорода и углекислоты.
Значительная часть почвообразовательных процессов, связанных с разложением органических веществ, сопровождается окислительными процессами, активной микробиологической деятельностью. Поэтому самые верхние органогенные горизонты поглощают значительное количество кислорода. Так, лесная подстилка способна поглотить до 400 мл/кг кислорода, гумусовые горизонты поглощают от 0,5 до 3 мл на 1 кг абсолютно сухого вещества, а нижние горизонты подзолистых почв — десятые и сотые доли миллилитра.
Поглощается кислород и растущими корнями растений, микроорганизмами. Причем во всех случаях в почвенный воздух выделяется углекислый газ, количество которого обеспечивает фотосинтез растений на 40—70%. При недостатке кислорода создаются анаэробные условия, замедляются процессы разложения органических веществ, сменяются группы микроорганизмов, изменяется валентность Fe и Мп, начинаются процессы оторфовывания, оглеения, разрушения почвенной структуры с образованием плотных горизонтов.
Анаэробные условия складываются в почвах при содержании кислорода 2,5—5% или, если его меньше 5,5 см3 в 1 кг почвы. В результате недостатка кислорода в почве изменяются интенсивность и направление почвообразования, а почвенный воздух насыщается недоокисленными соединениями (метан, сероводород, ароматические вещества) и главным образом углекислотой, содержание которой может достигать 15—20% объема.
Находящийся в почвах углекислый газ способствует образованию (при реакции выше pH 5) бикарбонатов. При реакции среды ниже pH 5 углекислый газ способствует растворению карбонатов и, по-видимому, образуя угольную кислоту, может участвовать в процессах химического и биохимического выветривания, способствуя перемещению различных веществ по профилю почв. При недостатке кислорода прекращается рост корней, проростков, элементы питания становятся недоступными, а изменяющиеся физические условия в почве приводят к прекращению роста растений и потере почвенного плодородия.
Для обеспечения паилучшпх условий газового состава почвенного воздуха, аэрации, роста растений и развития микроорганизмов необходимо, чтобы порозность аэрации верхних горизонтов почвы находилась в пределах 15—20% объема почвы.
Соотношение в почвах О2 и СО2 постоянно меняется в связи с сезонными и годовыми циклами развития растений и климатическими факторами.
Улучшение воздушного режима почвы прямо связано с обычными агротехническими приемами по регулированию физических свойств почв и водного режима. Повышение аэрации почв достигается уменьшением увлажнения верхних горизонтов. Однако для роста растений требуется оптимальное соотношение между почвенным воздухом и влагой, что достигается лишь в хорошо оструктуренных почвах добавлением органических удобрений! при вспашке. Хороший эффект дает осушение болот, создание микроповышений, лесомелиоративных насаждений.
ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Источником тепла в почве является тепло лучистой энергии Солнца. Среднее количество тепла, поступающее на поверхность Земли, составляет 8,15 Дж/С° на 1 см2 в минуту (солнечная постоянная). Часть этого тепла отражается от поверхности Земли, а часть рассеивается в атмосферу растительным покровом, поэтому к поверхности почвы приходит значительно меньшее количество энергии, которая поглощается и передается в глубь почвы благодаря ее тепловым свойствам.
Теплопоглотительная способность обеспечивает поглощение части лучистой энергии Солнца, которая затем превращается в тепловую, часть же лучистой энергии отражается от поверхности почвы. Отношение отраженной части энергии к полной выражается альбедо. Альбедо идеально отражающей поверхности равно 100, а абсолютно черного тела 0. Максимальное альбедо имеет снег — 88—91, минимальное-— чернозем сухой— 14. У серозема сухого альбедо составляет 25— 30, песок желтый или белый имеет альбедо 34—40.
У влажных почв значительно меньшая отражательная способность (так, альбедо чернозема влажного равно 8, серозема 10—12).
Теплоемкость (массовая)—количество тепла, необходимое для нагревания 1 г сухой почвы на ГС (Дж/С°), или 1 см3 почвы на ГС (Дж/С° на Г). Массовая теплоемкость абсолютно сухих минеральных почв колеблется в довольно узких пределах — от 0,15 до 0,20. Она очень сильно зависит от влажности почв. У влажных песчаных почв она возрастает до 0,7, у суглинков до 0,8, у торфов до 0,9. Поскольку песчаные почвы имеют меньше влаги и, следовательно, прогреваются и остывают быстрее, их называют «теплыми».
Теплоемкость почв зависит от тех их свойств, которые влияют на поглощение воды, а именно от гидрофильности коллоидов, содержания илистых частиц, наличия и характера органического вещества.
Теплопроводность — свойство почвы проводить тепло с той пли иной скоростью. Она измеряется количеством тепла в джоулях (Дж), проходящим через 1-сантиметровый слой сухой почвы площадью 1 см2 в 1 с. Тепло передается конвекционно через газ, жидкость или твердые частицы. Медленнее всего тепло проводит сухая структурная, богатая органикой почва. Наиболее быстро проводит тепло минеральная часть почвы; чем крупнее частички, тем больше теплопроводность: крупные песчаные частицы нагреваются в 2—2,5 раза быстрее, чем, например, пыль. Теплопроводность почв зависит от их плотности: при увеличении плотности с 1,1 до 1,6 теплопроводность возрастает в 2—2,5 раза. При увеличении же пористости от 30 и выше теплопроводность падает. Влажные почвы более теплопроводны, чем сухие.
Температуропроводность — способность тела изменять температуру под влиянием потока тепла, измеряется изменением температуры на ГС при расстоянии 1 см через 1 см2.
Тепловой режим почвы определяется совокупностью явлений поглощения, передвижения и отдачи тепла. Тепловой режим почвы определяется распределением температур на разной глубине и в разные периоды.
В европейской части СССР минимальные температуры устанавливаются в почвах в январе или феврале, максимальные в июне и июле. Различают суточные и годовые колебания температур в почве. Наибольшее колебание их наблюдается в верхнем слое, а минимальные изменения на глубине 3—5 м. Каждому почвенному типу присущи свои пределы колебания температур на глубине 20 см. Поэтому основным показателем теплового режима является средняя температура на этой глубине за определенный период времени. Так, средняя температура за теплый период для подзолистых почв колеблется в пределах 6—10°С, черноземов—11—15, каштановых 14—16°С. Суточный ход температур имеет форму синусоиды с максимумом около 13 ч и минимумом 4—5 ч (перед восходом солнца), причем суточный перепад температур может достигать 25—30° С.
Роль теплового режима для растений и биологических процессов определяется количеством тепла, влаги и воздуха в почве. Наилучший рост корневых систем растений наблюдается в интервале 10—25° С. С увеличением количества тепла происходит размножение бактерий, повышается их биологическая активность, а следовательно, переработка органического вещества, усиливается процесс газообмена и передвижения влаги в почве. При снижении температуры все процессы замедляются, а при падении температуры ниже 0°С начинается замерзание почвы. Следует отметить, что почвенная влага, как правило, при 0°С нс замерзает. При температурах ниже —10° С замерзает почти вся влага, за исключением прочносвязанной. В это время происходит передвижение влаги к поверхности из
Нижних горизонтов. При промерзании почвы влажность верхних горизонтов может превышать полную влагоемкость из-за раздвигания почвенных частиц кристаллами образующегося льда. В отдельных горизонтах может накапливаться до 100 мм осадков.
Промерзание почвы имеет как положительное, так и отрицательное значение. Положительное значение промерзания выражается в образовании почвенной структуры, миграции почвенных животных в нижние слои, способствующей разрыхлению почвы и улучшению ее водопроницаемости, задержке начала вегетации для растений, боящихся заморозков. Отрицательное значение промерзания состоит в понижении водопроницаемости и, следовательно, усилении стока, задержке микробиологических и химических процессов, выжимании растений и задержке их развития.
Промерзание почвы и его глубина зависят от толщины снежного покрова, лесной подстилки, густоты и мощности напочвенного покрова. В лесу почвы часто промерзают на значительно меньшую глубину, чем в поле.
Оттаивание почвы зависит от количества тепла в почве и в атмосфере, а также от толщины снежного покрова. Оттаивание может идти тремя путями: снизу за счет тепла почвы, снизу и сверху за счет быстрого схода снега и тепла почвы и только сверху, если почва промерзает до слоя вечной мерзлоты. После оттаивания почва оказывается более рыхлой и влажной, а если оттаивание произошло до активного снеготаяния, почва поглощает талую воду и насыщается сю до большой глубины. При дальнейшем прогревании создаются благоприятные условия для роста растений, развития микробиологических процессов — почва приходит в состояние спелости.
Тепловой режим почвы характеризуется радиационным, или тепловым, балансом по уравнению R = LE-\-P-\-A, где R-—радиационный баланс; Р — турбулентная передача тепла из почвы в атмосферу; А— расход тепла на нагревание почвы; L — суточная теплота испарения и Е — суммарное испарение за расчетный период времени.
Все единицы выражаются в Дж/см2/ч или кДж/см2/мес.
Тепловой баланс для различных почвенно-климатических зон неодинаков. В зависимости от среднегодовой температуры и промерзания почвы В. Н. Димо [27] выделяет четыре типа температурного режима почвы.
Мерзлотный, где среднегодовая температура почвенного профиля ниже нуля, длительно сезонно-промерзающий — почвы с глубиной промерзания не менее 1 м и длительностью промерзания более 5 мес., сезонно-промерзающий — среднегодовая температура почвенного профиля положительная, а длительность промерзания менее 5 мес. и непромерзающпй тип — промерзания почв нс наблюдается.
Регулирование теплового режима обеспечивается различными агротехническими и лесокультурными мероприятиями. Такие приемы, как снегонакопление, прикатывание снега кольчатыми катками, посыпание его золой, оставление гребнистой пашни, мульчирование темными веществами, покрытие пленкой, создание лесных полос способствуют прогреванию почвы. Наоборот, сгребание снега и лесных подстилок, выравнивание, прикатывание поверхности усиливают процессы охлаждения почв.
Особенно благоприятное воздействие на температурный режим почвы оказывают создание лесных полос, глубокая вспашка, внесение органического вещества, рыхление (культивация, боронование), меры по снегонакоплению, т. е. общие агротехнические меры, направленные в целом на улучшение физических свойств.
ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ
Ойо определяется соотношением воздуха, влаги и тепла в почве. Отрицательные физические свойства почвы ограничивают корнеобитаемый слой. К ним можно отнести: высокую объемную плотность—1,65 и выше, некапиллярную порозиость ниже 3 % объема почвы, 10—15-дневное затопление корневых систем бескислородной влагой, содержание кислорода ниже 10% в течение длительного периода, вечную мерзлоту, малую глубину оттаивания почвы (менее 25—30 см). Эти отрицательные свойства могут нс только резко ограничить зону корнеобитаемого слоя почвы, но и привести к гибели корневых систем древесных пород.
Древесные насаждения, обладая мощной надземной и подземной частью, сложным многоярусным строением и лесной подстилкой, оказывают многостороннее положительное влияние на почвы, улучшая их физические свойства: объемную плотность, порозность, аэрацию, температурный, водный и газовый режимы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Перечислите общие физические свойства почвы.
От чего зависит объемная плотность почвы?
Перечислите основные формы влаги.
Дайте характеристику типов водного режима почв.
Какова роль кислорода в почвенном воздухе?
Какие почвы называются «холодными», а какие «теплыми» и почему?
ГЛАВА XL ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
Плодородие — специфическое свойство почвы, отличающее се от материнской породы.
§ 37. ПОНЯТИЕ О ПЛОДОРОДИИ почв
Под плодородием понимают способность почв удовлетворять потребность растений в воде и питательных веществах. Важными факторами, определяющими плодородие почв, являются также свет и тепло.
Условия, определяющие плодородие почвы, могут быть прямые, непосредственно влияющие на рост и развитие растений, и косвенные. К прямым условиям относятся запасы доступной воды, аэрация, реакция среды, форма и количество доступных элементов питания и их соотношение. К косвенным условиям могут быть отнесены: количество микроорганизмов, глубина залегания ограничивающих корнеобитаемый слой почвы плотных горизонтов и обработка почвы. Прямые и косвенные условия взаимосвязаны и оказывают большое влияние на урожай растений.
Каждое отдельное условие, или фактор жизни растений, может быть недостаточным (минимальным) для роста растений, оптимальным (когда наблюдается наибольший урожай растений) и избыточным, максимальным (когда наблюдается токсикоз и урожай растений уменьшается). Для любого растения вреден как недостаток, так и избыток какого-либо фактора (например, элемента питания). Наиболее благоприятные условия для жизни растений и получения высокого урожая создает оптимальное влияние фактора. Однако факторы, определяющие развитие растений, действуют не изолированно, а в совокупности. Оптимальное плодородие соответствует оптимальным соотношениям факторов.
В различных почвенно-климатических зонах условия, определяющие почвенное плодородие, различны. Ограничивающими условиями в зоне тундры будут низкие температуры и избыточное увлажнение почв, в лесной зоне — избыточное увлажнение и кислотность почв, в лесостепной и степной зонах — недостаток воды и нередко избыточное содержание в почвах натрия хлора. На песчаных почвах сказывается недостаток влаги и элементов питания, а на тяжелосуглинистых — низкая аэрация и большая плотность почв. Таким образом, плодородие ограничивается различными условиями, связанными с факторами почвообразования.
§38. ВИДЫ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ
Различают естественное, потенциальное, искусственное и эффективное, или действительное, плодородие почв.
Естественное плодородие — свойство почвы, образовавшейся под естественной растительностью при естественном протекании почвообразовательных процессов. Оно сравнительно мало изменяется во времени и является величиной стабильной для определенного типа почв. В то же время различные по
Рис. 27. Изменение уровня плодородия дерново-подзолистых почв:Рис. 27. Изменение уровня плодородия дерново-подзолистых почв:а — высота сосновых насаждений на почвах: 1 — неоглеен- ных; 2 — оглеенных; 3 — глеевых; б — березняки на неог- леенных почваха — высота сосновых насаждений на почвах: 1 — неоглеен- ных; 2 — оглеенных; 3 — глеевых; б — березняки на неог- леенных почвахпроисхождению почвы характеризуются неодинаковым плодородием (рис. 27), а одна и та же почва имеет разнос плодородие для растений, отличающихся по биологическим свойствам. Например, на лугово-глеевых почвах прекрасно растут луговые травы и гибнут или очень плохо растут ельники и сосняки.
Рис. 27. Изменение уровня плодородия дерново-подзолистых почв:
Рис. 27. Изменение уровня плодородия дерново-подзолистых почв:
а — высота сосновых насаждений на почвах: 1 — неоглеен- ных; 2 — оглеенных; 3 — глеевых; б — березняки на неог- леенных почвах
а — высота сосновых насаждений на почвах: 1 — неоглеен- ных; 2 — оглеенных; 3 — глеевых; б — березняки на неог- леенных почвах
На песчаных почвах хорошо растут сосняки и плохо — ельники и дубравы.
Потенциальное плодородие определяется валовым (общим) запасом элементов питания в почве, находящихся как в доступной, так и недоступной формах.
f / Искусственное плодородие создается при использовании обработки почв, внесении удобрений, выращивании культур различных растений, осушении, орошении. Естественное, потенциальное и искусственное плодородия неразрывно связаны между собой, поскольку снабжение растений влагой и пищей зависит от свойств
природной почвы, а также от изменения свойств почвы подприродной почвы, а также от изменения свойств почвы подвлиянием окультуривания.
природной почвы, а также от изменения свойств почвы под
природной почвы, а также от изменения свойств почвы под
Эффективное плодородие, измеряемое величиной урожая, является действительным выражением естественного и искусственного плодородий и в значительной степени зависит от уровня развития науки и техники. К. Маркс писал: «Таким образом, отчасти от развития агрохимии, отчасти от развития механизации земледелия зависит, в какой степени на земель
ных участках одинакового естественного плодородия последнее может быть действительно использовано. Поэтому, хотя плодородие и является объективным свойством почвы, экономически оно все же постоянно подразумевает известное отношение — отношение к данному уровню развития химических и механиче-
ских средств агрикультуры, а потому и изменяется вместе с этим уровнем развития»L
Следовательно, плодородие неуклонно будет возрастать, так как все полнее будут использоваться потенциальные запасы элементов питания и влаги в почве.
При воздействии на почвы необходимо разрабатывать такие методы земледелия и агрохимии, которые позволяли бы поддерживать на максимальном уровне запасы доступных элементов питания и воды с одновременной стабилизацией реакции среды, соответствующей концентрацией почвенного раствора при наилучшем соотношении между воздухом и водой, скоростью аэробных и анаэробных реакций, протекающих в присутствии веществ, стимулирующих рост растений. И, наоборот, необходимо ослабить вредные процессы: образование токсических веществ, уплотнение почвы при ее обработке, засорение нежелательными растениями и микроорганизмами и т. д.
§ 39. «ЗАКОН УБЫВАЮЩЕГО ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ»
И ЕГО КРИТИКА
Еще в конце XVIII в. наблюдалось, что в агрономии при каждом последующем вложении труда и капитала к затраченным ранее урожай получали все меньше и меньше. На основании таких наблюдений французский экономист А. Тюрго сформулировал «закон убывающего плодородия почвы», который сначала получил довольно широкое признание средн буржуаз
ных экономистов.
На основании «закона убывающего плодородия почвы» и теории Мальтуса о том, что рост народонаселения происходит быстрее^ чем увеличение средств существования, выдвигались и выдвигаются в настоящее время на Западе теории о неизбежности нищеты и порока и необходимом ограничении численности народонаселения. Полную несостоятельность этого «закона» показал В. И Ленни: «...закон убывающего плодородия почвы»
вовсе не применим к тем случаям, когда техника прогрессирует, когда способы производства преобразуются; он имеет лишь
весьма относительное и условное применение к тем случаям, когда техника остается неизменной» 2.
В. Р. Вильямс [7] с агрономической точки зрения показал, что этот закон может наблюдаться при изменении лишь одного фактора жизни растений. В. Р. Вильямс использовал для этого опыт Гельригеля по влиянию влажности почв в вегетационных сосудах на урожай овса:
Влажность почвы, % полнойвлагоемкости 51020304060
Урожай (дц/г, сосуд) 163146190217227
Прибавка урожая на каждые 10% влаги полной влагоемкости, % 1248344275
Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т. 25, ч. П, с. 202.
Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 5, с. 102.
эти три фактора жизниэти три фактора жизни
эти три фактора жизни
эти три фактора жизни
Рис. 28. График непрерывного повышения урожая при одновременном воздействии света, воды п пищи:
1 — влажность; а — слабая освещенность; б — средняя освещенность; в — сильная освещенность
Иначе говоря, при одном и том же уровне сельскохозяйственного производства может проявляться действие «закона убывающего плодородия почвы». Однако при воздействии на несколько факторов жизни растений этот «закон» не подтверждается, что и было показано В. Р. Вильямсом [7] на примере вегетационного опыта М. Вольни, в котором изменялись влажность, количество элементов питания и освещенность. На основании опыта была построена диаграмма (рис. 28), из которой следует, что при благоприятном воздействии даже па
урожай растений возрастает.
Следовательно, «закон убывающего плодородия почвы» яв-
ляется не законом природы, а следствием неправильного, несовершенного сельскохозяйственного производства. Эффективное плодородие почв может постоянно повышаться при комплексном и направленном воздействии на почвы. Вопросами плодородия почв занимался известный советский ученый Д. Н. Прянишников. Значение его работ [29] в развитии учения о плодородии и производительном использовании почв заключается в разработке способов и пропаганде применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве. Он показал, что повышение урожаев может быть достигнуто путем внесения необходимого количества удобрений. Д. Н. Прянишников указал, что первые шаги по повышению плодородия почв были сделаны в конце XVIII в. при переходе от трехпольной системы к плодосмену. Однако эта мера позволила удвоить урожай за 100 лет. После применения удобрений урожай удвоился уже за 30 лет.
В настоящее время в нашей стране взгляды Д. II. Прянишникова получили широкое распространение. Химизация сельского и лесного хозяйства является одним из важнейших звеньев дальнейшего повышения урожайности зерновых и технических культур и продуктивности лесных насаждений.
§ 40. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОЧВ
ПО ИХ СВОЙСТВАМ И ПЛОДОРОДИЮ
Поскольку плодородие почв различно, необходимо знать, какие из них лучше, какие хуже для выращивания определенных растений. Этот вопрос решается сравнительной оценкой почв, 126
их свойств п урожая растений. Гакая оценка может быть осуществлена также путем объединения почв близких по наиболее важным свойствам, определяющим развитие одной или нескольких сходных по биологии культур, т. е. по агропропзвод- ственным показателям. В результате оценки определяют и объединяют в сравнительно большие группы почвы и дают характеристику их качеству с рекомендациями по возделыванию тех или иных сельскохозяйственных культур.
Качество почв может быть оценено более точно, если их производительность будет охарактеризована числом, показывающим, во сколько раз данная почва по своим свойствам и урожаю хуже или лучше другой.
Оценка качества почв по плодородию, выраженная в относительных единицах (баллах) свойств почв, находящихся во взаимосвязи с урожайностью главнейших культур, называется бо- н и т и р о в к о й почв (ла г. bonitos — доброкачественность). Оценка почв строится на объективных признаках и свойствах, наиболее важных для роста сельскохозяйственных культур и лесных древесных пород. Свойства почв, отобранные для оценки, могут относиться как к прямым, так и к косвенным условиям роста растений, поэтому при бонитировке почв отражается их важнейшее свойство — плодородие. Результаты бонитировки, или качественной оценки, почв приводятся в виде бонитировоч- ных таблиц, составленных для отдельных культур или их групп. Правильность составления таких таблиц проверяется сопоставлением баллов, полученных по свойствам почв, с баллами по урожайности. Характер изменения баллов должен быть одинаковым (табл. 10).
В пашей стране применяют 100-балльиую разомкнутую и замкнутую шкалы. В разомкнутой шкале за 100 баллов принимают свойства почв со средней урожайностью, в замкнутой — имеющих наибольший урожай. Результаты качественной оценки почв используют при регистрации земель, определении производительности участка или территории, установлении наиболее
10. Оценочная шкала (сокращенная) для определения балла бонитета почв Ростовской обл. [9]
Почвы
А4-В, см
Балл
Гумус, м/га
Балл
Урожай зерновых, ц/га
Балл
Обыкновенные черноземы
75
100
425
100
20
100
Южные черноземы
65
86
375
88
18
90
55
73
325
77
16
80
Темно-каштановые
45
60
275
65
14
70
Каштановые ^.^
35
46
225
53
12
60
Светло-каштановые
25
33
175
41
11
50
урожайных культур, разработке методов повышения плодородия почв и в других целях.
Повышение почвенного плодородия осуществляется комплексом мер биологического и хозяйственного воздействия, направленных на обеспечение оптимального соотношения между влагой, аэрацией и необходимыми для растений элементами питания.
. ЭЛЕМЕНТЫ ПИТАНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РОСТА РАСТЕНИЙ
Нормальный рост растений обусловлен наличием достаточно доступных форм зольных элементов и азота. Обычно растения усваивают из почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно больших количествах; они называются макроэлементами, а В, Мп, Mo, Си, Zn, Со, F используются в ничтожных количествах и называются микроэлементами. К важнейшим из них относятся элементы, без которых невозможно образование белков,— N, Р, S, Fe, Mg; такие элементы, как К, Си, Mg, Na, оказывают огромное влияние на регуляцию работы клеток и формирование различных тканей растений.
Запасы питательных веществ и их доступность для растений. Элементы питания, содержащиеся в почвах, находятся в различных минеральных и органических соединениях, и запасы их обычно значительно превышают ежегодную потребность растений (см. табл. 7). Однако большая часть их находится в форме не доступной для растений: азот в органическом веществе, фосфор в форме фосфатов Fe, Al, Са, калий в поглощенном состоянии, кальций и магний в форме карбонатов, т.е. в нерастворимой в воде форме. Процесс усвоения растениями элементов питания происходит благодаря обменному поглощению. Ионами, способными к обмену, чаще всего являются ионы Н+, НСОГ, образующиеся в результате выделения СО2 корнями. Обменное поглощение возможно и за счет выделения катионов Са и анионов органических кислот [34]. Очевидно, что наиболее доступны для растений соединения в водорастворимой, подвижной и минеральной формах.
Вредные для растений вещества. Эти вещества образуются в результате появления высоких концентраций отдельных ионов (Al, Н), обусловливающих кислую реакцию почв, а также при взаимодействии солей в водных растворах с образованием ядовитых солен (Na2CO3, NaCl), обусловливающих их щелочность и нарушающих водный и пищевой режимы почв. Вредны для растений и недоокисленные соединения — метан, сероводород, закисные формы железа и марганца, образующиеся в переувлажненных почвах. Для нейтрализации вредных соединений применяют известкование кислых и гипсование щелочных почв, орошение для промывки солей и осушение для аэрации почвы.
42. ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР
Почвенным раствором называется вода, находящаяся в почве и содержащая в растворенном состоянии органические и минеральные вещества, а также газы. Почвенный раствор обычно выделяют центрифугированием, отпрессовыванием или замещением воды другой жидкостью, в сочетании с анализом просачивающегося почвенного раствора через тот или иной слой почвы во влажные периоды года (лизиметрический метод). Содержание веществ в почвенном растворе динамично и зависит от многих факторов и сезонной изменчивости. Концентрация веществ в нем обычно невелика и не превышает нескольких граммов на литр. В состав почвенного раствора входят три группы веществ: органические (кислоты, сахара, аминокислоты, спирты, ферменты, дубильные вещества), органо-минеральные (соли гумусовых кислот, полифенолы), минеральные (соли угольной, соляной, серной, азотной, фосфорной и других кислот). В почвенном растворе встречаются анионы НСОГ, СО2", Nor, NO7, SOh, СГ, Н3РОГ, HPOh, катионы Са2+, Mg2+, К+, Na+, Н+, NH+ в сильнокислотных растворах могут быть А13+, Fe3+, в анаэробных условиях Fe2+.
Количественный и качественный составы почвенного раствора в разных почвах неодинаковы. Для болотных, подзолистых болотных и подзолов в растворе преобладают органические соединения; на юге в каштановых, бурых почвах — минеральные соединения; в черноземах количество органических и минеральных соединений в растворе примерно одинаково; в засоленных почвах преобладают ионыСа2+, Na+, Mg2+, Cl , SO2 в кислых Al3+, Н+
Поскольку получение почвенного раствора затруднено, обычно анализируют водную вытяжку. Для этого берут 10 г почвы, приливают 50 мл дистиллированной воды, суспензию взбалтывают и отфильтровывают. Затем производят анализ водной вытяжки. Важнейшим показателем является реакция водной вытяжки из почвы, характеризующая актуальную или активную кислотность почвенного раствора. Кислую реакцию сообщают почвенному раствору различные кислоты, образующиеся при разложении органического вещества: масляная, щавелевая, лимонная, растворимые формы гумусовых кислот; на кислотность оказывает влияние содержание СО2 в воздухе. Щелочная реакция обусловливается присутствием солей слабых кислот и сильных оснований (уксуснокислый натрий). Соли сильных оснований NaCl, MgCl2 и др. Реакция почвенных растворов колеблется от pH 3—3,5 (в сфагновых торфах) до 10—11 в солонцах.
Значение почвенного раствора в плодородии почв и питании растений. Реакция почвенного раствора оказывает значительное влияние на микрофлору почвы. В кислых почвах преобладает 5 Заказ № 1757129
грибная, а в нейтральных и щелочных бактериальная микрофлора. Or се характера зависят скорость, характер и полнота разложения органического вещества и его минерализация, т. е. условия питания растений. Значительная часть растений лучше всего развивается при нейтральной реакции среды, хуже переносит кислую и еще хуже щелочную реакцию. При pH 4 развиваются почти все древесные породы, при pH 8,5 почти ни одна из них не растет из-за избытка в растворе щелочи. Изменение реакции почвенного раствора сопровождается изменением подвижности различных веществ. При щелочной реакции подвижны лишь водорастворимые соли, при кислой подвижны соединения гумуса, илистые частицы, гидроокиси железа, алюминия и других веществ. Все это сказывается на росте древесных пород и сельскохозяйственных культур (табл. 11).
11. Бонитет насаждений и pH водной суспензии (по Д. О. Манцевич)
v
Насаждение
Бонитет
I-I6
П-Ш
III—IV
IV—V
Сосновое Еловое Ольховое
4,8—5,0
5,6—5,8
5,8—6,5
4,7—4,9
4,2—4,8
3,6—4,2
4,5—4,6
3,5—3,8
При pH 7,2—7,4 сосна практически насаждений не образует, за исключением меловой формы, а при pH 8,1—8,2 не растут такие породы, как дуб и вяз.
Культурные сельскохозяйственные растения лучше всего растут при нейтральной реакции среды и выносят реакцию почвенного раствора до pH 8.
Почвенный раствор со слабокислой или нейтральной реакцией лучше всего соответствует условиям питания растений, развитию микроорганизмов, высокому уровню плодородия почв.
Круговорот зольных веществ и азота под лесной растительностью. Отражает уровень почвенного плодородия. Почвенный раствор с растворенными в нем веществами благодаря подвижности, динамичности (после минерализации органических веществ, изменения минеральной части почвы) участвует как в процессах почвообразования, так и в снабжении корневых систем растений элементами питания, замыкая их круговорот. При оптимальном соотношении тепла, воздуха и почвенного раствора, насыщенного различными веществами, плодородие почвы оказывается высоким, а большая часть элементов питания возвращается ежегодно в почву (табл. 12).
Из табл. 12 видно, что лесные насаждения используют небольшое количество элементов питания, причем с увеличением возраста потребность леса в них уменьшается в 4—5 раз. Из биогенных элементов для успешного роста молодых сосняков необходимы главным образом азот, затем калий и фосфор. Высокая потребность в азоте сохраняется в них все время. Сопос-
12. Ежегодный круговорот зольных веществ и азота в сосняках-брусничниках [31]
t Насаждение
^
о го А
Г) О
Ю
Состояние веществ
Количество веществ, кг на 1 га
Z
о
<7
о с?
о о се и
О( го О
о
с^
Сосняк-
30
Извлекаются из почвы
44,3
12,0
15,7
59,3
22,7
13,0
брус-
Возвращаются с опадом
28,1
8,7
10,3
41,9
13,0
8,3
НИЧНИК
Остаются в насаждении
16,2
3,3
5,4
17,4
9,7
4,7
95
Извлекаются из почвы
9,9
3,8
3,0
14,3
4,7
2,3
Возвращаются с опадом
9,7
3,7
2,9
14,1
4,5
2,2
Остаются в насаждении
0,2
0.1
0,1
0,2
0,2
0,1
тавляя запасы азота в почве с потребностью сосняков, можно заключить, что они весьма экономно его расходуют, как, впрочем, и другие элементы питания.
. МЕРЫ ПО ПОВЫШЕНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Повышение плодородия почв в лесном хозяйстве включает все меры по хозяйственному воздействию на них при сплошной обработке почв в питомниках и на плантациях, при частичной обработке, при подготовке культур с внесением удобрений, а на лесных участках — подбором древесных пород. Так, лиственные насаждения: береза, осина, липа, ясень способствуют образованию легко разлагающейся лесной подстилки, богатой основаниями и элементами питания. Соответствие древесных пород условиям произрастания оказывает положительное влияние на почвы через корневые системы, вызывая увеличение интенсивности круговорота элементов питания. Такие древесные породы, как акация, ольха черная п серая, способствуют накоплению в почвах азота. При подготовке территории под естественное возобновление происходит усиление минерализации и аэрация (рыхление) почвы. Для улучшения почв в сухих и свежих борах прибегают к сохранению, а затем разбрасыванию порубочных остатков от рубок ухода, во влажных — рыхлению лесной подстилки, на болотах и заболоченных территориях — осушению. В настоящее время проводят внесение азотных удобрений за 20 лег до главной рубки. Лесные насаждения хорошо реагируют на любые минеральные удобрения, особенно азотные. Повышение плодородия лесных почв в районах с достаточным увлажнением достигается также созданием сложных многоярусных насаждений.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что такое плодородие почв и от чего оно зависит?
Виды почвенного плодородия?
Какие элементы питания необходимы для растений?
Что такое почвенный раствор?
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ПОЧВЫ СССР
ГЛАВА XII. ПОНЯТИЕ О ПОЧВЕННЫХ ТИПАХ И ЗОНАХ
Почвы в природе возникают и развиваются в результате совокупного взаимодействия основных факторов почвообразования. При постоянном воздействии комплекса факторов почвообразования из рыхлой материнской породы формируются почвы, отличающиеся скоростью и направлением отдельных процессов, характером поступления, разложения и синтеза органических веществ, водным, воздушным, тепловым и пищевым режимами.
Факторы почвообразования изменяются во времени и пространстве. При изменении факторов во времени происходит эволюция почв: меняется интенсивность процессов почвообразования, почва из одного состояния переходит в другое. При изменении факторов в пространстве, например на поверхности суши, образуется значительное разнообразие почв, соответствующих совокупному влиянию природных условий. Даже в пределах небольших участков (площадью по 3—5 тыс. га) может быть до 200 различных почв, на территории СССР их более 3 тыс.
Все многообразие почв в природе может быть разделено на группы, сходные по происхождению, важнейшим признакам и свойствам. Такое разделение входит в задачу классификации почв.
. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ
Слово классификация произошло от латинских слов classis — разряд, группа и facere— делать. Первая генетическая классификация была предложена В. В. Докучаевым в 1879 г., а в 1886 г. опубликована. Современная классификация основана на учении В. В. Докучаева и строится на научной системе таксономических единиц, учитывает признаки и свойства, приобретенные в результате хозяйственной деятельности людей, отражает производственные особенности почв, способствуя их рациональному использованию. Основной единицей современной классификации является генетический тип, объединяющий большую группу почв, характеризующихся единством природных условий и ярким проявлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими.
13. Общая схема классификации почв СССР (без горных областей и тундры, фрагмент)
ы S CQ
О А АО XО ФФ х ФФо
со 2 гоЯ ЯX Лл сх XX2
У W5дДО XД Ф У^го
о У SуКО ду 22го
яВЕ §2 аГ -§
ЛО го ।
.- g & g S Ф яУ =2 . = 2 5g
ogSSE^g§§ggu„^,
у Ф X Ф д Яу 2 2О Д S До
5 § 5 &н g & mSS^Ss^i яо
5
С-
О Ф 2>^ФО Ф XУГ3
КО У Л Ф И XКО 3
ГО XдУГО Ф U.шУта СО
X . СХ дД ФХ X3X со
og’gsgsg?s S“gS.
g^a§ gg§
2 cd X x <u н я Чя ° g
ГО Я CQ ДX 2? ГО О
Н m Ф д cl£ГО S 5ЙУ С
о 5 ПsЕ° л
о-&ф чф з 22
1 Ф § х %X 2 О 2 X я |ф§
у 3 3у Е Я я °%х
SsPsHSsssSsi5»Si
к к
с
Kl'Oо CL,Ф3 3
О Лко ОS5pОд
го £ВфЙсф 2
<и о 22 зшн2
од* го
22 хф3 го.яф у
g§ о.3 2К &5 2 2Го3 0
^л0д0< оту2
Я 3 2го ГоО Го ГоX3 5
ьsу чя
к к н
ФФгого
3Фд£Ля
иофоо 2 у 2
54Ота2
йa5
5 ю & ^ sи ^
коСП
В СССР преобладают почвы следующих типов: тундровые глеевые, подзолистые, болотные, серые лесные, черноземы, каштановые, сероземы, солонцы, красноземы и желтоземы. Более мелкие единицы классификации — подтипы, роды, виды, разновидности и разряды относят к систематике почв (габл. 13).
Подтип почв — это группа в основном типе почв, которая имеет признаки и свойства как основного, так и налагающегося почвообразовательного процесса.
Род почвы определяется комплексом местных особенностей: материнской породой, составом грунтовых вод, особенностями древнего почвообразования, характером вымывания тех или иных элементов, степенью развитости почвенного профиля.
Вид почвы определяется по степени выраженности одного пли нескольких сопряженных процессов почвообразования, разновидность — по механическому составу верхних горизонтов, разряд — по материнским и подстилающим породам.
На основе классификации составлен номенклатурный список почв СССР. Номенклатурой почв называют правила, по которым составляется название почвы. При названии почв на первое место ставят генетическую часть, на второе — механический состав верхних горизонтов почв и на последнее место — название материнской породы и ее механический состав. Номенклатурный список используется при картировании почв.
ПОНЯТИЕ О ПОЧВЕННЫХ ЗОНАХ И ОСНОВНЫЕ
ПОЧВЕННЫЕ ЗОНЫ СССР
Распространение почв на территории нашей страны подчиняется закону горизонтальной, или широтной, зональности на равнинах и вертикальной — в горах. Впервые этот закон был установлен В. В. Докучаевым. Почвенные зоны в нашей стране имеют широтное простирание и сменяют друг друга с севера на юг в соответствии с изменением основных условий почвообразо-
14. Распространение растительных и почвенных зон [41]
V
Зона растительности
Преобладающие типы зональных почв
Площадь
млн. га
%
Тундровая
Тундрово-глеевые
345
15,6
Лесная
Подзолистые
1150
52,0
Лесостепная
Серые лесные, черноземы, ле-
127
5,7
состепи
Лугово-степная
Черноземы
189
8,6
Степная
Каштановые
107
4,9
Полупустынная и пусты н-
Бурые, серо-бурые, сероземы
219
9,9
ная
Прочие
74
3,3
вания (рис. 29). Почвенные зоны, встречающиеся на территории СССР, различны (табл. 14). Одни — сплошные и занимают большую площадь, другие — прерывистые и небольшие.
В пределах каждой зоны выделяют более или менее однородные районы и провинции, которые служат основой районирования почв.
Кроме зональных, существуют интразональные почвы, встречающиеся пятнами, полосами во всех почвенных зонах страны.
5\(УгщП\О°С,Ш.ПочВы \пун0ро\ подзолистые | черноземы \№тгсно6ые\сероземы5\(УгщП\О°С,Ш.ПочВы \пун0ро\ подзолистые | черноземы \№тгсно6ые\сероземыВыеВыеРис. 29. Схематический профиль широтной почвенной зональности на территории европейской части СССРРис. 29. Схематический профиль широтной почвенной зональности на территории европейской части СССР
5\(УгщП\О°С,Ш.
ПочВы \пун0ро\ подзолистые | черноземы \№тгсно6ые\сероземы
5\(УгщП\О°С,Ш.
ПочВы \пун0ро\ подзолистые | черноземы \№тгсно6ые\сероземы
Вые
Вые
Рис. 29. Схематический профиль широтной почвенной зональности на территории европейской части СССР
Рис. 29. Схематический профиль широтной почвенной зональности на территории европейской части СССР
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о почвенной классификации.
Какова общая закономерность распространения почв в природе?
ГЛАВА XIII. ПОЧВЫ ТУНДРОВОЙ ЗОНЫ
В холодной суровой тундре начинается зональный процесс почвообразования.
ГРАНИЦЫ И ПЛОЩАДЬ ЗОНЫ
Тундра занимает обширную территорию, площадь ее равна 15,6% общей площади страны. Равнинная тундра занимает 180 млн. га, горная—165 млн. га. Тундра распространена на Кольском п-ве, п-ве Канин, Печорской низменности. Далее
граница проходит к северу от Полярного круга на п-вах Ямал, Таймыр, идет па юг до северной границы Среднесибирского плоскогорья и затем через Чукотку к Берингову проливу.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климат тундры суровый с очень холодной, ветреной и малоснежной зимой, коротким п прохладным летом. Среднегодовая температура самой «теплой», Кольской части тундры —0,6° С, а самой холодной, азиатской —16° С. Холодный сухой ветер, дующий с Ледовитого океана, сносит снег, иссушая живую часть растений. На глубине 30—150 см от поверхности почвы расположен слой вечной мерзлоты. В течение прохладного короткого лета влаги испаряется меньше, чем выпадает за год, что создает условия для избыточного увлажнения. Глубина грунтовых вод 0,2—0,5 м.
Растительность тундры по составу может быть разделена на несколько подзон. Арктическая тундра, покрытая грубыми каменистыми россыпями, раздроблена морозными трещинами на многоугольники — полигоны. Растительный покров сильно изрежен и представлен сине-зелеными водорослями, накипными лишайниками и мелкими мхами.
В л и ш а й н и к о в о - м о х о в о й тундре наиболее распространены мхи и лишайник ягель. Характерная особенность мхов п лишайников — малое содержание зольных элементов — 0,5—3%. Постепенно лишайниково-моховая тундра переходит в кустарниковую. В растительном покрове, кроме мхов и лишайников, появляются заросли ив, карликовая береза, багульник, ягодные кустарнички (голубика, брусника, клюква), злаки, особенно пушица. Кочками пушицы иногда занято до 30—50% площади тундр, что дало основание назвать их кочкарниками.
Лесотундровое редколесье появляется сначала в защищенных от ветра и хорошо дренированных местах и долинах рек, а затем распространяется на всю территорию. Лесотундра по составу пород неодинакова: на Кольском п-ве преобладает береза, в восточноевропейской части — ель, в Западной Сибири — лиственница, на Чукотке — кедровый стланик. Запас древесины не превышает 10—20 м3/га при общей площади лесотундры 500 тыс. км2, или 50 млн. га. Рельеф огромного, занятого тундрой, пространства весьма разнообразен.
Западная часть представляет равнину с увалистыми или холмистыми формами рельефа, которые сформировались благодаря деятельности ледников, флювиогляциальных потоков, рек, ветров и океана. Восточная часть гориста. Почвообразующие породы различны, отличаются преимущественно легким механическим составом. В равнинной части преобладают ледниковые и флювиогляциальные отложения, а также морские отложения, возникшие после отступления Ледовитого океана.
В горных районах в результате морозного (физического) выветривания образуются элювиальные отложения, осыпи, которые и служат материнскими породами.
мерзлоты, ооразование мо-мерзлоты, ооразование мо-Рис. 30. Тундрово-глеевая (а) и охристо-глеевая (б) почвыРис. 30. Тундрово-глеевая (а) и охристо-глеевая (б) почвыОБРАЗОВАНИЕ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТУНДРОВЫХ ПОЧВ
мерзлоты, ооразование мо-
мерзлоты, ооразование мо-
Рис. 30. Тундрово-глеевая (а) и охристо-глеевая (б) почвы
Рис. 30. Тундрово-глеевая (а) и охристо-глеевая (б) почвы
Почвообразование в тундре протекает в условиях отрицательных среднегодовых температур, обусловливающих формирование и сохранение слоя вечной розных трещин, развитие процессов, приводящих к перемешиванию грунта в верхнем активном, оттаивающем слое.
В почвах преимущественно развиваются микроскопические грибы, анаэробные гнилостные бактерии. Бактерии, фиксирующие азот, почти отсутствуют. Количество микроорганизмов сравнительно невелико. Даже небольшое количество (2—5 ц/га) отмирающего органического вещества, поступающего на поверхность почвы и в ее толщу, не успевает перерабатываться микроорганизмами и накапливается в форме оторфованных органических остатков. Постепенно общее количество
органического вещества накапливается до 4—5 т/га на поверхности почв и до 7—8 т/га в ее толще. При разложении органических остатков освобождается большое количество водорастворимых органических веществ, в которых преобладают фульвокислоты. В толще почвы из-за переувлажнения и недостатка кислорода воздуха в присутствии органического вещества развиваются глеевые процессы, в результате которых соединения железа становятся более подвижными. Железо в глеевых почвах находится в закисной форме, что придает почвам голубоватый или сизый цвет. При опускании грунтовых вод поступающий в почву кислород воздуха окисляет соединения железа, образуя охру ярко-желтого, оранжевого, красного и бурого цветов. Почва становится охристо-глеевой.
Тундрово-глеевые почвы состоят в основном из трех горизонтов: Ао — оторфованной подстилки; At — перегнойно-аккумулятивного горизонта мощностью 2—6 см и глеевого горизонта. Общая мощность почв колеблется от 20 до 80 см. Если верхняя часть почв просыхает, образуются охристо-глеевые горизонты (рис. 30). В песчаных и супесчаных почвах при вымывании водорастворимых органических соединении на некоторую глубину
образуется темноокрашенпый гумусово-иллювиальный горизонт Bn, постепенно переходящий в материнскую породу.
В тундровых почвах содержится 1—2,5% гумуса; минеральная часть слабо изменена. Наибольшие изменения наблюдаются в самом верхнем (8—20 см) слое почвы. При значительном накоплении гумусовых веществ и преобладании фульвокислот происходит подкисление верхних горизонтов почвы. Степень насыщенности почв основаниями в южной части колеблется в пределах 50—70%, а в северной — 70—80%. В верхней части почвенного профиля наблюдается накопление полуторных соединений железа, а калий, кальций и магний вытесняются из поглощающего комплекса верхних горизонтов.
Таким образом, для тундры наиболее характерны процессы накопления оторфованных органических остатков и глеевые процессы, протекающие в толще почвы. В зоне лесотундры начинает проявляться подзолистый процесс и образуются карликовые подзолы мощностью 8—15 см.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ
Впервые самостоятельный тип «полярных почв» выделил В. В. Докучаев [14]. Н. М. Сибирцев [36] выделил их в зону тундровых почв. В дальнейшем работы по изучению природных условий и почв проводились главным образом советскими учеными. В настоящее время различают несколько типов почв тундры: полигональные, тундрово-глеевые, болотные и дерновые.
Полигональные почвы формируются в условиях резкого преобладания процессов физического выветривания и действия низких температур. Поверхность почв в этих районах покрыта сетью полигонов в виде многоугольников, отделенных друг от друга каменными валиками. На каменных валиках поселяются растения, образующие при отмирании торфянистую подстилку. Минеральная часть полигональных почв более или менее однородна. Их различают по выраженности глеевых процессов, механическому составу и материнским породам. Тундрово-глеевые почвы — это зональные почвы, занимающие 105 млн. га. Болотные почвы занимают 18 млн. га и представлены преимущественно низинными торфяниками. Дерновые почвы большого распространения не имеют.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ ТУНДРЫ
В зоне тундры примерно 75% территории занято оленьими пастбищами, 5% находится под лесами и кустарниками, около 10%—под болотами и 10%—под неудобными землями. Для сельскохозяйственного освоения наиболее благоприятны почвы легкого механического состава, так как оттаивают на большую 138
глубину и лучше дренированы, однако и они требуют агротехнических мероприятии, направленных на усиление биохимических процессов, улучшение воздушного, теплового и пищевого режимов почв. Повышение плодородия почв может быть достигнуто при проведении гидромелиоративной сети (осушении), глубокой обработке почв, применении гребневой вспашки, формировании мощного пахотного горизонта с одновременным внесением высоких доз минеральных и бактериальных удобрений. В условиях тундры картофель может давать урожай 70— 90 ц/га, а на лучших почвах до 200—300 ц/га, капуста белокочанная 250—500 ц/га. В тундре также выращивают лук, чеснок, а в некоторых районах — репу, редьку, морковь, свеклу, вико-овсяные смеси на силос, турнепс и брюкву, кормовую капусту, дающую урожай 6—7 т/га.
Большое значение в жизни людей тундры имеют лесное редколесье и кустарниковые заросли. Леса снижают силу ветра, достигающего иногда скорости 35 м/с, повышают температуру воздуха, способствуют большему прогреванию почв. Редколесья защищают сельскохозяйственные участки от холодных ветров, способствуют накоплению снега и сохранению посевов. В последнее время редколесье тундры в ряде районов входит в систему защитных лесов. Создание в подзоне лесотундры, обладающей неблагоприятными лесорастительнымп условиями, защитных полос будет иметь большое хозяйственное значение. Наиболее устойчивы здесь ель, лиственница и сосна, а также кустарниковые породы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о почвообразовательном процессе в зоне тундр.
Какие почвы наиболее распространены (дайте их характеристику).
ГЛАВА XIV. ПОЧВЫ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ
Лесная зона занимает 52% территории страны.
ГРАНИЦЫ И ПЛОЩАДЬ ЗОНЫ
Общая площадь зоны 1150 млн. га, из них 65% занято равнинами, остальная часть — горами. С севера лесная зона ограничивается линией Мурманск — Мезень — Салехард — Игарка— Оленек- Верхоянск — Усть-Камчатск. Южная граница лесной зоны тундры проходит по линии Львов — Киев —■ Тула — Горький — Ижевск — Свердловск — Тюмень — Томск — Кемерово— Горно-Алтайск — Усть-Каменогорск. Наибольшая ширина лесной зоны 2300 км, наименьшая — 600 км. Территория, запятая лесами, по природным условиям очень разнообразна.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климат лесной зоны континентальный, умеренно холодный. Средняя годовая температура в европейской части СССР изменяется от —3 до +4° С, а в азиатской, например в районе Якутска, колеблется от —11 до —8° С. Количество осадков изменяется в пределах 350—600 мм в год. Больше их выпадает в западных районах, меньше — в восточных. Продолжительность теплого периода, когда температура воздуха выше +5° С, составляет 120—180 дней. Количество тепла, которое получает поверхность почвы, примерно в 2 раза больше, чем в тундре. Наиболее общей чертой климата лесной зоны, за исключением некоторых районов, является постоянство влажности воздуха летом и превышение количества осадков над испарением в 1,1 — 1,3 раза, что обеспечивает формирование промывного типа водного режима. Большое влияние на почвообразование и рост лесов оказывает глубина залегания вечной мерзлоты в восточной части зоны.
Рельеф лесной зоны разнообразен. На европейской части СССР зона лесов распространена в пределах Русской равнины, рельеф которой в основном сформировался в четвертичный период под влиянием ледников, флювиогляциальных и речных вод. На территории европейской части СССР встречаются невысокие возвышенности — Валдайская, Смоленская, Московская с абсолютной высотой 200—400 м. Поверхность возвышенностей сильно эродирована, пересечена долинами рек, балками и оврагами. Значительную территорию занимают Полесье, Приволжская и Среднерусская возвышенности. В азиатской части огромная территория занята Западно-Сибирской равниной. Равнина слабодренирована, заболочена. Восточная Сибирь, наоборот, гориста.
Почвообразующие материнские породы имеют различное происхождение. В европейской части страны происхождение и состав материнских пород в основном связаны с деятельностью ледников и их вод, а также рек. Это песчаные флювиогляциальные отложения Полесья и Мещерской низменности, пески Архангельской, Ленинградской, Псковской областей, Коми АССР. Большая часть территории, покрытой песками, на небольшой глубине подстилается мореной более ранних оледенений или третичными и более древними отложениями различного происхождения. Возвышенные участки и водораздельные пространства обычно покрыты моренами, покровными а иногда и лёссовидными суглинками. В горных районах Сибири почвы формируются на элювии коренных кристаллических горных пород. Встречаются и другие материнские породы, например у подножия холмов и склонов — делювиальные отложения, а в районах Западно-Сибирской равнины широко распространены морские отложения.
Растительность лесной зоны представлена лесами различного состава и продуктивности. Часть зоны занята болотами и лугами. Лесная зона делится на две подзоны: тайги и смешанных лесов. Подзона тайги преимущественно представлена хвойными лесами из лиственницы, ели, пихты, сосны, кедра с примесью березы и осины. Под пологом хвойных лесов растут: в сухих условиях — лишайники; на свежих и влажных почвах — зеленые мхи, полукустарничковые ягодные растения — черника, голубика, брусника; на сырых почвах — клюква, морошка. В южной части подзоны состав лесов тайги более разнообразен, а участие лиственных пород в их составе увеличивается. В напочвенном покрове, кроме мхов, лишайников и ягодных полукустарничков, появляются злаки. Территория часто заболочена, особенно в районах Западной Сибири. При вырубке, гибели или смене лесов быстро распространяются злаковые дернин- ные травы. Южная граница подзоны тайги проходит по линии Псков — Ярославль — Горький — Йошкар-Ола — Свердловск — Тюмень — Новосибирск.
В подзоне смешанных лесов происходит постепенная смена хвойных лесов мелколиственными. В составе насаждений часто встречаются липа, дуб, клен.
ПОДЗОЛИСТЫЕ ПОЧВЫ
Подзолистый процесс почвообразования. В результате разложения лесных подстилок появляются новые органические соединения —• гуминовые кислоты, фульвокислоты, синтезирующиеся в слое грубого и мягкого гумуса или подгоризонтов Ло и Ло (табл. 15).
Гуминовые кислоты, вступая в реакцию с минеральными солями, образуют нерастворимые соли — гуматы сероватого или черного цвета. Частично гуминовые кислоты проникают в мине-
15. Химический состав органического вещества лесных подстилок, % на высушенное при 70—75° С обеззоленное вещество [32]
Р о ь « К V и Ч
5 ^ О
С ч с
Органические вещества
3
2 R
rr
су
R
6 §
о су
о
3
3
>>с
•&R
о 2 £ о о о
СУ
(V л К S
I -
о o'
а;
11,8
12,6
25,7
27,3
3,3
2,9
4,8
8,6
0,6
Ао
10,4
7,3
18,4
21,9
2,4
6,4
13,7
16,4
0,5
Ао
10,5
6,8
16,3
19,3
1,5
7,2
15,2
18,5
0.3
ральную часть почвы. Подобным образом ведут себя и фульво- кислоты. Часть их может передвигаться вниз по почвенному профилю, другая часть вступает в реакцию с минеральной частью почв, образуя фульваты, которые, однако, растворимы в воде.
Под воздействием воды и кислот, поступающих из лесной подстилки в минеральную часть почвы, растворяются хлориды (например, КС1), часть карбонатов (например, СаСОз, MgCO3). Почвенный раствор подкисляется, обусловливая обменные реакции между почвенным поглощающим комплексом и кислотами почвенного раствора. Кальций, магний, калий замещаются на ионы водорода, и почвенный поглощающий комплекс становится не насыщенным основаниями. Образующиеся соли Са2+ и Mg2+ с гуминовой кислотой нерастворимы в воде и остаются в верхнем слое почвы. Соединения Са2+, Mg2+, К+ и других катионов с фульвокислотами растворимы в воде и перемещаются вниз по профилю почвы, т. е. происходит выщелачивание оснований. В верхнем слое минеральной части почвы под гумусовым горизонтом уменьшается количество щелочно-земельных элементов и ухудшается способность почв образовывать структуру.
Дальнейшее поступление кислот приводит к разрушению минералов, образованию более простых соединений К, Са, Mg, Fe и Al, а также соединений железа и алюминия с фульвокислотами. В результате образуются органо-минеральные соединения железа и алюминия, в том числе фульваты, которые в условиях промывного режима при большом количестве осадков вымываются в нижние горизонты почв. Верхние минеральные горизонты почв, из которых вымыты органо-минеральные и большая часть минеральных соединений, приобретают светлосерый или белесый цвет из-за присутствия SiO2, которая в условиях кислой среды теряет подвижность, не перемещается по профилю почвы п накапливается в верхней части почвенного профиля непосредственно под гумусовым горизонтом.
Этот горизонт почвы по внешнему виду напоминает золу и
16. Физико-химические свойства подзола на тяжелом карбонатном суглинке
Горизонт
Глубина образца,
Частицы, %
Данные валового анализа, % на прокаленную навеску
<0,001
<0,01
Si О,
А1Ю.,
Fe.Oa
СаО
Ао
0—8
—
—
79,5
11,42
2,5
1,0
а2
8—11
15,5
36,4
78,2
11,2
3,4
1,2
А,—В
11—22
Н,1
31,7
73,1
13,5
5,1
1,3
Вс
27—37
28,1
50,3
69,7
12,1
4,4
4,3
Ск
55—65
26,2
45.6
—
-—
—
—
1-12
назван поэтому подзолистым. Горизонт обозначается индексом А2. Обычно его называют горизонтом вымывания, или элювиальным. Одновременно происходит формирование нижнего горизонта — горизонта вмывания, или иллювиального, за счет накопления солей, органических, органо-минеральных и минеральных соединений, поступающих из верхних горизонтов почвы. В этом горизонте образуются вторичные глинистые минералы, здесь же задерживаются илистые частички, вмытые водой. Постепенно образуется глинистый и плотный горизонт В. По сравнению с материнской почвообразующей породой в нем содержится больше глинистых частиц, повышена емкость поглощения катионов, больше содержится калия. Фосфор чаще всего находится в соединении с железом, образуя фосфаты железа. Постепенно иллювиальный горизонт переходит в материнскую . породу — С. Часть соединений, образовавшихся в почве, вымывается за пределы почвенного профиля.
Строение и свойства. Под лесом, особенно в северотаежной зоне, где преобладает промывной тип водного режима, формируются почвы со следующим строением (примерный профиль):
Ао 0—4 см — лесная подстилка;
Ai 4—6 см — перегнойно-аккумулятивный горизонт (мощностью до 3 см);
А2 6—11 см — белесый, пылеватый, мучнистый горизонт подзола;
В 11—45 см — красно-бурый, богатый коллоидными частицами, уплотненный иллювиальный горизонт;
С глубже 45 см — материнская рыхлая горная порода.
Почва такого строения называется подзолом. Подзолы чаще всего формируются в подзоне северной тайги, но могут образовываться в любой части лесной зоны, особенно на легких по механическому составу отложениях, где они имеют резко выраженный горизонт А2 и относятся к подтипу подзолистых почв.
В условиях северной тайги на песчаных отложениях образуются гумусово- и железисто-иллювиальные подзолы небольшой (50—70 см) мощности. Если произвести химический анализ маломощного среднесуглинистого подзола, образовавше- 137]
Гумус (по И. В. Тюрину), %
pH солевое
Содержание, мг-экв и а 100 г почвы
Степень насыщенности основаниями почв
V, %
Содержание, мг на 100 г почвы
Н
S
к,о
Р2О5
3,4
7,6
19,7
17,9
58,3
13,6
0,86
3,6
3,7
3,4
18,9
7.0
1,0
0.55
4,3
1,1
4,1
45,1
7,0
10,8
0,45
5,7
0,1
13,7
89,5
■—■
—
0,28
7,3
о,1
12,3
96,0
—
—
гося на тяжелом карбонатном суглинке Архангельской обл., то можно убедиться в соответствии внешних морфологических признаков полученным данным (табл. 1(5).
Количество фульвокислот, как и следовало ожидать, в подзолах больше, чем гуминовых кислот [19]:
Горизонты А2
Гуминовые кислоты . . . .10
Фульвокислоты 20
Отношение гуминовых и фульвокислот 0,5
а2вв7,07,218,617,90,380,4а2вв7,07,218,617,90,380,4Рис. 31. Профиль подзолистой почвыРис. 31. Профиль подзолистой почвыКлассификация. Тип подзолистых почв делят на подтипы: глееподзолистые, подзолистые и дерново-подзолистые. Глееподзолистые почвы и подзолы выделяют по мощности подзолистого горизонта: маломощный подзол— мощность горизонта А2 менее 15 см; среднемощный— горизонт А2 от 15 до 25 см и мощный— А2 более 25 см (рис. 31). Подзолистые почвы разделяют также по глубине оглеенпя. Если почвы имеют пятна глея, их называют ог- леенпыми, а если глеевые горизонты, то глеевыми.
а2вв
7,07,2
18,617,9
0,380,4
а2вв
7,07,2
18,617,9
0,380,4
Рис. 31. Профиль подзолистой почвы
Рис. 31. Профиль подзолистой почвы
Среди подзолистых почв наиболее распространены следующие роды почв: обычные (слово «обычные» в названии опускается); остаточ- но-карбонатные — имеют карбонаты в горизонте В пли С; контактно-глееватые— образуются на двучленных наносах, где оглеение наблюдается в зоне контакта разных по механическому составу отложений; иллювиально-железистые — горизонт В ярко-охристый, характерны для песчаных почв; иллювиально-гумусовые — горизонт В коричневато-кофейного цвета; неполноразвитые; маломощные — обычно щебенистые, слабодифференцированные.
Почвенным институтом нм. В. В. Докучаева было
В 1967 г.В 1967 г.предложено следующее деление подзолистых почв на виды: слабоподзолистые почвы, у которых А2 выражен пятнами и имеет комковатую структуру; среднеподзолистые, если А2 выражен сплошной полосой и имеет плитчатую или пластинчатокомковатую структуру; сильноподзолистые — А2 выражен сплошной полосой, характеризуются рассыпчато-листоватой или чешуйчатой структурой. У подзолов в отличие от подзолистых почв горизонт А2 сплошной, белесый, мучнистый. Критерием деления подзолистых почв на виды является глубина оподзоливания: поверхностноподзолистые, если нижняя граница А2 находится на глубине 5 см; мелкоподзолистые — от 5 до 20 см; неглубокоподзолистые — от 20 до 30 см; глубокоподзоли- стые — более 30 см.
В 1967 г.
В 1967 г.
ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫЕ ПОЧВЫ
Дерновый процесс почвообразования. Название «дерновые почвы» было дано В. В. Докучаевым для северной зоны России. Учение о развитии дерновых почв было разработано В. Р. Вильямсом [7]. Г. Н. Высоцкий показал, что под лесом дерновый горизонт выражен слабее, чем под многолетней луговой растительностью.
Дерновый процесс интенсивно развивается под луговой растительностью. В ряде случаев на карбонатных породах дерновый процесс может протекать и под лесом. Под травянистыми растениями ежегодно образуется опад в форме травяного войлока и корневых остатков.
Количество попадающих на поверхность почвы растительных остатков травянистых растений равно или чуть меньше количества отмирающих корней. Так, луговая растительность образует примерно 1,5—2,5 т на 1 га наземной массы, столько же попадает и в толщу почвы. Нередко верхний слой настолько сильно переплетен корнями, что образуется сплошной слой дернины. В дернине заключена значительная доля растительных остатков.
Основная масса корней (до 60%) дернинных и луговых трав расположена в верхнем 40-сантиметровом слое, стержневые корни достигают глубины 1 м, и, следовательно, значительная часть необходимых для растений элементов питания и солей Са, Mg, К, Р может усваиваться из нижних горизонтов. Затем эти элементы питания вновь возвращаются в почву в составе отмерших растительных остатков. Бактериальное разложение органических веществ в толще почвы происходит не полностью из-за пониженного содержания воздуха, что создает условия для накопления органических веществ в форме перегноя. Образующиеся гумусовые кислоты, взаимодействуя с двух- и трехвалентными катионами, превращаются в нерастворимые в воде коллоидные соединения — гумины, которые, коагулируя, образуют свежий активный гумус, склеивающий почвенные частицы верхнего горизонта в комочки. Постепенно почвы, на которых поселились травянистые луговые растения, обогащаются перегноем и гумусовыми веществами. Особенно быстро такой процесс происходит на влажных карбонатных материнских породах, образуя луговые почвы с аккумулятивным гумусовым горизонтом черного цвета.
Дерновый процесс может протекать и на подзолистых почвах при поселении травянистых дернинных трав под пологом светолюбивых древесных пород, например березы. Распространение луговых трав сравнительно быстро происходит на лесных вырубках и прогалинах. В этих случаях верхняя часть подзолистых горизонтов почв обогащается перегноем п приобретает светло-серый, буровато-серый или серый цвета, свидетельствую-
17. Физико-химические свойства слабодерновой среднеподзолистой среднесу (по данным Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева, 1964)
Горизонт
Глубина образца,
Частицы, %
Часть валового анализа, %
<0,001
<0,01
SiO2
АЦО,
м
1—5
78,4
П,2
АгА2
5—10
10,1
35,2
81,3
11,0
а2
20—30
9,3
32,5
82,2
н.о
A2Bi
30-40
17,9
36,3
79,3
12,9
В1
50—60
27,5
43,0
76,4
14,2
В2
60—70
27,3
43,4
77,5
14,2
с
140—200
16,5
27,3
80,7
11,5
щис об аккумуляции (накоплении) в нем органических веществ и гумуса. Горизонт аккумуляции гумуса получил название дернового, или перегнойно-аккумулятивного, и обозначается индексом Аь Под влиянием дернового процесса почвообразования в верхней части подзолистого горизонта образуется перегнойно-аккумулятивный горизонт, и подзолистые почвы превращаются в дерново-подзолистые.
Строение почвенного профиля дерново-подзолистой почвы несколько усложняется по сравнению с подзолами (примерный профиль):
Ао 0—3 см — лесная подстилка, опад трав, листьев, хвои;
Ai 3—15 см — от светло-серого до серого, комковатый или непрочнокомковатый, рыхлый, много корней;
Аг 15—27 см — белесый, белесовато-палевый, листоватый или мучнистый;
A2Bi 24—48 см — переходный, неоднородно окрашенный с белесыми карманами и языками, вклинивающимися в бурый или красно-бурый иллювиальный горизонт;
В2 48—122 см — иллювиальный, красно-бурый, глыбистый пли призматический, нередко по граням структурных отдельностей видны бурые или коричневато-бурые блестящие корочки. Обычно более тяжелый по механическому составу, чем горизонт А2;
С более 122 см — материнская горная порода.
В перегнойно-аккумулятивном горизонте происходит накопление гумуса (коллоидных или илистых частиц органического происхождения), поэтому его механический состав может измениться. Меняются и химические свойства: накапливается Са и Mg, увеличиваются степень насыщенности почвы основаниями и количество элементов питания (табл. 17).
Подзолистый горизонт А2 обедняется элементами питания, полуторными окислами, илистыми и глинистыми частицами. Количество и соотношение гуминовых и фульвокислот уменьшается по профилю дерново-подзолистых почв (табл. 18).
глинистой почвы на моренном тяжелом суглинке
на прокаленную навеску
Гумус (по И. В. Тюрину), %
pH солевое
Содержание, мг-экв на 100 г почвы
Степень насыщенности почв основаниями
V, %
Ге2О3
СаО
н
S
2,9
1,4
4,1
10,5
3,48
23
2,8
0,9
2,9
3,6
5,1
3,8
57
2,7
0,9
0,5
3,8
1J
3,3
25
3,3
0,8
—
3,8
3,0
5,1
37
4,7
0,6
—
3,8
6,7
8,2
44
4,6
0,7
0,3
3,4
8,9
13,5
40
3,5
0,9
—■
3,6
—
7,3
42
Закрепление гуминовых кислот происходит в горизонтах Ai и А^Аг- Непосредственно под лесной подстилкой, в верхней части горизонта А], наблюдается очень низкая степень насыщенности почв основаниями, что свидетельствует о вымывании оснований в нижележащие горизонты почвы.
Классификация. Подтип дерново-подзолистых почв делится на роды так же, как и подзолистые. Дополнительно выделяют почвы со вторым гумусовым горизонтом. По степени выраженности, или мощности дернового и подзолистого горизонтов, вы-
18. Состав гумуса в дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почве на моренном тяжелом суглинке (по данным Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева, 1964)
Горизонт
Состав гумуса, %
гуминовые кислоты Сг
фульвокнелоты СФ
отношение
СНСф
Ат
1,38
1,73
0,80
0,59
1,26
0,44
а2
0.03
0,21
0,14
деляют следующие виды дерново-подзолистых почв: дерновослабоподзолистые— подзолистый горизонт выражен пятнами; дерново-среднеподзолистые — подзолистый горизонт сплошной, но его мощность меньше или равна гумусовому горизонту; дерново-сильноподзолистые— подзолистый горизонт сплошной, а мощность его больше дернового (рис. 32). По мощности дернового горизонта выделяют виды: слабодерповые почвы — Ат до 15 см, среднедерновые — А! от 15 до 25 см и силыюдерпо- выс почвы — Ai более 25 см.
^®8№l^o^®8№l^oввРис. 32. Дерново-подзолистые почвы:
^®8№l^o
^®8№l^o
в
в
а — дерпово-слабоподзолистые;
дерново-среднеподзолистые;
в — дерново-снльноподзолистые
В соответствии с классификацией, предложенной Почвенным институтом им. В. В. Докучаева (1977), виды почв выделяют также по нижней границе подзолистого горизонта: поверхностно- подзолистые — менее 10 см; мелкоподзоли
стые-— от 10 до 20 см; неглубокоподзолистые — от 20 до 30 см. Почвенную разновидность и разряд устанавливают по механическому составу верхнего горизонта почвы п названию материнской породы.
ДЕРНОВЫЕ ПОЧВЫ
Образование, строение и свойства. Дерновые почвы образуются под луговой растительностью и чаще всего на избыточно увлажненных участках, где не происходит смены травянистой растительности на лесную. В этом случае дерновый процесс почвообразования приводит к значительному накоплению органических соединений как в толще почвы, так и на ее поверхности. При разложении больших количеств органического вещества во влажных и сырых условиях могут образоваться не- доокисленные соединения — сероводород, метан, закись железа (глей).
Они оказывают отрицательное влияние на развитие микроорганизмов и бактерий, что способствует еще большему накоплению органических веществ.
Если почвы богаты кальцием и магнием, то идет активный процесс бактериального разложения органического вещества почвы с образованием значительного количества гумусовых кислот, закрепляющихся в верхних горизонтах почвы, и постепенным формированием дерновых почв со следующим примерным строением почвенного профиля (рис. 33):
Ао 0—2 см — травяной войлок, иногда оторфованный или иловатый;
Ад 2—16 см — дернина, слой почвы густо переплетен корнями,- серого или темно-серого цвета;
Ai 16—31 см — перегнойный, от серого до черного цвета, комковатый, иногда зернистый;
AjB 31—60 см — переходный гумусовый горизонт, буровато-серый, неоднородно окрашен, более светлый, чем предыдущий;
В 60—120 см — бурый, красновато-бурый, обычно более плотный, чем
предыдущий;
С глубже 120 см — материнская рыхлая порода.
В дерновых почвах иногда в значительных количествах накапливаются гумус, азот, фосфор, калий. Перегнойный горизонт имеет в 2—3 раза выше емкость поглощения катионов по сравнению с материнской породой. Некоторые химические свойства дерновых почв приведены в табл. 19.
Классификация. Дерновые почвы разделяют по характеру почвообразующих пород на два типа: дерново-карбонатные и литогенные (перегнойные).
Дсрново-карбонатныс образуются на карбонатных отложениях: известняках, доломитах, известковых глинах и
19. Некоторые химические свойства дерновой легкосуглинистой почвы на аллювиальном песке
Горизонт
Глубина взятия образца, см
Гумус (по И. В. Тюрину), %
pH солевое
Содержание, мг-экв на 100 г почв
Степень насыщенности осиова- ииями V. %
Содержание, мг на 100 г почвы
S
н
П/К
К-0
Ai
5—15
3,83
5,85
18,9
1,9
90
1,3
9,1
Ai
20—30
3,54
5,3
15,4
2,1
87
—
6,6
В
40—50
0,74
5,5
6,2
1,0
85
1,8
4,8
песках, карбонатной морене. Выделяют три подтипа дерново- карбонатных почв: дерново-карбонатные— обычно маломощные с нейтральной пли слабощелочной реакцией и содержанием гумуса от 5 до 20%; дерново-карбонатные выщелоченные, вскипают ниже гумусового горизонта, так как из него
вымыт кальций; дерново-карбонатные оподзолен- ные, переходные к подзолистым с ясно видимой кремнеземистой присыпкой в нижней части гумусового горизонта и уплотнением верхней части горизонта В.
Дерново-карбонатные почвы разделяют на роды: известковые — формируются на известняках; силикатно-известковые — развиваются на карбонатных песках и глинах; неразвитые — это обычно маломощные или сильнощебенистые почвы. По содержанию гумуса выделяют виды почв: перегнойные — гумуса более 12%; многогумусные 5—12%; среднегумусные 3—5% и малогумус-
Рис. 33. Профиль дерновой почвы
пые— менее 3%. По мощности гумусового горизонта выделяют виды почв: маломощные Ai— до 15 см, среднемощиые Ai — от 15 до 25 см, мощные Ai— от 25 до 35 см и глубокие, если горизонт Ai более 35 см.
Дерновые литогенные почвы формируются на хорошо дренированных участках под хвойными пли хвойно-лиственными лесами, на отложениях, которые, как правило, имеют значительное содержание силикатных форм кальция и магния. Выделяют подтипы этих почв: дерновонасыщенные — реакция всего почвенного профиля нейтральная; дерновые кислые — почвы, имеющие плохо выраженный дерновый горизонт и кислую реакцию; дерновые оподзоленные — осветлена нижняя часть гумусового горизонта, оподзоленность не всегда заметна на глаз и определяется при химическом анализе почв.
Роды почв выделяются по материнским породам: па шунгитах; на основных изверженных породах; на сланцах; на пестроцветных глинах. На виды почвы разделяются так же, как дер- ново-карбонатные.
ПОДЗОЛИСТО-БОЛОТНЫЕ ПОЧВЫ
Образование, строение и свойства. Подзолисто-болотные почвы образуются при избыточном увлажнении, возникающем в бессточных понижениях, по берегам и около рек, озер, болот, а также при близком залегании грунтовых вод. Избыточное увлажнение подзолистых и дерново-подзолистых почв приводит к изменению условий разложения органического вещества почв; аэробное разложение сменяется на анаэробное.
Известно, что при аэробном типе разложения происходит полная минерализация органического вещества, при анаэробном— частичная. Поэтому при усилении анаэробных условий органическое вещество начинает накапливаться, увеличивается толщина лесной подстилки, достигая 10—15 см; нередко подстилка оторфовывастся. Под пологом леса поселяется кукушкин лен, а в просветах между кронами — сфагновые мхи. В верхней минеральной части почвы накапливаются продукты разложения и гумусовые вещества, поэтому перегнойно-аккумулятивный горизонт становится более темным. При длительном переувлажнении начинает протекать глеевый процесс — сначала по ходам корней, проявляясь в форме затеков, а затем пятен, постепенно сливающихся в сплошной глеевый горизонт.
Глеевый процесс — процесс биологический; он возникает при участии анаэробных бактерий в присутствии органического вещества. При этом окись железа, которой обычно достаточно в почвах, под воздействием микроорганизмов переходит в закисную форму с освобождением кислорода, используемого бактериями. Закисная форма железа обычно образует 150
бесцветные соединения, она подвижна в кислой водной среде. Поэтому участки, где протекает глеевый процесс, обычно имеют более светлый, чаще всего сизоватый, сизый, белесовато-серый цвета. Участок или горизонт, где происходит процесс оглеения, теряет свою прежнюю призматическую или глыбистую структуру и становится бесструктурным. При промывном водном режиме или, наоборот, при поднятии влаги по капиллярам к поверхности почвы закись железа может передвигаться вверх или вниз, а участок или горизонт, где происходит глеевый процесс, теряет часть железа. Поэтому часто в местах оглеения после просыхания почвы или прекращения глеевого процесса остаются белесые пятна, прослойки. Если происходит длительный застой воды и почва нс промывается, закисное железо сохраняется в местах своего образования, слой становится плотным, с плитчатой структурой, почти водонепроницаемым.
При периодическом переувлажнении, например весной, после просачивания избытка воды кислород воздуха вновь проникает в почву и наступает обратный процесс — окисление закисных форм железа по схеме
4Fe'(HCO3)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe (ОН)3 + 8СО3.
В присутствии воды образуется большое количество гидроокиси железа Ее(ОН)3, имеющей ярко-красную, желтую, оранжевую или коричнево-бурую окраски. Часто возникают яркие охристые пятна, наблюдаемые на стенках почвенных разрезов и свидетельствующие о временном избыточном увлажнении почв. Закисное железо, поступающее в мелкие почвенные пустоты, окисляется, образуя рудяковые зернышки и бобовины коричневой окраски. В почвах увеличивается количество гумуса, калия и фосфора. Некоторые физико-химические свойства подзолисто-болотных почв приведены в табл. 20.
В природе наблюдаются поверхностное и грунтовое переувлажнения. При поверхностном переувлажнении, возникающем чаще всего па тяжслосуглинистых почвах, сначала наблюдается увеличение мощности дернового горизонта и оглеепие подзолистого с образованием псрсгнойно-подзолисто-глеевых
20. Некоторые физико-химические свойства сильноподзолисто-глеевых почв на покровном суглинке (Московская обл.)
Е к - к «
к «
£ о S
О с
а«°- п ^ к Ф го го
С И К S
В
5 в* к s е 5
Содержание, мг-экв на 100 г почвы
ш»к
фу ч ^
ФО
S
ре2+
А
4—8
0,99
8,2
4,3
4.3
13,1
14,5
89
A2g
11—16
1,52
1,0
0,1
4,3
10,1
77,1
7
G
42—49
1,76
0,0
0,0
4,4
15,1
120,1
0,1
В
66—76
1,65
2,2
0,2
4,6
13.9—
6,7—
0,0
почв. Затем на поверхности почв формируется торфянистый слой, усиливается оглссние нижних горизонтов, почвы становятся торфяписто-подзолисто-глеевыми. С течением времени, когда слой торфа увеличивается до 40—50 см, а минеральные горизонты почвы оказываются целиком оглеенными, образуются торфяно-глеевые почвы.
При переувлажнении пресными почвенно-грунтовыми водами в песчаных почвах, подстилаемых тяжелыми суглинками или глинами, происходит оглеение нижних горизонтов. При поднятии капиллярной каймы к поверхности образуются торфянисто- подзолисто-глеевые почвы, которые с течением времени превращаются в торфяно-глеевые.
При переувлажнении жесткими грунтовыми водами образуются богатые гумусом перегнойно-глеевые почвы. С течением времени накапливается полностью разложившееся органическое вещество, образуя псрегиойно-иловато-глеевые почвы, которые в дальнейшем превращаются в торфянисто-иловато-глеевые и далее — в торфяно-глеевые почвы.
Классификация. Подзолисто-болотные почвы делят на подтипы: торфянисто (перегнойно) -подзолистые, поверхностно-ог- леенные, торфянисто (перегнойно) -подзолистые грунтово-оглеен- ные и дерново-подзолистые грунтово- или поверхностно-оглеен- ные почвы.
В соответствии с указаниями Почвенного института им. В. В. Докучаева подзолисто-болотные почвы можно разделить на роды: обычные, гумусово-иллювиальные, иллювиально-железистые, оруденелые, контактио-глесоподзолснные и со вторым гумусовым горизонтом.
При развитии глеевого процесса в дерновых почвах образуются дерново-глеевые почвы (тип), которые делятся на подтипы: дерново-поверхностно (грунтово)-глеевые и перегнойноповерхностно (грунтово)-глеевые. Подтипы в свою очередь разделяют на роды: карбонатные — вскипают в пределах гумусового горизонта, в профиле часто встречаются остаточные карбонаты; насыщенные, вскипают под гумусовым горизонтом, степень насыщенности почв основаниями около 90% и оподзо- ленные — имеют признаки оподзоливания в нижней части гумусового горизонта. По содержанию гумуса (%) эти почвы делят на виды: малогумуспые— до 3; среднегумусные — 3—5; многогумусныс 5—12 и перегнойные — более 12. Виды почв разделяют также по глубине залегания глея (подобно подразделению подзолисто-болотных почв).
. МЕРЗЛОТНО-ТАЕЖНЫЕ ПОЧВЫ
Мерзлотио-таежпыс почвы распространены в азиатской части страны, восточнее р. Енисей, па площади более 20 млн. га. Эти почвы характерны для северной и средней частей восточносибирской тайги. Они развиваются
в условиях вечной мерзлоты, залегающей па различной глубине. Значительная часть этих почв промерзает зимой до слоя вечной мерзлоты и длительное время имеет отрицательные температуры. Низкие температуры понижают доступность воды и элементов питания для растений, замедляют процессы разложения органических веществ, ограничивают глубину корнеобитаемого слоя растений. При оттаивании часто образуется надмерзлотная верховодка, или грунтовые воды, и почвы оказываются переувлажненными, вызывая развитие глеевых процессов. Очень часто наблюдаются криогенные (мерзлотные) процессы, вызывающие перемешивание разных слоев почвы. Следствием этих процессов является плохая выраженность горизонтов почвенного профиля мерзлотио-таежпых почв.
Различают не расчлененные на горизонты мерзл отпо-таеж пые глеевые почвы, формирующиеся в северной тайге, в них постоянно происходит перемешивание материала под влиянием криогенных процессов; мерзлотно-таежные кислые, формирующиеся под лиственничной тайгой, имеющие небольшой кориеобитаемый слой, кислую реакцию среды, низкую насыщенность почв основаниями, сравнительно большое количество натечного гумуса в профиле почв (3—4%) и содержащие много калия и фосфора; мерзлотно-таежные ожелезненпые, характеризующиеся большим содержанием соединений железа в верхнем гумусовом горизонте Ai, кислые, не насыщенные основаниями; мерзлотно-таежные п а ле - в ы е, развивающиеся под пологом лесов с мохово-лишайниковым и травяным напочвенным покровом на лёссовидных карбонатных отложениях, имеющие нейтральную реакцию, полностью насыщенные основаниями. Мерзлотно-таежные почвы пока еще недостаточно изучены.
58. БОЛОТНЫЕ ПОЧВЫ
Распространение. Большая часть болотных почв сосредоточена в таежной зоне страны. Общая их площадь составляет 6,7% территории СССР, или 150 млн. га; 60 млн. га болот находится в европейской части, 90 млн. га — в Западной Сибири. Значительная площадь болот приурочена к районам четвертичных ледниковых и флювиогляциальных песчаных отложений, подстилаемых на разной глубине глинами или суглинками, а также к плохо дренированным равнинам с большим количеством бессточных западин. В европейской части СССР болота широко распространены в Мурманской, Ленинградской, Архангельской, Вологодской областях, а также в Карельской и Коми АССР, Белорусской ССР и в западных районах Украинской ССР. В азиатской части болота сконцентрированы в основном на Западно-Сибирской равнине. Много болот на Дальнем Востоке.
Болотами называют избыточно увлажненные участки суши, покрытые слоем торфа мощностью не менее 30 см. Избыточное увлажнение, или переувлажнение, наблюдается в том случае, если влажность почвы равна или больше капиллярной. Условия образования болотных почв и болот различны, но
всегда связаны с поверхностным или грунтовым переувлажнением, которое может возникать при близком залегании грунтовых вод, накоплении воды па поверхности бессточных понижений, зарастании растительностью прудов и озер.
Сущность болотного процесса. Под влиянием переувлажнения в минеральной части почвы возникают процессы оглеения, вызывающие образование плотного, часто водонепроницаемого глеевого горизонта, что способствует дальнейшему накоплению влаги на поверхности почвы. В это же время органическое вещество медленно разлагается и, постепенно накапливаясь, образует торфянистый слой мощностью до 20—30 см. В толще влажного, плохо разложившегося слоя микробиологические процессы подавляются (особенно при кислой реакции среды), поэтому элементов питания в доступных растениям формах становится мало.
На поверхности оторфовапной органической массы поселяются только сфагновые мхи.
В природе наблюдаются постепенно протекающие процессы заболачивания суши и водоемов, в результате которых формируются болота различных типов: низинные — травяные, травяно-кустарниковые, кустарниковые, черпоольховые; переходные— с травянистой, кустарниковой растительностью и сфагновым покровом одновременно; верховые — покрытые сфагновым мхом.
Заболачивание суши. Заболачивание почв может развиваться под влиянием дернового процесса почвообразования, протекающего под луговыми травами. При достаточном или небольшом избыточном переувлажнении образуется плотная мощная дернина, в толще которой накапливается мертвое органическое вещество, резко ухудшающее аэрацию дернины. Луговые травы и особенно злаки, имеющие узел кущения на некоторой глубине от поверхности почвы, отмирают и сменяются злаками, имеющими узел кущения над поверхностью почвы. Остатки растений, покрывая старый узел кущения злака, образуют кочку, которая с течением времени увеличивается. Рельеф участка меняется. Образуется кочковатый микрорельеф, препятствующий стоку воды. На таких участках вода застаивается, нарушая нормальное разложение органических веществ и способствуя их дальнейшему накоплению. В верхней, минеральной части почвы начинаются процессы ог- леения, приводящие к образованию плотного глеевого горизонта, что вызывает дальнейший застой воды. Происходит формирование дерново-глеевых почв.
Условия для жизни злаков резко ухудшаются, и на смену им приходят травянистые болотные растения. Их опад с течением времени превращается в травяной торф, а весь заболоченный участок — в болото низинного типа с формированием на первой стадии иловато-болотных почв.
Травянистые болотные растения сначала частично сменяются мхами, образуя переходное болото. Оно начинает быстро зарастать самым нетребовательным мхом — сфагнумом, который может удерживать в своем теле в 1000 раз больше воды, чем его масса. Для своего питания этот мох использует минеральные соли атмосферных осадков.
Зольность сфагнума низка. Он очень плохо разлагается бактериями, что приводит к накоплению сфагнового торфа. Болото из переходного превращается в верховое.
Процессы заболачивания почв могут возникать после вырубки леса в связи с резким уменьшением десукции. Избыток воды способствует расселению сначала травянистых болотных растений и образованию травяных торфов, а затем поселению на них сфагновых мхов с образованием болот верхового типа, т. е. болот, развитых в основном на водоразделах.
На бедных элементами питания песчаных кислых почвах заболачивание может возникнуть благодаря поселению сфагновых мхов прямо под пологом сосновых, березовых и лиственничных лесов. Нарастание сырых слоев сфагнума вызывает оглеение и уплотнение песков. Сфагновый мох с течением времени охватывает новые участки. Увеличение толщины сфагнового торфа вызывает гибель насаждений и разрастание болота. Обладая очень высокой кислотностью, сфагновый торф подавляет жизнедеятельность бактерий.
Образование болот может происходить при переувлажнении почв пресными грунтовыми водами. Нередко после вырубки леса на песчаных почвах происходит повышение уровня грунтовых вод, капиллярная кайма которых достигает поверхности почв, вызывая их переувлажнение. На песчаных почвах поселяются сначала влаголюбивые травы, а затем сфагновые мхи. В этом случае на поверхности чаще всего образуется торф, под которым развиваются торфянисто- и торфяно-глеевые почвы.
При образовании болот под влиянием минерализованных грунтовых вод, богатых элементами питания, на поверхности поселяются влаголюбивые требовательные растения: осоки, злаки, тростники, часто ольха черная и кустарники. Такие болота получили название низинных, так как они наиболее распространены в нижних частях склонов при выклинивании грунтовых вод на поверхность.
Таким образом, низинные болота — это чаще всего травяные, осоковые, кустарниковые и черноольховые. Они иногда могут образоваться на водоразделах, если грунтовые воды насыщены солями двууглекислого кальция Са(НСО3)2. На таких болотах долгое время образуется не торф, а перегной, имеющий почти нейтральную реакцию, при этом формируются пере- гнойио- или иловато-глеевые почвы.
_ Заболачивание и заторфовывание водоемов. Значительная часть болот лесной зоны образовалась в результате заторфо-
вывания водоемов (рис. 34). Сначала на дне озера накапливается озерный ил, преимущественно состоящий из минеральных частиц. Если этот ил обогащен кальцием, то образуется озерный мергель. После отмирания водорослей, животных н микроскопических организмов на дне озера образуется смесь минеральных и органических частиц — озерный сапропель. Одновременно берега озер зарастают различными растениями. Близко у берега растут осоки, далее — камыш, еще дальше — плавающие растения (водяные лилии, рдест) и затем располагается ряска. Отмирая, они образуют на дне значительный слой полу-
Рис. 34. Схема зарастания озера (по В. Н. Сукачеву):
/ — осоковый торф; 2 — тростниковый и камышовый торф; 3 — сапропелевый торф; 4 — сапропелит
разложившегося торфа. При его накоплении замедляется, а затем приостанавливается течение воды, ухудшается разложение донных органических остатков.
Водоем мелеет, а растения вырастают на новых местах, ближе к средней части озера, образуя на поверхности воды сплошной, очень подвижный травяной ковер. Озеро постепенно превращается в травяное или низинное болото. В местах, где под ковром растений остается железообразный ил, сохраняется трясина, в которой при разрыве травяного покрова могут погибнуть люди и животные. На поверхности травяного ковра постепенно происходит смена растений на менее требовательные к влаге и элементам питания: сначала поселяются сабельник, вахта, осоки, кустарники, затем покров становится травяно-моховым и, наконец, сфагновым. С течением времени на поверхности болота формируются низкопродуктивные изреженные сосновые леса. Торф болот слоистый, количество и состав его отражают смену растительных ассоциаций болота.
В зависимости от состава растительных остатков, степени разложения (табл. 21) и условий образования различные виды
торфа неодинаковы по своим химическим и физическим свойствам. При описании болотных почв и болот необходимо указывать тип торфа и степень его разложения.
21. Подразделение торфов по степени их разложения (для полевых определений)
Степень разложения торфа, %
Состояние торфа
Основные признаки состояния торфа
15
Пера вложившийся
Торфяная масса не продавливается между пальцами. Поверхность сжатого торфа шероховатая от остатков растений, которые хорошо различимы. Вода выжимается струей, как из губки
15—20
Весьма слаборазложив- шийся
Вода выжимается частыми каплями, образуя почти струю слабо-желтоватого цвета
20—25
Слаборазлсжившийся
Вода отжимается в большом количестве, желтого цвета, растительные остатки заметны хуже
25-35
Средиеразложившийся
Масса торфа почти не продавливается в руке, остатки растительности заметны; вода отжимается частыми каплями светло-коричневого цвета, торф начинает слабо пачкать руку
35—45
Хорошо разложившийся
Масса торфа продавливается слабо. Вода выделяется редкими каплями коричневого цвета
4Ь—55
Сильноразлсжившийся
Масса торфа продавливается между пальцами, пачкая руку. В торфе заметны растительные остатки. Вода отжимается в малом количестве, темно-коричневого цвета
>55
Весьма сильноразложив- шийся
Торф продавливается между пальцами в виде грязеподобной черной массы. Вода не отжимается. Растительные остатки совершенно неразличимы
Классификация. Болотные почвы по мощности торфа разделяют: на торфяные, имеющие слой торфа менее 50 см, и торфяники, имеющие слой торфа больше 50 см.
Торфяники различают: маломощные — толщина торфа от 50 до 100 см; среднемощные—-от 100 до 200 см; мощные—более 200 см. Под слоем торфа обычно находится глеевый горизонт G.
Лесорастительные свойства. Они у торфяников обычно очень низки из-за избыточного увлажнения, недостатка кислорода и малого количества элементов питания. Насаждения на болотных почвах часто имеют угнетенный вид и отличаются небольшой высотой и сильной изреженностью. Наиболее эффективный способ повышения лесорастительных условий торфяников — осушение. При осушении торфяников прирост деревьев увеличивается в 2—4 раза. Посаженные на осушенных торфах пере-
ходных болот сосновые культуры при залегании грунтовой воды па глубине 80—100 см имеют хороший рост.
В настоящее время осушение болот производят на огромных площадях. На бедных торфах перед посадкой леса вносят минеральные и бактериальные удобрения. Хороший эффект дает внесение 70—80 кг/га фосфорных, 30—80 кг/га азотных и 40— 60 кг/га калийных удобрений (по действующему началу). Рекомендуется вносить азотобактерин и нитрагин. При создании лесных культур сосны можно вносить 1—2 кг/га медного купороса.
Торф низинных болот широко используется как органическое удобрение на подзолистых и дерново-подзолистых почвах. Обычно его вносят по 20—40 т/га, а при компостировании с фосфорными и известковыми удобрениями используют в дозах 10—20 т/га.
§59. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ
В лесной зоне занято (% площади): пашнями 6,3: сенокосами— 3,5; пастбищами и выгонами — 2,4; оленьими пастбищами— 7,3; лесами и кустарниками — 52,3; болотами — 22,1; неудобными и другими (например, городами) землями — 6,2. На почвах зоны выращивается около 150 различных зерновых, кормовых, овощных и технических культур, в том числе пшеница, овес, рожь, ячмень, кукуруза, картофель.
Лесорастительные свойства почв определяются в значитель- ной мере климатическими условиями, с которыми тесно связаны свойства почв и прежде всего их естественное плодородие. Естественное плодородие определяется сочетанием различных факторов и обычно наиболее высоко у хорошо дренированных, богатых перегноем почв. Наибольшим плодородием обладают дерново-подзолистые и дерновые хорошо дренированные почвы, на которых естественные насаждения имеют хороший рост и большой запас древесины. Далее идут подзолы и дерново-подзолистые глеевые почвы, которые формируются в избыточно увлажненных районах и поэтому обладают плохими водно-воздушными свойствами. Еще худшими свойствами обладают глее- подзолы, мерзлотно-таежные, подзолисто-болотные почвы. Самые плохие лесорастительные свойства имеют торфяные и мерзлотные таежно-глеевые почвы.
Огромное влияние на лесорастительные условия оказывают уровень грунтовых вод и глубина залегания глея, глубина залегания суглинков, подстилающих пески. Лесорастительные свойства почв в значительной степени зависят от количества элементов питания и влаги в корнеобитаемом слое почвы. Обычно они меняются в зависимости от типа, вида и механического состава почвы.
Высота (м, в числителе) и запас древесины (м3/га, в знаменателе) 90-летних сосновых насаждений в зависимости от условий, ограничивающих корнеобптаемый слой, для дерново- подзолистых почв Московской обл. следующие:
при глубине залегания, см:
30
70
120
160
180
250
грунтовых вод
15,8
19,7
24,5
25,0
24,0
—
—
•''
—
—
глеевого горизонта . . .
19,1
26,9
25,7
22,3
255
336
318,2
256
морены
31,8
30,8
27,1
23,4
574
488
—
394
341
Лесная зона имеет пониженное естественное плодородие почв. В северной тайге важнейшим фактором, снижающим продуктивность насаждений, является избыточное увлажнение, в Восточной Сибири — слой вечной мерзлоты. В европейской части страны нередки сухие песчаные массивы. Даже лучшие лесные почвы обычно имеют кислую реакцию, недостаточно высокое содержание нитратных форм азота, нередко обеднены фосфором и калием. Поэтому при выращивании леса необходима разработка мер по повышению плодородия почв с целью получения большего количества древесины и продуктов леса с единицы площади.
Для повышения плодородия почв необходима их правильная обработка. При обработке почвы следует создать мощный пахотный горизонт, для чего вспашку нужно производить на глубину 30—35 см; на переувлажненных почвах рекомендуется применять вспашки всвал, гребневую и плантажную для создания микроповышений; на заболоченных площадях проводят специальную осушительную сеть каналов. Большой эффект, особенно в питомниках, получается при применении удобрений и известковании кислых почв. Известкование почв целесообразно проводить не только в питомниках, но и под лесными культурами.
Для повышения плодородия лесных почв вносят органические удобрения, доза которых колеблется в пределах 20— 40 т/га. В качестве удобрений можно использовать торф низинных болот, запахивая его в почву. Древесные породы, особенно хвойные, хорошо реагируют на внесение минеральных удобрений. Дозы удобрений зависят от степени обеспеченности почв подвижными соединениями. К очень бедным по содержанию подвижных форм фосфора и калия относят почвы, имеющие от 0 до 5 мг, бедным 5—10, средним 10—15 и богатым — от 15 до 25 мг па 100 г почвы. В лесном хозяйстве, в питомниках при содержании калия п фосфора более 15 мг на 100 г почвы, удо-
брони я не вносят. При содержании подвижных форм фосфора в супесчаных и л откосу гл пнистых почвах от 0 до 5 мг па 100 г почвы вносят 60 кг/га действующего вещества фосфорных удобрений, на тяжело- и среднесуглинистых соответственно 65—80.
Для лиственных пород доза удобрений на 20—30% выше, чем для хвойных. Калийные удобрения вносят (одинаковыми дозами) независимо от пород в соответствии со степенью обеспеченности почв калием в дозах 30—40, 20—30 и 15—20 кг/га действующего вещества. Удобрения вносят через 1,5—2 года. На дерново-подзолистых почвах большой эффект имеют азотные удобрения, которые рекомендуется вносить, по данным Пушкинской почвенно-химической лаборатории, под хвойные и лиственные породы в следующих дозах (кг/га):
Содержание гумуса, %
Хвойные
Лиственные
До 2
60—80
40—60
2—3
40—60
20—40
3—4
20—30
10—20
Азотные удобрения могут быстро вымываться из почвы, поэтому их вносят через год, а при неблагоприятных условиях — через полгода.
Кроме минеральных и органических удобрений, применяют еще бактериальные (фосфоро- и азотобактерин). В небольших количествах вносят микроэлементы (кобальт, медь, бор, марганец, цинк и др.). В настоящее время удобрения дают хороший эффект при внесении их в приспевающие насаждения, причем, как показывают опыты, наибольший эффект получается от внесения 120—150 кг/га азотных удобрений, которые через 2— 3 года повышают прирост примерно в 2 раза.
Плодородие почв можно повышать и путем создания смешанных насаждений. В этом случае целесообразно одновременно выращивать хвойные и лиственные породы, так как опад последних богат кальцием, магнием, серой, фосфором.
При уходе за лесом следует вырубать больные и отставшие в росте деревья. Поверхность почвы при этом осветляется, ускоряется разложение лесной подстилки, и круговорот веществ в лесу становится более интенсивным. При выращивании леса па почвах таежной подзоны очень важно вводить тс породы, которые дают максимальную продуктивность на данных почвах, т. е. соблюдать принцип соответствия лесорастительных условий биологии древесных пород. Это также обеспечит интенсивный биологический круговорот воды и элементов питания. Положительный эффект дают рыхление лесной подстилки и перемешивание ее с минеральной частью почвы, посев люпина, обогащающего почву азотом, создание микроповышепий из порубочных остатков на переувлажненных почвах.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
В чем сущность подзолистого и дерновою процессов
Охарактеризуйте процессы заболачивания почв.
Какие виды болот вы знаете?
Расскажите о строении, свойствах и классификации подзолистых, дерновых и других почв.
Какими лесорастительными свойствами обладают лесные почвы?
ГЛАВА XV. ПОЧВЫ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ
Для лесостепной зоны характерно чередование лесных и степных участков. В этой зоне встречаются болотные, дерново- подзолистые, серые лесные почвы, северные и оподзоленные, выщелоченные, типичные черноземы, солоди и солонцы, т. е. почвы различного происхождения и разных свойств. В зоне наиболее распространены серые лесные почвы различного механического состава.
ГРАНИЦЫ И ПЛОЩАДЬ ЗОНЫ
Лесостепная зона тянется прерывистой полосой с запада на восток с примерной южной границей: Кишинев — Черкассы — Харьков — Воронеж — Саратов — Уфа, прерывается в районе Уральских гор и вновь возобновляется по линии Троицк — Петропавловск— Барнаул. Площадь, занятая серыми лесными почвами, равна 2,8% территории СССР и составляет 64 млн. га. Болес половины площади почв занято пашней. Значительная часть серых лесных почв располагается в районах, примыкающих к Украинскому Полесью, в средней части Волыно-По- дольской возвышенности, в Татарской и Башкирской АССР.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климатические условия лесостепной зоны имеют много общего и в то же время характеризуются провинциальными различиями. Общее количество выпадающих осадков в этой зоне ниже, чем в лесной зоне. Испаряемость больше или равна количеству выпадающих осадков. Основная часть осадков приходится на летний период. Периодически наблюдаются засухи и суховеи. Количество осадков в западной части больше, чем в восточной, и примерно равно 500 мм; в восточной части осадков выпадает только 320—350 мм в год. Средняя годовая температура на западе составляет + 7° С, на востоке + 4—5° С. Продолжительность вегетационного периода также различна: на западе 250, на востоке—180 дней. Континентальность климата лесостепной зоны увеличивается с запада на восток.
Климатические условия оказывают большое влияние на состав насаждений и травянистых растений. Растительность лесостепей неодинакова. Для европейской лесостепи характерны широколиственные леса. В лесостепной зоне Западной Сибири из-за континентальности климата, малого количества тепла и осадков чаще встречаются березовые леса. Они не образуют сплошных массивов, а растут колками, в составе которых участвуют березы бородавчатая и пушистая, ивы. Леса зоны долгое время интенсивно вырубались, и поэтому площадь их сократилась почти в 2,5 раза.
Исследования ученых свидетельствуют о том, что граница лесов не оставалась постоянной. Причина этого кроется не только в хозяйственном воздействии человека, но и в изменениях климатических условий. В результате происходила смена древесной растительности на луговую, лугово-степную, степную и наоборот. На естественных открытых участках, сохранившихся в заповедниках и по опушкам леса, наиболее распространены тимофеевка, костер, мятлик, степной овес, кипец, люцерна, клевер, мышиный горошек, а также типчак, различные ковыли, т. е. луговые и лугово-степные виды травянистых растений.
Рельеф лесостепной зоны неровный, волнистый, грядовый, холмистый, расчлененный оврагами и балками. Очень характерны для лесостепи блюдцеобразные понижения. Лесостепь захватывает значительную часть Среднерусской, Приволжской возвышенностей с абсолютными отметками высот до 350— 400 м.
Почвообразующие породы зоны разнообразны, однако чаще всего ими являются покровные и лёссовидные суглинки, реже — морены и еще реже — пески и супеси различного происхождения. В Западной Сибири материнские породы нередко солонцеватые, на некоторой глубине они подстилаются солеиосными морскими отложениями.
СЕРЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЧВЫ
Образование, строение и свойства. Происхождение серых лесных почв до сих пор окончательно не выяснено. Основоположник почвоведения В. В. Докучаев впервые выделил серые лесные почвы в самостоятельный тип, сформировавшийся под широколиственными лесами. В. Р. Вильямс рассматривал образование серых лесных почв как результат ослабления процессов оподзоливания и усиления дернового процесса почвообразования, поскольку в лесостепной зоне для этого складываются благоприятные условия. Современные данные, собранные советскими учеными, в большинстве случаев подтверждают эту точку зрения.
В зоне лесостепи происходит процесс смены хвойных и мелколиственных пород на широколиственные, в составе которых
участвуют такие древесные породы, как дуб, липа, граб, клен, ясень. Под пологом широколиственных пород бурно развиваются травянистые растения, требовательные к элементам питания. Широколиственные породы по сравнению с хвойными потребляют в 2—2,5 раза больше кальция, в 3—4 раза больше магния и примерно в 6—7 раз больше кремнезема. Большое количество элементов питания заключено в травянистых растениях, растущих под пологом дубрав лесостепи. Поскольку количество осадков в лесостепи примерно равно испарению, создаются условия для лучшего развития аэробных микроорганизмов и особенно бактерий, минерализующих органическое вещество почвы. В образующихся перегнойных кислотах гуминовых столько же или чуть больше, чем фульвокислот. Гуминовые кислоты образуют с кальцием и магнием нерастворимые соли, закрепляющиеся в верхних горизонтах почвы в форме гумуса.
Накопление гумусовых веществ усиливается под пологом широколиственных лесов, а оподзоливание ослабляется большим количеством оснований, имеющихся как в органическом веществе лесных подстилок и почв, так и в материнской горной породе. Количество перегноя в серых лесных почвах по сравнению с дерново-подзолистыми увеличивается, что способствует формированию водопрочной комковатой или зернистой структуры, характерной для серых лесных почв. Процессы оподзоливания, обусловленные вымыванием полуторных окис- лов в нижние горизонты почв, приводят к образованию кремнеземистой присыпки в элювиальном горизонте и накоплению полуторных соединений железа в иллювиальном. В результате профиль приобретает вид, характерный для серых лесных почв:
Ао 0—3 см — лесная подстилка, состоящая из листьев и остатков травянистых растений;
Ai 3—15 см — серый, перегнойно-аккумулятивный, зернистый или комковатый, рыхлый, часто сыпучий;
А|А2 15—35 см — светло-серый, прокрашенный гумусом, с большим количеством кремнеземистой присыпки, покрывающей структурные отдельности, ореховатый;
В| 35 см и более — бурый, ореховатый или ореховато-призматический, иллювиальный, структурные отдельности покрыты глянцеватыми корочками органо-минеральных соединений;
С призматический, бурый или желто-бурый — материнская порода.
По степени оподзоливания серые лесные почвы подразделяются на три подтипа: светло-серые, серые и темно-серые.
Процесс оподзоливания отчетливо проявляется в светло-серых и почти полностью затухает в темно-серых лесных почвах.
Химические свойства серых лесных почв отражают условия их формирования. Описываемые почвы имеют кислую или слабокислую реакцию почвенного раствора, не очень высокую насыщенность почв основаниями, пониженное количество 1Уг 6
4
- „ н.^е «*=т «,-=,«« -гос»™™» поч^Ор^оюй,^
2
Горизонт
Глубина взятия образца, см
Частины, %
Часть валового анализа, %
Гумус (по И. В. Тю.
ри ну), %
pH солевое
содержание, мг-экв на 100 г почвы
Степень насыщенности V, %
содер мг на 10
К.о
а п нс»
0 г почвы
РА
<0.001
<0,01
SiO,
FeA
А1А
СаО
н
8
3,3 3,0
1,9
1,2
1
личных
7,4
8,1
21,5
23,0
18,6
районов
5,3
5,3
4,3
ТОЧИОСИб!
2,3
5,3
10,5
,рскпе
А Аз В
В2 С
23. Мощ!
0—10 20—30 40—50 80—90
170—180
юсть гумусов!
10,6
16,7
28,5 27,0
25.5
ДХ ГОРИ
22
28
36
31
31
зонтов
88,1 89,0
87,1
87,7
86,7
и соде{
1,7
2,6
3,9
3,2
2,5
>жание
7,03 6,30 10,0 11.2
9,2
гумуса
0,8 0,7 0,9 0,8 0,8
в серы
1,6 0,6 0,4 0,3 0,3
х лесных
ючв
5,6
5,2
6,2
6,7
6,7
ах раз
*
70,0 73,0 91,0 95,0 94,0
[42]
Вос
Подтип почв
Западио- и южноевропейские
Восточноевропейские
jandftHULnvnpv-iv-^ (холодные)
глубокопромерзающие
А, + Л,Аз
гумус, %
А, + А1Л>
гумус, %
Ai + А1Аз
гумус, %
А,+ A,AS
гумус, %
Светло-серые лесные
Серые лесные
Темно-серые лесные
30—35
35-40
40-50
1,5—2,0
2,5—3,0
2,0—2,5
3,5—6,0
3,0—3,5 до 8,0
15-25
30—40
40—45
2,0—2,5 3,0-4,0 3,0-5,0
4,0—6,0 4,0-6,0 5,0-8,0
15-20
18-30
25-35
3,0—4,0 5,0-7,0 6,0—8,0 до 10,0 7,0—10
до 14
Не распространены
15-25
20—25
5,0-7,0
8,0—14,0 до 16
* В числителе — на
пашне; в знаменателе — под лесом.
Ь
X
cc
5 В
5 £
2 о
£
я 3
горизонты Al и А1Л2 со сформированным белесым горизонтом if листоватой структурой); по глубине вскипания (высоковскп- пающие, если вскипают выше 100 см, и глубоковскпнающпс, если вскипание наблюдается ниже 100 см). Почвенные разности выделяют по механическому составу верхних горизонтов, а разряды — по материнским породам.
Использование и лесорастительные свойства серых лесных почв. Зона серых лесных почв относится к наиболее освоенным и важнейшим районам сельского хозяйства: 51,8% почв лесостепной зоны приходится на пашни, 5,2%—на сенокосы и 0,6%—на пастбища и выгоны. На этих почвах выращивают пшеницу, сахарную свеклу, кукурузу, картофель, лен, подсолнечник и многие другие культуры. Наименее плодородны светло-серые лесные почвы; они почти всегда кислые, бедные фосфором, азотом и калием, содержат небольшое количество гумуса и, наконец, обладают далеко не лучшими водно-физическими свойствами. Поэтому для повышения плодородия светлосерых и серых лесных почв, которые также недостаточно плодородны, производят их известкование, вносят азотные, фосфорные и калийные удобрения. Особое внимание необходимо уделять окультуриванию почв — формированию мощного пахотного горизонта путем глубокой обработки известкованием и внесением органических удобрений. На темно-серых почвах особое внимание уделяется снегозадержанию и борьбе с водной эрозией почв, для чего создают приовражные, прибалочные и полезащитные полосы, устраивают водозадерживающие валы, применяют специальные системы обработки почвы и т. д. На участках с расчлененным рельефом обработка почв ведется поперек склона.
Неоднородны и лесорастительные условия почв. На светлосерых лесных почвах наилучшие лесорастительные условия складываются для хвойных и мелколиственных пород; широколиственные породы, особенно дуб, имеют здесь более низкую продуктивность. Серые и темно-серые лесные почвы более плодородны и обладают очень высоким лесорастительным эффектом. На них сформировались лучшие дубравы страны: Шипов лес, Теллермановская роща. Лесорастительные свойства серых и темно-серых лесных почв ограничиваются количеством влаги, недостаток которой ощущается в значительной мере на водоразделах.
Продуктивность насаждений на серых лесных почвах в значительной степени зависит от механического состава почв. На легких по механическому состав}- почвах растут высокопродуктивные сосняки, на очень сухих песчаных почвах их продуктивность резко снижается. На суглинистых почвах практически растут все древесные породы лесостепной зоны. Глинистые почвы наиболее продуктивны под широколиственными лесами с преобладанием дуба.
Лесорастительные условия почв зависят от рельефа местности. На южных склонах дефицит влаги ощущается более заметно, чем на северных. Это сказывается на росте насаждений, особенно в молодом возрасте. Нередко на нижних склонах формируются серые солонцеватые почвы с очень низким естественным плодородием.
Продуктивность лесов лесостепной зоны можно повысить путем правильного выбора древесных пород, биология которых наилучшим образом соответствует свойствам почв. Повышение плодородия почв в лесных питомниках достигается глубокой их обработкой, формированием глубокого пахотного горизонта, внесением удобрений и задержанием влаги. При выращивании посадочного материала широко используется известкование почв и внесение минеральных удобрений. При низкой обеспеченности калием вносят 20—25 кг/га, при средней — 15—20 кг/га и при высокой—10—15 кг/га действующего вещества калийных удобрений. Норма внесения фосфорных удобрений колеблется в пределах 35—60 кг/га, азотных — 20—30 кг/га действующего вещества.
В питомниках и при создании лесных культур необходимо тщательно уничтожить травянистую растительность — сильнейшего конкурента молодых древесных растений в борьбе за влагу.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Дайте характеристику серых лесных почв и их классификацию.
Какими лесорастительпыми свойствами обладают серые лесные почвы?
ГЛАВА XVI. ПОЧВЫ СТЕПНОЙ ЗОНЫ
Преобладающими почвами степной зоны являются черноземы, занимая в СССР 8,6% территории.
ГРАНИЦЫ И ПЛОЩАДЬ ЗОНЫ
В степной зоне находится 143 млн. га черноземных почв. Основные массивы их находятся в центральных областях страны, на Украине, Северном Кавказе, в Поволжье, Молдавии. Кроме черноземных почв на территории степной зоны встречаются серые лесные, болотные почвы, солонцы и солоди, однако широкого распространения они не имеют.
Северная граница черноземов проходит по линии Луцк — Ровно — Житомир — Киев — Чернигов — Курск — Орел — Пенза — Куйбышев — Челябинск. Южная граница зоны — примерно по линии Одесса — Херсон — Мелитополь — Ростов-на- Допу— Камышин — Саратов — Вольск — Оренбург — Семипалатинск. В Сибири опа идет, прерываясь, по 56 и 57 параллели, почти до Байкала.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
К л и м а т зоны развития черноземных почв характеризуется теплым, довольно сухим летом и умеренно холодной зимой, суровость которой нарастает с запада на восток. В том же направлении увеличивается континентальность климата. Средняя годовая температура на западе и юге страны +10° С, на востоке— около 0° С. Продолжительность теплого периода на западе составляет 140—180 дней, на востоке— 100—140 дней.
Среднее годовое количество осадков колеблется в пределах 300—500 мм. Больше всего осадков выпадает на западе и в Предкавказье (500—600 мм), в Поволжье количество осадков уменьшается до 350—400 мм, в Западной Сибири и Казахстане— до 300—350 мм. Общее количество осадков убывает также с севера на юг. Максимальное количество осадков выпадает в первую половину лета. Они часто носят ливневый характер. Поэтому максимальный запас влаги в почве наблюдается весной и первую половину лета. Однако общий дефицит влаги приводит к формированию в данной зоне пепромывного типа водного режима.
Небольшое количество осадков, сопровождаемое засухами и суховеями, создаст значительные трудности для роста травянистых и древесных растений.
Рельеф степной зоны в общем равнинный. По определению акад. Л. С. Берга, степь-—«пространства, более или менее ровные безлесные, нс заливаемые полыми водами, незаболоченные, покрытые в течение всего вегетационного периода густой травянистой растительностью» [4]. Рельефу степей свойственны различные мелкие блюдцеобразпые понижения, западины— поды, лиманы. Среднерусская и Приволжская возвышенности характеризуются расчлененным рельефом с густой овражно-балочной сетью.
Почвообразующими породами служат чаще всего лёссы или лёссовидные суглинки различного происхождения, встречаются суглинки и глины аллювиального и делювиального происхождений. Большинство почвообразующих пород карбонатны.
Естественная растительность черноземов из-за их рас- паханности почти отсутствует. По водоразделам, балкам, речным поймам сохранились отдельные участки леса, которые представлены главным образом дубом, вязом, ильмом, ясенем, по песчаным террасам рек — сосной и березой.
Состав естественной травянистой растительности на протяжении зоны неодинаков. Северные луговые степи представлены степными овсами, степной тимофеевкой, мятликом, костром, клевером, желтой люцерной, образующими сплошную дернину. В разнотравно-ковыльной степи (северная и центральная часть степи) произрастают ковыли, типчак, степной овес, шалфей, клевер. Для типчаково-ковыльных степей, кроме ковы- 168
лей, типчака, житняка, осок, характерны эфемеры—крупка, бурачок, луковичный мятлик, тюльпаны, полыни. В южной зоне сплошной травяной покров во второй половине лета исчезает, выгорает из-за недостатка влаги.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ
Роль русских ученых в разработке вопросов происхождения черноземов. Черноземная зона, черноземы, их образование постоянно привлекали внимание многих виднейших русских ученых. Первые положения о происхождении черноземов имеются в трудах М. В. Ломоносова. Паллас в 1799 г. предположил, что чернозем представляет собой морской пл, а Мурчисон (1842) рассматривал чернозем как продукт размыва черной юрской сланцевой глины, отражая представление о почве как о геологическом образовании. Позднее Эйхвальд в 1850 г. выдвинул теорию болотного происхождения черноземов, образовавшихся на заболоченных тундровых пространствах при потеплении климата и последовавшем энергичном разложении растительных остатков. Борисяк в 1852 г. предположил, что черноземы образовались вследствие разложения болотного ила и поселения растительности.
В работе Ф. Рупрехта «Геоботанические исследования о черноземе» (1886) была выдвинута верная гипотеза, что чернозем образовался в результате поселения травянистых растений и накопления перегноя при их разложении. Теория растительно-наземного происхождения получила блистательное развитие в работе В. В. Докучаева «Русский чернозем» (1883). П. А. Кос- тычев в работе «Почвы черноземной зоны России» показал важное значение корневых систем в накоплении перегноя. В. Р. Вильямс [7] рассматривал происхождение черноземных почв как результат развития дернового процесса под луговыми степями. Современные материалы свидетельствуют о верности растительно-наземного происхождения черноземов.
Почвообразование. Ежегодный опад травянистых лугово-степных растений составляет от 40 до 60% всей их массы и может колебаться от 100 до 200 ц на 1 га, причем на корни приходится от 40 до 80 ц, или 40—60% количества \ отмирающей массы. Опад растений содержит 7—8% зольных веществ и 1,0—1,4% азота. Количество зольных веществ и азота, поступающих в почву, в 5—10 раз больше, чем под лесом.
Черноземные почвы формируются под травянистой луговостепной растительностью. Опад растений, поступающий осенью в почву, весной при достаточном количестве воды и воздуха разлагается аэробными (в значительно меньшей степени анаэробными) микроорганизмами с образованием гумусовых веществ. Кальций опада и материнских горных пород, вступая в соединения с гуминовыми кислотами и гумусовыми веществами, образует нерастворимые в воде соединения •— гуматы кальция. Гуматы кальция и магния, часть гумифицированных при весеннем разложении растительных остатков (корневого опада), также насыщенных кальцием, закрепляются в верхней части почвы и почти не вымываются.
В летний сухой период микробиологические процессы ослабляются. Гумусовые кислоты и гуматы под влиянием относительно высоких температур лишаются влаги, конденсируются, окисляются, приобретая более сложное строение и вместе с тем становясь менее растворимыми в воде. Осенью процессы образования гумуса усиливаются, но быстро прекращаются из-за понижения температур до весны следующего года. Таким образом, под лугово-степной растительностью не происходит полной минерализации гумифицированных веществ и гуматов (представленных соединениями гуминовых кислот), в результате чего протекает гумусово-аккумулятивный, или дерновый, процесс почвообразования. Гумус черноземов вступает в реакции с минеральной частью почвы, образуя органо-минеральные соединения, способствуя образованию водопрочной комковатой или комковато-зернистой структуры верхних горизонтов.
В черноземах благодаря весеннему увлажнению происходит вынос кальция из самых поверхностных слоев в более глубокие. Концентрация кальция вниз по профилю почвы увеличивается и сначала обнаруживается с помощью 0,1 N раствора соляной кислоты, а затем в форме новообразований (псевдомицелия, белоглазки и т. д.). Биогенный кальций, а также Са почвенного раствора, нейтрализуя гумусовые кислоты, предохраняет минеральную часть почвы от заметного разложения, вследствие чего содержание илистых частиц минеральной части почвы почти не меняется по профилю (исключая северные черноземы).
В результате почвообразовательного процесса происходит аккумуляция, накопление в верхних горизонтах гумуса (до 12%), содержащего элементы питания и азот. Почва приобретает черный цвет.
Строение. Развитие почвообразовательного процесса в степях приводит к образованию черноземов со следующим строением почвенного профиля:
Ао — травяной войлок, наблюдаемый под естественной травянистой растительностью;
А — перегнойно-аккумулятивный, гумусовый, наиболее ярко выраженный горизонт, темно-серый, комковато-зернистый рыхлый, с ходами дождевых червей и землероев, пронизан корнями растений;
— переходный иллювиально-гумусовый, буровато-серый, ореховато-призматическпй, много лакированных гумусовых корочек по граням комочков, светлые налеты карбонатов кальция, вскипает от кислоты в верхней части, корни растений, белоглазка в нижней части;
Вк — иллювнально-карбонатный, палевый, призматический уплотненный, изредка корочки гумуса, наблюдаются выделения белоглазки;
С — материнская порода, обычно палевый лёссовидный суглинок, тонкопористый, вскипает от кислоты.
Общая мощность гумусового горизонта у черноземов, определяемая суммой горизонтов А + В, достигает обычно 80—100 см, у предкавказских черноземов может быть до 150—180 см. Свойства черноземов определяются направлением процессов почвообразования. Черноземы характеризуются высоким содержанием гумуса в перегнойно-аккумулятивном горизонте, которое колеблется от 6 до 12%, иногда до 16%. Большая часть черноземов не содержит легко растворимых солей К и Na. В черноземах отсутствует передвижение коллоидов по профилю почвы и только соли кальция вымываются на некоторую глубину и там накапливаются.
Почвенный поглощающий комплекс на 70—90% насыщен Са2+, меньшая доля приходится на Mg2+. В самых верхних перегнойно-аккумулятивных горизонтах в поглощающем комплексе участвует Н+. Поэтому реакция водной суспензии pH колеблется в пределах 6,0—6,8 и очень редко достигает величины 7,2—7,3 (в южных и солонцеватых черноземах). Значительное содержание гумуса, а также преимущественно суглинистый механический состав обеспечивают высокую емкость поглощения катионов (до 60 мг-экв на 100 г сухой почвы), способствуют формированию водопрочной структуры, пропитанной гумусовыми веществами.
Черноземы отличаются хорошими водновоздушными свойствами. Более или менее крупные промежутки между комочками обусловливают свободное прохождение воды и воздуха или большую некапиллярную скважность, которая в верхних горизонтах может достигать 30—40% общей. Общая пористость достигает 60—65% в верхних и, как правило, не опускается ниже 40% в нижних горизонтах почвы. Почвы обладают большой водопоглотительной способностью и воздухоемкостью.
. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ
В настоящее время выделяют пять подтипов черноземов: оподзоленный, выщелоченный, типичный, обыкновенный, южный.
Черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные чаще всего встречаются в лесостепной зоне с периодически промывным водным режимом. Оподзоленные черноземы встречаются преимущественно в южной части лесостепи на территориях, ранее бывших под лесом. По происхождению и свойствам они наиболее близки к темно-серым лесным почвам. Гумусовый горизонт А + В достигает 70—80 см. Горизонт А — перегнойно-аккумулятивный, мощностью до 35—40 см, содержит от 5 до 10% гумуса, он темно-серый, зернистый, порошисто-зернистый. В нижней части горизонта по граням структурных
отдельностей появляется кремнеземистая присыпка - главная отличительная черта оподзоленных черноземов.
Кремнеземистая присыпка состоит из мелких кристалликов кварца, отмытых от гумуса и полуторных окислов. Горизонт В — переходный гумусово-иллювиальный, буровато-серого цвета, ореховато-призматический, структурные отдельности которого покрыты коричневыми корочками. Иногда у этого горизонта более тяжелый механический состав, чем у горизонта А. Имеет слабокислую реакцию (pH 5,5—6,5); в поглощающем комплексе горизонта А 2—3% обменного водорода от суммы поглощенных оснований. Карбонаты встречаются значительно ниже горизонта А + В, чаще на глубине 1,5—-2,0 м.
Выщелоченные черноземы распространены в южной части лесостепной зоны и в северной степи по понижениям под лугово-разнотравно-злаковыми степями. Основным отличительным признаком их является выщелоченность гумусового горизонта от карбонатов. Средняя мощность горизонтов А + В 70—90 см, иногда может достигать 120—150 см. В восточной части страны гумусовый профиль уменьшается до 40—50 см. В перегнойно-аккумулятивном горизонте А мощностью от 35 до 50 см содержится 6—10% гумуса. Этот горизонт комковатозернистый или комковатый, кремнеземистая присыпка отсутствует, реакция среды pH 6,5—6,8. Почвенный поглощающий комплекс практически насыщен Са2+ и Mg2+. Горизонт В — комковато-ореховатый, орсховатый, гумусирован. Ниже гумусового горизонта почва вскипает и сразу же появляются псевдомицелий, журавчики.
Типичные черноземы встречаются в южной зоне лесостепи и южной части степной зоны. Это самые богатые гумусом почвы. Содержание гумуса в перегнойно-аккумулятивном горизонте достигает 9—12%. Мощность А + В составляет 80— 120 см. Почвы имеют комковато-зернистую структуру. Вскипание карбонатов происходит в нижней части гумусового горизонта или в верхней части гумусово-иллювиального горизонта В. В нижней части гумусового горизонта встречаются журавчики, белоглазка.
Обыкновенные ч ср и озем ы занимают среднюю часть черноземной зоны (рис. 36). Вследствие сухости климата мощность гумусового горизонта у них меньше, чем у рассмотренных выше подтипов. Обыкновенные черноземы развиты в районах с умеренно засушливым климатом, непромывным водным режимом, под разнотравно-злаковой (ковыльной) растительностью. Мощность горизонтов А + В составляет 60— 80 см. Горизонт А содержит 6—8% гумуса, характеризуется темно-серым цветом, комковато-зернистой или порошистой структурой. Горизонт В — комковато-призматический, переход в горизонт С ровный или языковатый. Вскипание почв наблюдается с нижней части А или с верхней части горизонта В. Из-
менения в содержании илистых частиц по профилю почв крайне незначительные. Новообразования присутствуют в виде псевдомицелия и плохо выраженных карбонатных пятен. Изредка встречаются выделения гипса. Почвенный поглощающий комп
лекс насыщен Са2+ и Mg2+, а реакция среды нейтральная (табл. 24).
Южные черноземы распространены в засушливой южной части черноземной зоны и формируются под типчаковоковыльной растительностью. Недостаточное увлажнение ослаб
ляет процессы гумусо- накопления. Небольшая глубина промачивания почвы ограничивает мощность корнеобптаемого слоя, что обусловливает формирование укороченного почвенного профиля. Одновременно уменьшается подвижность карбонатов, появляется гипс. В почвенном поглощающем комплексе нередко присутствует Na+. Мощность гумусового горизонта южных черноземов А + В 40—■ 60 см, содержание гумуса уменьшается до 4—6%. Горизонт А — мощностью 10—15 см се-
Рис. 36. Черноземы:а—выщелоченный, б — обыкновенным в — южныйРис. 36. Черноземы:а—выщелоченный, б — обыкновенным в — южныйрый, комковатый или ком
Рис. 36. Черноземы:
а—выщелоченный, б — обыкновенным в — южный
Рис. 36. Черноземы:
а—выщелоченный, б — обыкновенным в — южный
ковато-пылеватый, вскипает от соляной кислоты с поверхности или с верхней части горизонта А. В горизонтах В п Вк на глубине 1,5—2 м образуются белоглазка, гипс в виде мучнисто- кристаллических жилок. Содержание водорастворимых солей достигает 1,5%. Нередко нижняя часть профиля солонцеватая, обнаруживает сходство с каштановыми почвами. Реакция почв слабощелочная.
В степной зоне при неглубоком (3—5 м) залегании грунтовых вод или при образовании верховодки образуются луговочерноземные почвы. Эти почвы отличаются повышенным (до 10—12%) содержанием гумуса и глееватостью.
Кроме подтипов, выделяют роды и виды черноземов [ 18]. Наиболее часто выделяют следующие роды черноземов: карбонатные (при устойчивом вскипании с поверхности); солонцеватые (при наличии уплотненного слоя в гумусовом горизонте, содержащего обменный Na+ более 5% емкости); осолоделые — черноземы с ясно выраженной белесоватостью гумусового горп-
* 24. Физико-химические свойства чернозема обыкновенного тяжелосуглинистого им. В. В. Докучаева)
Горизонт
Глубина взятия образца, см
Частицы, %
Часть валово
<0,00!
<0,01
SiO3
РеЮ3
А
0—10
36,1
60,3
71,9
3,9
А
30—40
35,3
57,7
71,4
4,7
в
50—60
35,9
60,7
70,9
4,1
ВС
70—80
35,1
60,0
69,0
4,3
С
150—160
35,5
53,1
71,0
4,3
зонта, потечностью гумусовой окраски, дифференцированностью горизонтов по илу, полуторным окислам, высоким вскипанием от кислоты, наличием водорастворимых солей, слабощелочной реакцией; слитые — характерна исключительная плотность горизонта В, сформированного из иловато-глинистых отложений.
Деление черноземов на виды производят по мощности гумусового горизонта А + В и содержанию гумуса в горизонте А. Выделяют: очень маломощные А + В менее 25 см, маломощные 25—40; среднемощные 40—80; мощные 80—120, сверхмощные более 120 см. По содержанию гумуса различают слабогумуси- рованные — до 4%, малогумусные — 4—6%, среднегумусные — 6—9%, тучные — более 9% гумуса.
Кроме черноземов в степной зоне встречаются засоленные почвы — солончаки, солонцы и солоды, которые будут рассмотрены в специальной главе.
. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ
И СОХРАНЕНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ
Черноземная зона — важнейший, наиболее освоенный земледельческий район страны по выращиванию зерновых и технических культур. Почвы этого района обладают огромным потенциальным и эффективным естественным плодородием.
Большая часть зоны находится в районах недостаточного увлажнения, и повышение плодородия черноземов в значительной степени связано с накоплением влаги. Высокая распахан- ность территории привела к развитию водной (в северной и центральной частях) и ветровой (в южной части зоны) эрозии, вследствие чего теряется главное богатство почвы — гумус. Это приводит к необходимости проведения мер по борьбе с водной и ветровой эрозией для защиты почв. Эродированные почвы, обладая низким плодородием, требуют внесения удобрений. Удобрения необходимо вносить также п в некоторые подтипы черноземов, страдающие недостатком фосфора.
на лёссовидном тяжелом суглинке (по данным Почвенного ин-та
го анализа, %
Гумус (по И. В. Тюрину), %
pH водное
Содержание, мг-экв на 100 г почвы
Отношение Сгк : Сфк
А12оа
СаО
Са + Mg + + Na + К
емкость обмена
9,9
1,6
4,98
7,6
38,0
37,1
2,53
10,9
1,4
3,53
7,4
40,0
36,4
1,97
10,3
2,3
2,09
7,8
—
31,4
1,20
10,9
1,5
0,57
7,8
—
26,2
0,37
Н,7
1,5
—
8,0
—
23,4
—
К основным мероприятиям относятся меры по борьбе с засухой и эрозией путем создания полезащитных полос на водоразделах, вдоль границ полей, по берегам оврагов и балок. Лесные полосы, задерживая снег, перехватывая поверхностный сток и переводя его внутрь почвы, способствуют лучшему увлажнению территории, а также мешают образованию оврагов. В южной засушливой степи лесные полосы, ослабляя действие ветра, препятствуют развитию пыльных бурь.
Правильная организация территории, заключающаяся в чередовании полей, занятых различными культурами (так, чтобы почвы были защищены от водной эрозии, возникающей чаще всего весной), является одной из мер по борьбе с эрозией почв. В районах пыльных бурь целесообразно создавать полосы высокостебельчатых культур и полосы, закрытые стерней. В районах, подверженных водной эрозии (северные, выщелоченные, типичные черноземы), применяется вспашка поперек склона, так как гребни пашни препятствуют стоку воды. В районах пыльных бурь оставляют стерню, а почву подвергают безотвальной вспашке или глубокому рыхлению. Большое значение имеет регулирование накопления и таяния снега с помощью снегопахов, игольчатых катков, затемнения поверхности снега.
Черноземные почвы, несмотря на их богатство, хорошо реагируют на удобрения. Северные черноземы лучше отзываются на азотные удобрения, а карбонатные и южные — на фосфорные, так как фосфор в них часто находится в неусвояемом состоянии, связываясь кальцием. Эффективность удобрений возрастает от тяжелосуглинистых почв к легкосуглинистым и супесчаным. Солонцеватые черноземы для нейтрализации избыточного натрия гипсуют.
При выращивании леса особое внимание уделяется ассортименту древесных пород и конструкции лесных полос. В районах оподзоленных, выщелоченных черноземов лесные полосы создаются из дуба, в более засушливых районах применяют засухоустойчивые древесные породы — вяз, акации, лох
г
узколистный и др. В районах распространения типичных черноземов высаживают наряду с другими березу, клен, ясень и т. д.
Лесорастительные свойства черноземов прямо связаны со степенью их увлажнения: чем суше район образования почв, тем хуже лесорастительные условия, тем сложнее подготовка почвы, тем строже подбор древесных пород.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о происхождении черноземов.
Перечислите основные почвы степной зоны.
Какими свойствами обладают черноземы?
ГЛАВА XVII. ПОЧВЫ ЗОНЫ СУХИХ СТЕПЕЙ
И ПОЛУПУСТЫНЬ
Основными почвами зоны являются каштановые и бурые почвы пустыни.
ГРАНИЦЫ И ПЛОЩАДЬ ЗОНЫ
Эта зона начиная с низовьев Дуная тянется узкой полосой вдоль берегов Черного и Азовского морей, охватывает значительные площади Ставропольского края, Ростовской, Астраханской, Волгоградской, Саратовской, Ульяновской областей и далее проходит по линии Актюбинск — Кустанай — Акмолинск — Павлодар — Семипалатинск. Южная граница зоны совпадает с северной границей пустынь и проходит севернее берегов Каспийского и Аральского морей и оз. Балхаш. Отдельные массивы эта зона образует в Минусинской и Тувинской низменностях.
Ковыльно-полынные и ковыльно-типчаковые сухие степи, под которыми формируются каштановые и бурые почвы, занимают 107 млн. га, или 4,8% территории страны. Около 37 млн. га занято каштановыми солонцеватыми почвами и их комплексами с солонцами. Бурые почвы распространены в пределах северного побережья Каспийского и Аральского морей и южной части Казахского мслкосопочнпка.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климат зоны сухой, континентальный с жарким сухим летом, холодной зимой и небольшой мощностью снегового покрова. В летний период с поверхности почвы испаряется в 2— 4 раза больше влаги, чем ее выпадает. В северной части зоны, где формируются темпо-каштановые почвы, выпадает 300— 400 мм осадков в год, в центральной — 300—350 мм и в южной со светло-каштановыми почвами — 250—350 мм. Количество осадков с запада на восток уменьшается до 200—250 мм. Сред- 176
няя годовая температура в европейской части зоны равна + 3°С, а в азиатской + 2—3° С. Безморозный период составляет 180—190 дней в европейской и 110—120 дней в азиатской частях зоны. Здесь часты суховеи, вызывающие пыльные бури и гибель растений.
Рельеф зоны преимущественно равнинный или равниннослабоволнистый с отчетливо выраженным микрорельефом. Встречаются западины, лиманы.
Почвообразующие породы разнообразны. В причерноморской части и Ставропольском крае ■— это лёссовидные суглинки. В Прикаспийской низменности распространены желто-бурые глины п суглинки, богатые солями Na+, Са2+, Mg2+, встречаются также морские пески и супеси. Приволжская возвышенность покрыта желто-бурыми лёссовидными суглинками, элювием песчаников, известняков, мергелей. В Забайкалье каштановые почвы формируются на скелетных хрящеватых пролювиально-делювиальных отложениях. Почвообразующие породы в этой зоне часто засолены.
Растительность зоны сравнительно бедна по составу, особенно в южной части. Среди травянистых растений преобладают ковыль, типчак, полынь, тонконог, различные эфемеры, образующие полынно-типчаковые степи. Луговая растительность проникает в зону сухих степей по долинам и поймам рек. Древесные растения в этой зоне приурочены к пониженным участкам, чаще всего к склонам п днищам балок, оврагов, поймам рек. Здесь произрастают дуб, клен татарский, осина, сосна, вяз, акация белая. Лесные насаждения развиваются на темнокаштановых и каштановых почвах. Однако леса в этой зоне имеют ограниченное распространение, преобладающим типом растительности является степная.
КАШТАНОВЫЕ ПОЧВЫ
Под травянистой растительностью зоны сухих степей, так же как и под лугово-степной, протекает дерновый процесс почвообразования. К середине лета большая часть эфемеров и луговых растений отмирает, а на поверхности почвы образуется травяной войлок, который быстро и полностью разлагается. При разложении органических веществ синтезируются гуминовые кислоты, образующие при взаимодействии с катионами водонерастворимые гуматы. Одновременно под влиянием высоких температур происходит обезвоживание и свертывание гуминовых кислот, которые закрепляются в верхних слоях почвы п окрашивают ее в буровато-черный цвет. Часть корневых остатков разлагается анаэробно (обычно этот процесс протекает в первую половину лета), в результате в почвах накапливается гумус. Поскольку по сравнению с лугово-степной зоной органического вещества здесь образуется меньше, а процесс его ми-
нералпзацип длится почти все лето, количество гумуса в этих почвах меньше, чем в черноземах, пойменных или луговых
почвах.почвах.В засушливых условиях при небольшой глубине промачива
почвах.
почвах.
ния почвы сернокислые соли натрия, углекислый кальций и
магний, вымываясь вниз, концентрируются, выпадают в виде
кристаллов и формируют иллювиальный солевой горизонт
Рис. 37 Каштановые почвы; а — темно-каштановая; б — каштановаяРис. 37 Каштановые почвы; а — темно-каштановая; б — каштановаяпочвы. Карбонаты кальция образуют пссвдомицелий и белоглазку, а сернокислый натрий — мелкие белые кристаллы. Натрий, соли которого могут легко передвигаться в почвенном профиле, постепенно входит в почвенный поглощающий комплекс, и почвы становятся солонцеватыми.
Рис. 37 Каштановые почвы; а — темно-каштановая; б — каштановая
Рис. 37 Каштановые почвы; а — темно-каштановая; б — каштановая
Под влиянием солей натрия верхний горизонт почв частично или полностью утрачивает структуру (сказывается диспергирующее влияние натрия), гумусовые и минеральные коллоиды под действием весенней влаги частично переходят в золь и вымываются на некоторую глубину, образуя уплотненный иллювиальный горизонт каштановых почв. Выраженность солонцового процесса различна, больше всего она проявляется в районах с небольшой глубиной промачивания почв и засоленными иочвообразую- щпмп породами. Наиболее резко этот процесс выражен в почвах тяжелого механического состава. Из-за недо
статка влагистатка влагив почве соли кальция из верхних горизонтов
статка влаги
статка влаги
полностью не вымываются, поэтому почвы часто вскипают
с поверхности. В северной части зоны, где осадков больше, верхняя часть почвенного профиля не имеет избытка Са2+, Na+. При движении к югу оба элемента накапливаются в верхней части почвенного профиля, и почвы приобретают щелочную реакцию. В результате почвообразовательного процесса в этой зоне формируются каштановые и бурые почвы. Наиболее распространены каштановые почвы (рис. 37).
Профиль темно-каштановой тяжелосуглинистой почвы па лёссовидном суглинке следующий:
Ао 3 см — темно-серый, пронизан корнями растений, пылевато-комковатый, расчленяется на горизонтальные пластинки, среднесуглинистый, рыхлый, встречаются Корин, дендриты, капролпты;
А 3—23 см — темпо-серо-корнчпеватый (каштановый), комковатый, тяжелое)!.тинистый, уплотненный, встречаются корни, дендриты;
В, 23—38 см — темно-серый с коричневым оттенком, тяжелосуглинистый, ореховатый с коллоидными корочками по граням структурных комков, плотноватый;
В2 38—55 см — темно-бурый, тяжелосуглинистый, мелкоиризматическцй, плотный, встречаются корни, дендриты;
В„ с 55 см — палево-бурый, тяжелосуглиннстый, призматический, плотный, вскипает от НС1, с глубиной 90 см появляется белоглазка.
Бесструктурность верхнего слоя почвы свидетельствует о ее слабой солонцеватости, а корочки и уплотненность горизонта В — о процессах вмывания коллоидно-илистых частиц из верхних горизонтов почв. В каштановых почвах гумус содержится в горизонтах А и В, поэтому общая мощность его определяется суммарной мощностью горизонтов А + В. В табл. 25 и 26 приведены результаты химического анализа темпо-каштановой почвы.
у25. Темно-каштановая слабосолонцеватая тяжелосуглинистая почва на лёссовидном суглинке (по данным Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева)
S
А
О
Содержание частиц, %
Содержание, %
V
V
О
о
£
о
<
о
и
о
Z
uS а
А„
0—8
30,6
55,7
74,0
5,7
9,4
0,6
0,9
4,8
At
20—25
35,9
57,6
71,2
7,2
11,5
0,9
0,8
2,5
В
30—35
39,1
64,6
71,5
6,4
10,9
0,7
0,6
1,7
в2
60—65
37,8
59,1
72,0
6,0
12,1
0,9
0,7
1,2
с
160—165
32,2
49,9
71,5
6,4
13,7
0,8
0,3
—
с
220—230
—
—
—
—
—
—
—
—
с
290—300
—
—
—
—
—
—
—
—
Продолжение
к
2 о
S со
II
Содержание поглощенных оснований, мг-экв
Содержание водорастворимых солей, мг-экв
О
о
А
Содержание,
о -9-
Ca+Mg+ +Na
Na
катно-
анионов
сг
СФ
Ао
0—8
29,3
1,7
0,5
0,51
7,1
1,02
0,54
1,89
At
20—25
39,3
1.4
—
—
7,4
0,4
0,18
2,22
В
30—35
34,5
1,1
0,70
0,71
7,4
0,27
0,14
1,93
в2
60—65
—
—
0,84
0,86
—
0,14
0,12
1,17
С
160—165
—
—
1,78
1,78
—
—
—
—
с
220—230
—
—
17,2
17,2
—
—
—
—
с
290—300
—
—
4,0
4,0
—
—
—
—
26. Характеристика подтипов каштановых почв умеренной зоны
Подтип почв
Содержание гумуса, ПУ, в верхнем 15-сантиметровом слое по разновидностям механического состава
Мощность А + В, см
глинистые, тяжело- и сред- несуглинистые
легкосуглинистые и супесчаные
Темно- каштановые
3,2—4,5 (5)
2,5—3,0 (4)
30—50
Каштановые
2,2—3,5 (4)
1,5—2,5 (3)
30—40
Светло-каштановые
1,5—2,2 (2,5)
1,0—1,5(2 0)
25—35
Примечание. В скобках приведены показатели для целинных сильно задернованных старозалежных земель.
Согласно классификации каштановых почв В. В. Докучаева выделяются: темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые почвы. Л. С. Коссович предложил разделение каштановых почв по содержанию гумуса на три подтипа: темно-каштановые (5—6%), каштановые (3—4%) и светло-каштановые (2—3%). По классификации Почвенного института им. В. В. Докучаева (1967), их разделяют по климатическим условиям па три подтипа: теплые (южноевропейские), умеренные (восточноевропейские и казахстанские) и глубинно-холодные (восточносибирские) .
По родам выделяют: обычные почвы с комковатой структурой верхних горизонтов каштанового цвета, которые вскипают в нижней части горизонта В или гумусового горизонта, легкорастворимые соли в этих почвах находятся на глубине 1—2 м, т. е. ниже корнеобитаемого слоя; солонцеватые с обесструктуренным верхним горизонтом и значительно уплотненным горизонтом Вь имеющим глыбисто-призматическую структуру, покрытую глянцевыми буровато-коричневыми корочками; солончаковатые, которые содержат 0,25% лег корастворимых солей; осолоделые, структурные комочки в этих почвах покрыты белесой кремнеземистой присыпкой; карбонатные, образовавшиеся па карбонатных породах п вскипающие с поверхности; неполноразвитые с несфор- мировавшимся почвенным профилем. Роды почв могут давать сочетания, например, солонцевато-солончаковые и др.
По мощности гумусового горизонта выделяют виды почв: мощные (А + В более 50 см), среднемощные (30—50 см), маломощные (20—30 см) и укороченные (менее 20 см). По степени солонцеватостп их делят на солонцеватые — менее 3%, слабосолонцеватые— от 3 до 5%, среднесолонцеватые — от 5 до 10% и сильносолонцеватые — от 10 до 15% поглощенного Na от емкости поглощения. Почвенные разновидности выделяют по механическому составу верхних горизонтов, а разряды — по материнским породам.
По степным блюдцеобразиым западинам в межувалистых понижениях, по надпойменным террасам рек встречаются лугово-каштановые почвы. Дополнительное увлажнение в этих условиях способствует росту лугово-степных растений (пырея, донника, люцерны). Для лугово-каштановых почв характерна значительная мощность гумусовых горизонтов, а также большое количество органического вещества и элементов питания. Классифицируются они так же, как и каштановые почвы, кроме этого в них выделяют глеевые почвы.
БУРЫЕ ПОЧВЫ
Бурые почвы занимают 46 млн. га, или 2% территории страны. От каштановых почв они отличаются меньшим содержанием перегноя (не более 2%). Бурые почвы формируются под изреженным растительным покровом очень сухих степей (преобладают полынь, типчак, биюргун). Часто на поверхности почв поселяются лишайники, сине-зеленые водоросли. Из древесных пород здесь встречаются заросли тамарикса, джузгуна, засухо- и солеустойчивых кустарников.
Профиль бурых почв сухих степей следующий:
А] 1—15 см — перегнойно-аккумулятивный, сероватый или серовато-палевый, рыхлый, слоеватый;
В[ 15—35 см — иллювиальный, буровато-коричневый, уплотненный пли плотный, глыбистый, вскипает;
Вк 35—70 см — неоднородно окрашенный, желтовато-бурый с пятнами карбонатов, глыбистый (или ореховатый), бурно вскипает от НО;
Вг 70—160 см — горизонт скопления гипса, ниже которого обнаруживается максимум скопления солей, бурно вскипает.
Бурые почвы переходные от светло-каштановых к серо-бурым пустынным. Они обладают низким природным плодородием, требуют орошения и мероприятий по борьбе с засоленностью п ветровой эрозией.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ ЗОНЫ
СУХИХ СТЕПЕЙ
Почвы сухих степей используют по-разному: 37,2% территории занято пашней, где выращивают пшеницу, кукурузу, просо, подсолнечник и бахчевые культуры; 4,1% занято сенокосами и 47% — пастбищами. Засоленность почв приводит к значительной потере урожая зерновых культур. На мощных темно-каштановых солонцеватых почвах урожай зерновых составляет 12,8, на среднемощных — 6,4 и на маломощных — 5,0 ц/га.
Ущерб народному хозяйству в этой зоне наносят ветровая эрозия и пыльные бури. Повышение плодородия каштановых 181
почв прежде всего связано с влагонакоплепием, орошением и промывкой солончаковых почв, гипсованием, внесением удобрений. Огромное значение имеет правильная агротехника, улучшающая свойства почв. Особое место занимает борьба с ветровой эрозией почвы путем безотвальной обработки и оставления стерни, посевов кулис высокостебельных растений, полосного земледелия и выращивания защитных лесонасаждений.
Полезащитные лесные полосы в зоне сухих степей имеют важнейшее значение. В настоящее время создано около 600 тыс. га лесных полос. Для их выращивания применяют плантажную обработку почвы и 2-летние черные пары с целью накопления влаги. Рост лесных полос па каштановых почвах различен. Так, на темно-каштановых почвах дуб достигает в 18—20 лет 10—12 м высоты, на каштановых 8—9 м и на светло-каштановых 6—7 м. На светло-каштановых солонцеватых почвах лесные полосы создаются из вяза мелколистного, акации белой, клена ясенелистного и татарского.
При выращивании в питомниках посадочного материала в почву необходимо вносить удобрения. На каштановых и бурых солонцеватых почвах вносят 1—3 кг гипса на 1 га в сочетании с поливом. При выращивании лиственных пород на каштановых почвах при очень низкой обеспеченности почв питательными веществами вносят 75—100 кг фосфорных, 10—15 кг азотных и 15—20 кг калийных удобрений на 1 га; при низкой обеспеченности доза удобрений снижается на 25% и при средней— на 50% от доз, применяемых на почвах с очень низкой обеспеченностью. На светло-каштановых почвах доза удобрений увеличивается на 40% по отношению к дозам удобрений, применяемых на каштановых почвах.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о строении и классификации почв зоны сухих степей. Как образуются почвы этой зоны?
ГЛАВА XVIII. ПОЧВЫ ПУСТЫННОЙ зоны
Эта зона занимает Туранскую низменность, невысокие плато Устюрт и Бетпак-Дала и предгорья Памиро-Алая и Тянь-Шаня. Общая площадь зоны 210 млн. га, или около 9,8% территории СССР. Около 65% территории зоны занято бурыми, серо-бурыми и сероземными почвами, 25% песчаными пустынями и около 10% засоленными почвами. Основная часть зоны расположена в пределах Узбекской, Таджикской, Туркменской, Киргизской и степной части Казахской ССР.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климат этой зоны характеризуется высокими среднегодовыми температурами: от +13 до +18° С с максимумом +40 и даже + 50° С. Зимы холодные, морозы в отдельные годы достигают —25 —30° С. Осадков выпадает мало (в пределах 100—200 мм в год), причем в летний период выпадает около 8% осадков, а испаряемость достигает 1700 мм, что обусловливает засушливость климата и быстрое просыхание почв. Лишь весной в течение 20—45 дней количества влаги в почве достаточно для роста эфемеров, которые быстро развиваются и отмирают к началу сухого и жаркого лета. Мощность снежного покрова зимой составляет 2—5 см.
Растительность этой зоны представлена ксерофитами, которые не образуют сплошного покрова. На песчаных территориях растут пустынная осока, луковичный мятлик, костер, встречаются кустарники— астрогал, песчаная акация, саксаул, джузгун, черкез. На глинистых участках растут мелкая пустынная осока, луковичный мятлик и эфемеры — маки, тюльпаны, герани. Из многолетних растений чаще всего встречаются
полыни и солянки.
Растительность в пустынях настолько изрежена, что в образовании органического вещества большое значение приобретают даже водоросли, мхи и лишайники.
Почвообразующпе породы чаще всего представлены лёссовидными карбонатными суглинками, песками древнеаллювиального и озерно-речного происхождения, мощность которых достигает 10—20 м, и продуктами выветривания известняков и мергелей. Нередко почвообразующие породы солспосны. Необходимо отметить, что грунтовые воды, залегающие на различной глубине, содержат значительное количество солей и часто являются причиной засоления почв.
СЕРО-БУРЫЕ ПОЧВЫ
Серо-бурые почвы пустынь занимают вместе с песками, такырами, такыровидными почвами и солончаками 140 млн. га, или 6,3% территории страны. Поверхность серобурых почв покрыта коркой палево-серого цвета —Аь ниже которой расположен слоеватый горизонт А] мощностью 5— 10 см, затем горизонт В — уплотненный, оглиненный, буроватого или красновато-бурого цвета с пятнами и потеками карбонатов и еще ниже — иллювиально-солевой горизонт В,- с кристаллами гипса. Реакция почвы щелочная, почва вскипает с глубины 5—6 см. Серо-бурые почвы содержат до 1% гумуса. Водорастворимые соли здесь расположены в пределах первого метра. Серо-бурые почвы различают по карбонатности, солон- цеватости и солончаковатости.
Т а к ы р — в переводе на русский язык «твердая поверхность». Это почвы глинистых пустынь, почти не покрытых растительностью. Они часто образуются в бессточных мезопонпже- ниях. Поверхность такыров в весенний период представляет собой вязкую глину. Летом, когда вода испаряется, поверхность такыров растрескивается и образует глинистую корку толщиной 5—7 см. Под слоем корки обычно располагается более рыхлый, слоеватый, плитчатый горизонт мощностью 5— 7 см, а еще ниже — засоленная материнская почвообразующая порода. Почва такыров вскипает с поверхности. Карбонаты и соли, чаще всего NaCI и СаСЬ, в солончаковатых такырах видны на поверхности. Верхняя часть корки содержит до 1 % гумуса. Эти почвы могут быть использованы в сельском хозяйстве только при орошении.
СЕРОЗЕМЫ
Это почвы предгорно-пустынных степей, они занимают 34 млн. га, или 1,5% территории СССР. Сероземы расположены в южной части зоны и поэтому в зимнее время не промерзают. Количество осадков здесь обычно несколько больше, чем в пустынях, а в высоких предгорьях может достигать 400—500 мм.
Вегетационный период более продолжителен, чем в районах равнинных пустынь. Обычно профиль сероземов слабо расчленен на горизонты: верхний А] мало отличается по окраске от материнской породы; переходный В имеет очень слабую сероватую окраску; ниже залегает иллювиальный карбонатный горизонт Вк, в котором наблюдается большое скопление карбонатов, придающих ему палевый оттенок. На глубине 150—180 см накапливаются мелкие кристаллы гипса и еще ниже — водорастворимые соли. Важнейшими факторами, оказывающими влияние на формирование почвенного профиля сероземов, являются водный режим и чередование процессов увлажнения и иссушения. Светлые сероземы промачиваются весной на глубину до 1 м, а темные — до 2 м. Во влажный период значительная часть водорастворимых солей выносится на глубину промачиванщь/'Нри летнем иссушении и потреблении растениями воды та почвы часть солей возвращается в верхние слои, причем чем глубже промачивание почвы, тем меньше солей возвращается к ее поверхности летом. Более высокая степень увлажнения сероземов обеспечивает лучшие условия для развития эфемеров, которые способны образовывать сплошной растительный покров.
Высокая температура, хороший тепловой режим почв, повышенная зольность растительных остатков создают благоприятные условия для полного разложения органических веществ в почвах. В результате быстрого разложения и минерализации растительных и перегнойных веществ в сероземах 184
остается очень небольшое количество гумуса. Освободившиеся элементы питания не вымываются водой, а остаются в верхнем 1—4-метровом слое почвы. Таким образом, при сравнительно небольшом содержании перегноя сероземы плодородны. Они содержат значительное количество азота и калия; фосфорные соединения находятся в труднорастворимой форме трехкальциевого фосфата Са3(РО4)2- В летний период из-за дефицита влаги биологические процессы в сероземах приостанавливаются до следующего весеннего периода.
По количеству перегноя в верхних горизонтах почв сероземы разделяют на подтипы: светлые с количеством гумуса от 1,0 до 1,5%, типичные— 1,5—2,5% и темные —от 2,5 до 4,0%; на роды: обычные, остаточно-солончаковые, неполноразвитые; по мощности горизонтов (А + В) выделяют сероземы маломощные (А + В менее 40 см); среднемощные (40—80 см), мощные (более 80 см).
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ ЗОНЫ ПУСТЫННЫХ СТЕПЕЙ И ПУСТЫНЬ
Наилучшие условия для роста древесных пород в этой зоне складываются на почвах, образующихся по поймам рек, где формируются тугайные леса из тополей, ив, лоха, а также на лугово-сероземных, лугово-бурых и светло-бурых почвах легкого механического состава, на которых произрастают акация белая, боярышник, груша уссурийская, кизильник черноплодный и ясень пушистый. Большие территории этой зоны заняты саксауловыми лесами. Наилучшие условия для их роста —супесчаные и легкосуглинистые почвы с глубиной залегания грунтовых вод от 3 до 8 м. На таких участках саксаульники имеют высоту 4—6 м. Кроме саксаула, здесь растут кандым, черкез, гребельник, акация песчаная. Для выращивания древесных пород в этой зоне необходимы промывка и орошение почв.
185185Огромное количество минеральных солей, тепла и влаги позволяет получать в этой зоне высокие урожаи самых различных сельскохозяйственных культур. Зона пустынь и пустынных степей — самая древняя область орошаемого земледелия. Здесь выращивают хлопчатник, сахарную свеклу, кукурузу, пшеницу, занимаются садоводством и виноградарством. Поэтому при орошении и обработке почвы необходимо следить за изменением ее водно-физических свойств, степенью засоления, количеством водорастворимых солей и предпринимать все необходимые меры против возникновения процессов вторичного засоления. Огромная территория (29,7%) этой зоны используется под пастбища, улучшение которых связано с правильным использованием земель, соблюдением норм выпаса скота.
185
185
7 Заказ № 1757
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Охарактеризуйте зону полупустынь и пустынь
Назовите почвы полупустынь и пустынь.
ГЛ ABAXIX. ЗАСОЛЕННЫЕ ПОЧВЫ И СОЛОДИ
К засоленным относятся почвы, содержащие водорастворимые соли в летальных для растений концентрациях. Засоленные почвы могут встречаться во всех зонах и особенно в районах с соленосными материнскими породами (как правило, морского происхождения) и с залегающими близко к поверхности грунтовыми водами, содержащими водорастворимые соли. Морские отложения азональны, и поэтому солонцы и даже солончаки можно встретить в Якутии, на значительной площади Западной Сибири, под лесными массивами Шипова леса Воронежской обл. и в полупустынной зоне Прикаспийской низменности.
В грунтовых водах содержание солей увеличивается по мере усиления засушливости климата и увеличения концентрации растворов (табл. 27). В засушливых пустынях и полупустынных зонах, где отсутствует глубокое промачивание почв, накопление солей может происходить в результате их биогенного
v 27. Накопление солей в водах и засоленных почвах [27]
Зона
Наивысшая минерализация воды, г на 1 л
Максимальное количество легкораствори- мых солей в верхних горизонтах солончаков, %
Характерные соли в солончаках
Реки
Грунтовые воды
Соленые озера
Лесостепь
0,5—1
1—3
10—100
0,5—1
Na8CO3
Na2SO4
Na2SiO3
Степь
3—7
50—100
100—250
2—3
Na2SO4 NaCl
Na2CO3
Сухая степь
10—30
100—150
300—350
5—8
NaCl Na2SO4 CaSO4 MgSO4
Пустыня
20—90
200—220
350—450
15—24
NaCl NaNO3 MgCl2 MgSO4
накопления, выветривания, почвообразования, а также импуль- веризации (переноса ветром).
В бессточные области материков земного шара может с водой поступать до 1 млрд, т солей, а ветром переноситься от 2 до 20 т солей на 1 км2. Влияние зональности сказывается на относительном распространении засоленных почв. Так, в лесостепной зоне солонцы занимают 16% территории, в степной—• 24%, в полупустынной солонцеватым почвам, солонцам и солончакам принадлежит 51%, в пустынной зоне солончаки и такыры вместе с серо-бурыми почвами (часто солончаковато- солонцеватымп) занимают 54% территории страны [27].
Площадь засоленных почв (с их комплексами) и солодей достигает 160 млн. га, или 7,2% территории страны. Наиболее широко эти почвы распространены в Нижнем Поволожье, на юге Украины, в Предкавказье, Средней Азии, Казахстане, Западной Сибири. Они приурочены к разного рода депрессиям с близким залеганием грунтовых вод (Туранская, Прикаспийская, Днепровская, Лено-Вилюйская низменности). Эти почвы распространены на аллювиальных равнинах Волги, Днепра, Дона, Иртыша, Амура, в приозерных понижениях приморских равнин, лиманах, старицах.
СОЛОНЧАКИ
Солончаками называют почвы, в профиле которых, начиная с верхнего горизонта, содержится большое количество водорастворимых солей, подавляющих рост большинства растений. Солончаки образуются главным образом при выпотном типе водного режима, когда испарение выше выпадающего количества осадков. Такой режим чаще всего складывается в условиях засушливого климата при близком залегании минерализованных грунтовых вод, капиллярная кайма которых достигает верхнего горизонта почв. Часть воды при этом испаряется с поверхности почвы, часть идет на транспирацию растений, а соли концентрируются и выпадают в осадок в верхнем горизонте почвы.
При достижении концентрации солей выше 0,6—1% образуется солончак (при содовом засолении 0,5%). Растительный покров на солончаках изрежен и представлен в зависимости от состава солей различными солянками ■— солеросом, шведкой, сарсазаном, черным саксаулом, биюргуном. При отмирании, обладая зольностью до 50%, солянки возвращают в почву, по данным Н. И. Базилевич [35], до 100 кг хлора, 65—67 кг натрия на 1 га.
Химический состав солончаков разнообразен. Чаще всего они обогащены солями Na+, Са2+ и Mg2+ с анионами соляной, угольной и серной кислот. Наиболее вредными для растений являются соли Na+:NaCl, Na2CO3, NaHCO3 и особенно сода
Na2COa; менее опасны MgCl2, MgSO4, СаС1з и безвредны MgCO3 и СаСО3.
Значительное количество солей в солончаках приводит к повышению гигроскопичности почв и осмотического давления почвенного раствора до 10—30 МПа, что затрудняет поступление воды в растения. Проникновение солей в растения нарушает поступление необходимых питательных веществ. Сода вредна растениям уже при концентрации 0,005%, концентрация других солей выше 0,04% снижает урожай растений.
Засоленные почвы различают по составу солей, выделяя почвы сульфатно-содового (больше сульфатов), хлоридно- сульфатного (больше хлоридов), сульфатно-хлоридного и хло- ридного засолений. Кроме этого, почвы различают по количеству солей и глубине залегания солей. При концентрации солей менее 0,25% и при глубине их залегания до 150 см почву считают незасоленной. Если концентрация солей выше 0,25% и соли встречаются уже на глубине 80—150 см, почву называют слабосолончаковатой; при той же концентрации солей, но при глубине их залегания 30—80 см — солончаковатой, 5—30 см — солончаковой. При содержании солей более 1% образуется солончак. Высокая концентрация солей определяет и другие химические свойства почв: малое содержание гумуса, его фулы ватный состав, щелочную реакцию pH от 7,3—7,8 до 9—10 вскипание с поверхности, гигроскопичность. Поскольку концентрация солей выше порога коагуляции коллоидов, минеральные илистые частицы не передвигаются в почвенном профиле и остаются на месте своего образования.
Классификация. По происхождению и морфологическим признакам выделяют два типа солончаков: автоморфные, сформировавшиеся при глубоком залегании грунтовых вод и не испытывающие их влияния, и гидроморфные, образующиеся при близком залегании минерализованных почвенногрунтовых вод (0,5—3 м).
Автоморфные солончаки делят на литогенные, образовавшиеся на четвертичных, морских и пестроцветных засоленных отложениях, и древнегидроморфные. Почвенный профиль этих почв слабо дифференцирован. Сверху автоморфные солончаки покрыты вспученной пропитанной солями землистой массой.
Гидроморфные солончаки выделяются по выцветам солей, пухлой или мокрой корке на поверхности. Среди них выделяют: солончаки типичные, луговые, содовые, отакыренные. В профиле типичных солончаков хорошо выделяется только самый верхний горизонт мощностью 5—10 см с обильным скоплением солей. Гумусовый горизонт (гумуса менее 1%) почти нс выражен, так как растительность на поверхности этих почв практически отсутствует. Профиль почв монотонный, на разной глубине можно видеть сизые и охристые пятна. Солончаки луговые образуются в результате засоления луговых почв. Они по-
крыты солевой пухлой корочкой, иногда мокрой, с солевыми выцветами. Солончаки луговые содержат до 5% солей, до 8% гумуса в лесостепной зоне и до 1—2% — пустынной. Эти почвы несут признаки оглеения. Солончаки содовые встречаются на днищах периодически высыхающих соленых озер. Отакыренные (пустынные) солончаки выделяются тем, что они покрыты корочкой (рассоленной), разбитой сетью трещин на плитовидные отдельности. Эти солончаки имеют глыбисто-столбчатое строение соленосного горизонта.
' / Мероприятия по улучшению солончаков проводят при обязательном их орошении и промывании почвы. Вода, растворяя соли, выносит их с орошаемого участка. Часть воды уносит их вниз по профилю почвы, поэтому уровень грунтовых вод в зонах промывки солончаков должен быть таким, чтобы капиллярная кайма находилась ниже поверхности почвы, что обеспечивается специальной дренажной системой. Орошение и промывание почв следует проводить осторожно, так как при орошении и просачивании воды возможно поднятие грунтовых вод и вторичное засоление почв. После промывки почв вносят органические и минеральные удобрения, производят залужение, высевают многолетние травы.
СОЛОНЦЫ
Солонцом называется почва, у которой в почвенном поглощающем комплексе иллювиального горизонта содержится более 20% (от емкости поглощения) обменного натрия.
Образование. Формируются при рассолении солончаков с преобладающим содержанием солей натрия, воздействии грунтовых вод, обусловливающих чередование процессов летнего засоления (поднятия солей по капиллярам вместе с водой) и осенне-зимне-весеннего рассоления; при биогенном накоплении натрия, разложении растительных остатков (полыней, солянок, кермека и др.) и поступлении солей натрия в почву при выпадении атмосферных осадков. При образовании солонцов содержание солей натрия остается достаточно высоким, однако ниже порога коагуляции, благодаря чему создаются условия для вытеснения части поглощенных Са и Mg из почвенного поглощающего комплекса ионом Na (если учесть огромную подвижность солей Na). Внедрение иона натрия особенно активно происходит, если его источником является сода, которая может образоваться в почвах с достаточным количеством Na2SO4 под влиянием анаэробных сульфатредуцирующих бактерий в присутствии органического вещества по схеме
Na2SO4 + 2С ->- Na2S -ф 2СО2;
Na2S + СО2 4- Н2О = Na2CO3 + H2S (сероводород)
или при Na2SO4 + Са (HCO3)2’->;CaSO4 + 2NaHCO3.
гипссода
Коллоиды, насыщенные натрием, гидрофильны и при переувлажнении переходят из геля в состояние золя, агрегаты (структура) разрушаются, коллоиды становятся способными передвигаться под влиянием нисходящей влаги. Одновременно резко увеличивается щелочность до pH 9—10, при котором и происходит распад части коллоидов. В результате коллоидные частицы передвигаются из верхнего горизонта в нижний, образуя плотный иллювиальный солонцовый горизонт В. Верхний горизонт обедняется гумусом, илистыми частицами и полуторными соединениями железа.
Строение (рис. 38). Профиль солонцов разделяется на ряд отчетливо выраженных горизонтов: А — гумусово-элювиальный (надсо-
Рис. 38. Солонец лонцовый), Bi — иллювиальный, солонцовый;
подсолонцовый и С — материнская порода.
А — гумусово-элювиальный горизонт, белесый, пласгинчато-слоеватый, пористый, обеднен илистыми частицами;
В, — солонцовый, иллювиальный, темно-бурый, содержит гумус, столбчатый, столбчатая структура при давлении распадается на ореховато-при- зматические отдельности, очень плотный, трещиноватый. Во влажном состоянии разбухает, становится бесструктурным, водонепроницаемым;
В2 — подсолонцовый, светло-бурый, призматический или ореховато-приз- матичсский, нередко содержит гипс и карбонаты;
С — материнская порода.
Свойства. Солонцы содержат различное количество гумуса — в зависимости от зоны, имеют щелочную реакцию, содержат соду (табл. 28). Во влажном состоянии солонцовый горизонт становится вязким, липким, водонепроницаемым; в сухом, наоборот,— плотным, твердым, нередко растрескивается, с трудом поддается обработке. Солонцы обладают низким естественным плодородием. Па них произрастает ксерофитная растительность— солянки, полынь, прутняк, может расти тамарикс, лох.
% 1Ю1 лощенногонатрия3—1010—1515—20более 20% 1Ю1 лощенногонатрия3—1010—1515—20более 20Классификация. По степени солонцеватости солонцовые почвы подразделяют на:
% 1Ю1 лощенногонатрия
3—10
10—15
15—20
более 20
% 1Ю1 лощенногонатрия
3—10
10—15
15—20
более 20
слабосолонцеватые
среднесолонцеватые
сильносолонцеватые
солонцы
По глубине залегания грунтовых вод солонцы делят на степные (автоморфные) с грунтовыми водами глубже 7 м, лугово-степные (полугидроморфные) при глубине грунтовых вод
V 28. Физико-химические свойства солонца степного тяжелосуглинистого (по данным Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева)
Горизонт
Глубина ВЗЯТИЯ образца, см
Частицы, %
Часть валового анализа, %
<0,001
<0,01
SiO.
Рс,Ол
А1,О3
А
А
В
В
Вцарб
С
7—12
18—23
32—37
45—55
160—170
22,2
28,8
42,8
36,9
42,8
41,9
44,8 49,8 68,0 48,0 59,4
62,5
67,0 64,0 51,5 59,5
69,0
4,0
4,1
6,1
5,4
5,1
Продо
7,7
5,9
10,0
9,1
8,4
Л Ж С II и с
Горизонт
Глубина взятия образца, см
Часть валового анализа, %
СаО | NaO„
pH водное
Гумус (по И. В. Тюрину), %
Е поглощения, мг-экв
Na, % от емкости поглощения
А
А
В
Г в
Вк арб
С
0—5 7—12
18—23
32—37
45—55
160—170
0,5 0,7 о,7 0,5
0,6
0.7
0,8 0,7 0,8
0,9
9,1
9,2
9,3
2,2
1,3
1,1
0,5
28,5
29,3
30,3
26,8
6
6
12
28
3—7 м, луговые (гидроморфные). По мощности надсолонцового горизонта А выделяют корковые (А<5 см), мелкие (А = = 5—10 см), средние (А=10—18 см), глубокие (А>18 см).
Мероприятия по повышению плодородия солонцов. Сводятся к разрушению солонцового горизонта и замене поглощенного Na+ на Са2+. Для этого производят глубокую плантажную вспашку солонцов с внесением гипса. При этом в почве протекает реакция замещения Na+ на Са2+ по схеме
[ППК]ца +CaSCW [ППК1 Са + Na2SO4.
Сульфат натрия вымывается осадками, улучшаются водновоздушные свойства почв. Доза гипса для содовых солонцов составляет 20—25 т/га, для мелких, средних — 5—12 т, а для глубоких—-3—5 т на 1 га. Если гипсоносный горизонт лежит близко к поверхности, его выпахивают наверх, в результате чего происходит самогипсование. Для улучшения свойств солонцовых почв применяют вспашку с почвоуглубителем, песко- вание, напашку незасоленных почв. Особенно эффективно внесение органических удобрений (навоза, компоста, зеленых удобрений) вместе с минеральными (азотными и фосфорными — суперфосфатом, сульфатом аммония). Положительные резуль-
тэты дают внесение искусственных структурообразователей, сернокислых соединений железа, хлористого кальция, а также опыты по рассолонцеванию почв электрическим током.
§ 79. СОЛОДИ
оо2020ТООТООРис. 39.Рис. 39.СолодьСолодь4040Солоди — остаточносолонцовые почвы, формирующиеся по понижениям под влиянием древесной, кустарниковой и луговой ^„^..^^ ЧрИ промывном или периодически промывном водном режиме почв.
о
о
20
20
ТОО
ТОО
Рис. 39.
Рис. 39.
Солодь
Солодь
40
40
Образование солодей (рис. 39) происходит в микропонижениях с повышенным поверхностным увлажнением, верховодкой и нередко застоем воды. В степных и засушливых условиях микропонижения зарастают травянистой и древесной растительностью, образуя колки. На поверхности почвы нередко образуется дернина или лесная подстилка, при разложении которой выделяются гумусовые кислоты с преобладанием фульвокислот. Верхняя минеральная часть почвы постепенно обогащается гумусом, формируется перегнойно-аккумулятивный горизонт Aj со слабокислой реакцией среды. Содержание гумуса колеблется от 2 до 8%. Часть обменного Н+, поступающего в поглощающий комплекс из органических кислот, будет вытеснять из почвенного поглощающего комплекса солонцового горизонта обменный Na+, способствуя образованию соды. Щелочная реакция среды под воз
действием Na2CO3 будет способствовать переходу гелей в золь (пептизация коллоидов), разрушению алюмосиликатной части и дальнейшему передвижению илистых частиц, гумуса и полуторных окислов в глубь почвы, т. е. процессу осолодения. В результате под гумусовым горизонтом формируется элювиальный обогащенный кремнеземом, белесый, осолоделый горизонт А2. В процессах накопления аморфного кремнезема осолоделого горизонта могут принимать участие диатомовые водоросли, а также фитолитарии, освобождающиеся при разложении злаков.
Элювиальный горизонт резко обеднен илистой фракцией и содержит достаточно большое количество аморфного кремнезема. Коллоидные частицы и, в частности, гумус прокрашивают нижележащий иллювиальный, остаточно солонцовый, слабосолонцеватый горизонт В, содержащий 7—10% поглощенного Na+, полуторные окислы железа и потечный гумус. На глубине 50—120 см накапливаются карбонаты. В целом формируется профиль солоди, хорошо расчлененный на горизонты, напоминающий по строению дерново-подзолистые почвы.
Строение, свойства и классификация. Солоди состоят из следующих горизонтов — Ао лесная подстилка или дернина, А] перегнойно-аккумулятивный гумусовый горизонт, содержащий 2—8% перегноя, pH 5,5—6,0, А2— элювиальный горизонт, осолоделый белесый, слоеватый, чешуйчатый, бесструктурный, состоит из кремнезема, беден илистыми частицами, реакция нейтральная, pH 6,5—6,8; Bi — иллювиальный, серый, буровато-серый, обогащен гумусом, кремнеземистая присыпка от осолоде- ния, богат илом, содержит поглощенный Na+, реакция щелочная, pH 8—8,1; В2— иллювиальный, бурый, ореховатый, орехо- вато-призматический, плотный, вязкий, кремнеземистая присыпка, нередко содержит карбонаты, потечный гумус, часты признаки оглеения, реакция щелочная.
Выделяют лугово-степные солоди при залегании грунтовых вод на глубине 6—7 м, луговые при глубине залегания грунтовых вод 1,5—3 м и лугово-болотные.
По глубине осолодения, мощности Ai и А2 выделяют солоди мелкие (до 10 см), среднемощные (10—20 см) и глубокие (более 20 см).
Мероприятия по повышению плодородия. Солоди из-за их приуроченности к рельефу, не удобному для обработки, лучше всего оставлять под лесом. В случае необходимости использования под сельскохозяйственные культуры проводят землевание солодей и их глубокую вспашку с внесением органических удобрений. Солоди с кислой реакцией верхних горизонтов сначала известкуют, а затем вносят минеральные удобрения.
Лесорастительные свойства засоленных почв и солодей. Солончаки и солонцы в большинстве случаев непригодны для выращивания древесных пород. Поэтому перед созданием лесонасаждений необходимы предварительная промывка солончаков, мелиорация солонцов. Рост леса на глубокостолбчатых солонцах возможен. В зонах достаточного увлажнения растут кустарники, акация желтая, клен татарский, лох узколистный, тополь белый, осина. На солодях достаточно хорошо растут зональные древесные породы. Солоди являются лучшими среди засоленных почв.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие почвы называют засоленными?
Как образуются солончаки?
Какое строение и какие свойства имеют солонцы?
Какие меры принимают для улучшения свойств солончака и солонцов?
ГЛ A BA XX. ПОЧВЫ ВЛАЖНЫХ СУБТРОПИКОВ И ГОРНЫХ ОБЛАСТЕЙ
Это почвы контрастные и различные по плодородию.
ПОЧВЫ ВЛАЖНЫХ СУБТРОПИКОВ
Почвы влажных субтропиков представлены на территории СССР красно- и желтоземами, основные площади которых находятся на побережье Черного моря (Аджарская, Абхазская АССР) и на Ленкоранской низменности (Азербайджанская ССР). Площадь красноземов и желтоземов 0,6 млн. га.
Условия почвообразования. Эти почвы образуются в районах с влажным и теплым климатом со среднегодовой температурой + 13—15° С, относительной влажностью воздуха 75—80% и среднегодовым количеством осадков 2000—2500 мм. Красно- и желтоземы формируются в условиях расчлененного рельефа холмистых предгорий и низких гор с абсолютной высотой до 600 м. Почвообразующпе горные породы представлены продуктами выветривания изверженных горных пород (андезитов, базальтов, порфиритовых туфов) и осадочных третичных отложений (глинистых и песчано-глинистых сланцев). Растительный покров описываемой зоны представлен широколиственными лесами из дуба, бука, каштана, граба. Подлесок состоит из лавровишни, рододендрона. Деревья переплетены лианами. Высокие влажность и среднегодовая температура, большое количество осадков способствуют быстрой и полной минерализации почти всего опада, распаду алюмосиликатов и выносу оснований и кремнезема. В результате формируются богатые полуторными окислами и бедные основаниями почвы — красно- и желтоземы.
Красноземы и желтоземы, их строение и свойства. Профиль красноземов имеет следующее строение: Ао — лесная подстилка или дернина мощностью 2—3 см; Ai — перегнойно-аккумулятивный горизонт, серовато-темно-коричневый, комковато-зернистый, рыхлый с большим количеством корней, мощностью 20— 25 см; Bi — переходный, серовато-красный, комковато-орехо- ватый, уплотненный; В2— переходный, буровато-красный с темными и желтыми пятнами, ореховатый, общая мощность переходного горизонта В 35—40 см; С—материнская порода красного цвета с железисто-марганцевыми конкрециями, светло- желтыми пятнами кремнезема.
Красноземы содержат большое количество (40—60 %) окис- лов железа и алюминия и поэтому обладают высокой анионной поглотительной способностью (до 10—15 мг-экв на 100 г почвы). Илистая фракция красноземов, состоящая преимущественно из каолинита и галлуазита, обусловливает их низкую катионную поглотительную способность (10—20 мг-экв на 100 г почвы). Среди обменных катионов на Са2+ и Mg2+ приходится лишь от
15 до 40%, остальная часть катионов представлена А13+ и Н+, поэтому почвы кислые (pH 4,3—5,4). Содержание гумуса—4—• 8%. В составе гумуса преобладают фульваты. Почвы содержат 0,2—0,4% азота и очень бедны подвижными формами фосфора, который связывается А13+ и Fe3+. Их классифицируют по мощности горизонта А: слаборазвитые — при мощности горизонта А до 10 см, маломощные — А в пределах 10—20 см и обычные— А более 20 см.
Профиль желтоземов имеет следующее строение: Ао —• лесная подстилка (3—4 см); А, •— перегнойно-аккумулятивный, темно-серый или серый с палево-желтым оттенком, комковатый, комковато-ореховатый, мощность 10— 15 см; Ав — переходный серовато-желтый, неясно комковатый, точечные железисто-маргапцевые конкреции, сизоватые и ржавые пятна оглееиия, мощность 10—15 см; В — иллювиальный горизонт, желтый пли ярко-желтый, плотный с призмовндной структурой, иногда бесструктурный, слоеватый, мощность 40—50 см; С — материнская горная порода желтого цвета.
Желтоземы содержат меньше окислов Fe3+ и А13+ (25— 30%), больше кремнезема (55—65%), в связи с чем анионное поглощение у них небольшое —5—7 мг-экв на 100 г почвы, а катионное может достигать 20—30 мг-экв на 100 г. Почвы кислые, ненасыщенность основаниями колеблется от 7 до 70% — в зависимости от биоклиматических условий. Содержание гумуса составляет от 2 до 7%. Реакция почвенного раствора слабокислая (pH 5—6). Различают желтоземы обычные, оста- точно-карбонатные (в нижних горизонтах из-за присутствия карбонатов реакция нейтральная), неполноразвитые (каменистые, щебнистые почвы с укороченным профилем).
Использование красноземов и желтоземов. Оно имеет большое народнохозяйственное значение, так как на них выращивают ценные субтропические культуры: чай, цитрусовые, ароматические растения. Эти почвы имеют небольшой запас доступных для растений питательных веществ, азот из них легко вымывается, а фосфор находится в недоступном состоянии. Поэтому здесь необходимо внесение удобрений. Из минеральных удобрений наиболее эффективны азотные и фосфорные, которые вносят высокими дозами: 300—350 кг Р2О5, 200—250 кг N и 100—120 кг К2О. Навоза вносят до 40 т на 1 га. При выращивании сельскохозяйственных культур применяют известкование. Из древесных пород растут самшит, эвкалипт и др.
ПОЧВЫ ГОРНЫХ ОБЛАСТЕЙ
В СССР площадь гор, покрытых почвами, составляет 29,3% территории. Почвы горных областей представлены самыми разнообразными типами.
Условия почвообразования. При поднятии в горы наблюдается понижение температуры воздуха, снижение давления и некоторое увеличение влажности воздуха и количества осадков.
Например, климат на Кавказе изменяется от субтропического в нижних частях гор до арктического в верхних, где круглогодично лежит снег. Смена климата вызывает изменение условий выветривания обнаженных горных пород. В результате здесь формируются различные по механическому составу и водно-физическим свойствам отложения. В зависимости от образовавшихся отложений и климатических условий в горах происходит расселение растений и микроорганизмов, образующих различные растительные формации.
Состав растений в горах зонален. Так, в нижних частях Кавказских гор растут тропические растения, сменяющиеся выше широколиственными, а затем темнохвойными лесами. Еще выше появляются альпийские луга, которые постепенно переходят в зону вечных снегов.
Вертикальная зональность почв. Закономерная смена климата, типов выветривания, растительности и почвообразования была впервые исследована В. В. Докучаевым [13], который, изучая почвы Кавказа, установил общий закон вертикальной зональности почв в горах.
В горных районах в зависимости от климата предгорий и высоты гор число почвенных зон может быть различным. На количество зон влияют также направления горных цепей и систем, их положение по отношению к действующим ветрам, расстояние от морей и океанов. Однако для горных почв характерен один и тот же закон — закон вертикальной зональности, проявляющийся во всех горных районах.
Образование почв в предгорьях Восточных Карпат протекает в условиях мягкого влажного климата под пологом широколиственных лесов, состоящих из дуба, граба, бука, под которыми формируются горные бурые лесные почвы. На высоте 1800—2000 м они сменяются горными подзолистыми почвами. Выше 2000 м отдельными участками встречаются горно-луговые почвы. На Кавказе прилегающие со стороны Черного моря желто- и красноземы с субтропической растительностью сменяются на высоте 500—600 м горными бурыми лесными почвами, образующимися под пологом широколиственных лесов. С высоты 900—1200 м начинается зона темнохвойных лесов с горными подзолистыми почвами. На высоте 1800—2800 м находятся субальпийские горно-луговые черноземовидные почвы, а выше 2800 м — горно-луговые дерновые и горно-луговые торфянистые почвы, примыкающие к зоне вечных снегов.
Вертикальная зональность почв в горах нередко повторяет широтную зональность. Это можно проследить на примере Кавказских гор со стороны Каспийского моря. К Кавказским горам здесь прилегает пустынно-степной пояс с сероземами в предгорной части, которые сменяются каштановыми и выше черноземными почвами. Выше 300—800 м начинаются лиственные леса с горными серыми лесными почвами, с высоты 800—
1200 м — буковые леса с горными бурыми лесными почвами, с 1200—1800 м —хвойные леса с горными лесными оподзолен- ными почвами. Выше 1800 м расположены субальпийские луга с горно-луговыми черноземовидными почвами и выше 2800 м — альпийские луга с горно-луговыми дерновыми и торфянистыми почвами, граничащими с зоной вечных снегов.
К наиболее характерным почвам вертикальных зон южных горных систем относятся горные бурые лесные и горно-луговые почвы.
Горные бурые лесные почвы. Эти почвы распространены на склонах гор южных районов, занимая 0,9% территории СССР. Формируются они в горах Крыма, Кавказа, Алтая, Дальнего Востока, в районах с умеренно теплым и влажным климатом при 700—1000 мм годовых осадков на продуктах выветривания известняков и глинистых сланцев, на песчаниках, реже на изверженных породах.
Бурые лесные почвы развиваются под широколиственными лесами из бука, граба и дуба. В опаде насаждений перечисленных пород содержится большое количество кальция и магния, способствующих закреплению органических и органо-минеральных соединений. Образующиеся гидроокиси железа и вторичные ферросиликаты окрашивают верхние горизонты почв в бурый цвет.
Профиль почв меняется как по мощности горизонтов, так и по морфологическим признакам. Он состоит из горизонтов Ао, А, В, Bi, В2, С. Верхний гумусовый горизонт мощностью 10—25 см, темно-бурый, зернисто-комковатый или зернистоореховый; горизонт В — бурый или светло-бурый, комковатозернистый, глыбистый с включениями камней, хряща; С—кора выветривания разного механического состава (от тяжелых су- _ глинков до щебня и хряща).
Бурые лесные почвы содержат от 2 до 10% гумуса, имеют слабокислую реакцию, хорошие водно-воздушные физические свойства. Выделяют четыре их подтипа: типичные, оподзолен- ные, глеевые и оподзоленные глеевые.
Горно-луговые почвы. Эти почвы занимают 0,7% территории СССР. Они образуются под альпийскими и субальпийскими лугами. Значительное количество осадков, часто высокая влажность воздуха, мощная травянистая растительность способствуют накоплению органического вещества в почвах. Преобладание термического выветривания обусловливает формирование мелких, сильноскелетных, слаборасчлененных на горизонты почв, имеющих следующее строение: Ад — дернина, нередко оторфованная, бурого цвета; А — мощностью до 50 см, темно-серый с порошисто-зернистой структурой; В — переходный, сильноскелетный, переходящий в кору выветривания.
Горно-луговые почвы содержат от 8 до 20% гумуса, обычно неоподзолены. Наиболее распространены горно-луговые.
типично дерновые, горно-луговые торфянистые и горно-луговые торфянисто-глеевые почвы.
Уральские горы имеют большую протяженность с севера на юг, пересекая несколько почвенно-климатических зон. При небольшой высоте гор вертикальная зональность проявляется не всегда. На Северном Урале, расположенном в зоне тундр, преобладают горно-тундровые почвы. Средний Урал расположен в лесной зоне. Большая часть склонов покрыта кислыми неопод- золенными, в разной степени оглеенными лесными почвами и только выше 1000 м встречаются отдельные участки горно-тундровых почв. В нижней части гор Южного Урала сформировались черноземные почвы, сменяющиеся под широколиственными лесами горными серыми лесными почвами. В верхней части гор (выше 1000 м) распространены горно-луговые дерновые почвы.
В предгорьях Средней Азии, пустынной и полупустынной зонах преобладают пустынно-степные почвы. В нижних частях долин (от 300 до 1200 м) под полынно-злаковой растительностью формируются сероземы, выше — от 1200 до 3200 м, сменяя друг друга,— горные черноземы, горные каштановые и горные бурые почвы. На сухих высокогорных равнинах, расположенных выше 4 км, развиваются такыровидные пустынные почвы. Хорошо увлажненные горные склоны на высоте 1000—2000 м под лугово-типчаковой растительностью покрыты горными коричневыми и горными каштановыми почвами; выше 2000 м — горными черноземами, а под лесами — горными лесными почвами еловых лесов и арчевников. Выше 2800 м развиваются горнолуговые дерновые и торфянистые почвы, которые сменяются горными тундровыми почвами.
Значительная часть Восточной Сибири расположена в зоне тундр и покрыта целиком горными тундровыми почвами. В горах лесной зоны под лесами развиваются подзолистые мерзлотно-таежные почвы различной степени увлажнения. Вершины гор представлены гольцами.
Использование почв горных областей. В северных и восточных горных областях 65% площади занято лесами, 25% используется в качестве пастбищ и сенокосов. В южных горных областях преобладают пашни и сады, которые занимают здесь 8%; на пастбища, выгоны и сенокосы приходится 55%, на леса 16% общей площади.
Лесорастительные свойства горных бурых лесных почв зависят от мощности их профиля, экспозиции склона и высоты над уровнем моря. В целом эти почвы очень плодородны, а насаждения на них высокопродуктивны. Бурые лесные почвы часто используют под сады и виноградники. Горно-луговые почвы главным образом используются под сенокосы и пастбища. Наибольшая площадь почв северных горных областей занята оленьими пастбищами — 41,5%. Пастбищами и выгонами в южных районах занято более 15%, сенокосами — 8,7% общей площади освоенных горных земель.
На горных почвах выращивают также пшеницу, кукурузу, хлопок, виноград, цитрусовые, чай, табак, овощи, Горные почвы широко используются в лесном и сельском хозяйстве как пастбищные угодья.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Расскажите о вертикальной зональности почв в горах, назовите горные почвы.
Дайте характеристику буроземов и горно-альпийских почв.
ГЛАВА XXI. ПОЧВЫ РЕЧНЫХ ПОЙМ
В зависимости от рельефа, климата и характера течения рек ширина поймы колеблется от нескольких десятков метров (у горных рек) до десятков километров (у больших спокойных рек). Наиболее широкие поймы разработали крупные реки — Обь, Енисей, Лена, Амур, Волга, Кама, Днепр, Урал, Амударья, Сырдарья и др. Общая площадь пойменных почв СССР составляет 57,5 млн. га, или 2,6% площади страны.
§ 82. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Выделяют три части речной поймы: прирусловую, центральную и притеррасную, которые различаются по характеру рельефа, гидрологическим условиям, составу наносов и строению почв (рис. 40). Степень развитости отдельных частей поймы может быть различной не только у разных рек, но и у одной реки на протяжении ее течения.
Классификация типов речных пойм (по С. С. Соболеву)
ТипХарактер течения реки
Горные реки с быстрым течениемРавнинные многоводные реки с быстрым течениемМелкие маловодные реки с медленным течениемРеки с заторфованиой поймойГорные реки с быстрым течениемРавнинные многоводные реки с быстрым течениемМелкие маловодные реки с медленным течениемРеки с заторфованиой поймойПоймы, в которых преобладают прирусловые области
Горные реки с быстрым течением
Равнинные многоводные реки с быстрым течением
Мелкие маловодные реки с медленным течением
Реки с заторфованиой поймой
Горные реки с быстрым течением
Равнинные многоводные реки с быстрым течением
Мелкие маловодные реки с медленным течением
Реки с заторфованиой поймой
Поймы, в которых преобладают прирусловая и нейтральные области (притеррасная область слабо выражена)
Поймы, в которых преобладает по площади притеррасная область (прирусловая область слабо выражена)
Поймы торфяные
Рельеф и характер увлажнения пойм определяют произрастающие на ней растительные ассоциации. В прирусловой и центральной частях необлесенных пойм господствует злаковое разнотравье, в притеррасной — осоки и мхи.
Состав древесной растительности в пойме соответствует природной зоне. В таежной зоне преобладают ель, лиственница, береза, ива, в степной и лесостепной — тополь, осокорь, дуб, вяз. Притеррасная часть поймы, как правило, занята ольхой черной. В пустынной и полупустынной зонах растут ива, саксаул, шелковица, тополь.
Образование и развитие пойменных почв происходит под действием двух процессов: пойменного и аллювиального.
Пойменный процесс—временное затопление территории поймы полыми водами — оказывает большое влияние на микробиологическую жизнь почвы, изменяет ее солевой режим, способствует повышению уровня грунтовых вод.
Аллювиальный процесс —принос и переотложение взмученных частиц—проявляется в разной степени на терри-
Коренные отложенияКоренные отложенияСклонСклонДолина рекиДолина рекиПоймаПоймаРис. 40. Строение поймы и долины реки:Рис. 40. Строение поймы и долины реки:/ — прирусловый вал; 2 — центральная часть поймы; 3 — притеррасная часть; М — морена; F1 — флювиогляциальные отложения; А1—аллювиальные отложения; СаСОз— известняки/ — прирусловый вал; 2 — центральная часть поймы; 3 — притеррасная часть; М — морена; F1 — флювиогляциальные отложения; А1—аллювиальные отложения; СаСОз— известняки
Коренные отложения
Коренные отложения
Склон
Склон
Долина реки
Долина реки
Пойма
Пойма
Рис. 40. Строение поймы и долины реки:
Рис. 40. Строение поймы и долины реки:
/ — прирусловый вал; 2 — центральная часть поймы; 3 — притеррасная часть; М — морена; F1 — флювиогляциальные отложения; А1—аллювиальные отложения; СаСОз— известняки
/ — прирусловый вал; 2 — центральная часть поймы; 3 — притеррасная часть; М — морена; F1 — флювиогляциальные отложения; А1—аллювиальные отложения; СаСОз— известняки
тории поймы, зависит от скорости течения паводковых вод и оказывает большое влияние на свойства почвы.
В прирусловой части поймы скорость паводковых вод наибольшая, поэтому здесь откладываются более крупные песчаные частицы. Прирусловая часть хорошо дренирована. Почвы прирусловой части в большинстве своем песчаные и супесчаные. Характерной особенностью строения этих почв является четко выраженная слоистость. Мощность гумусированных слоев от 1 до 10 см, в южных районах — до 30 см.
В центральной части поймы при небольшой скорости паводковых вод отлагаются мелкие (глинистые и илистые) частицы, богатые органическими веществами. При высыхании наилок растрескивается, распадается на комочки (2—3 мм), образуя область зернистой поймы. Мощность ежегодно отлагающегося наилка зависит от растительного покрова этой части поймы и составляет 1—3 мм (на облесенных участках она больше, на безлесных меньше). В Центральной части поймы преобладают глинистые и суглинистые почвы с мощным гумусированным 200
горизонтом (от 10 до 100 см) и высоким содержанием гумуса (5-10%).
В притеррасной части, наиболее удаленной от русла, скорость паводковых вод очень мала, причем после половодья вода в пойме на долгое время застаивается. Почвы развиваются под влиянием длительного переувлажнения — отложение наиболее мелких взвешенных частиц часто сочетается с болотным процессом. Торфообразование в притеррасной пойме происходит по низинному типу. Торф богат азотом, фосфором, кальцием, магнием. Почвы притеррасной поймы глубоко гумусированы, однако отличаются плохими водно-физическими свойствами.
Аллювиальные дерновые почвы формируются в прирусловой и центральной частях пойм лесной зоны в условиях
интенсивного аллювиального процесса под луговой, древесной и кустарниковой растительностью (рис. 41).
Профиль аллювиальных дерновых почв следующий:
Ад — слабоуплотиепиая дернина небольшой мощности (1—2 см);
А — гумусовый горизонт, зернистый или комковатый различной мощности (3—20 см);
АС — переходный горизонт, слоистый, без признаков иллювиального процесса, слабо развит в маломощных почвах;
С/Д — аллювий различного механического состава, слоистый.
Аллювиальные дерновые хорошо оструктуренные почвы обладают высокой водопроницаемостью и аэрацией. Высокая степень насыщенности основаниями (80—90%) отражается на величине pH (5,0—6,0). Содержание гумуса в горизонте А колеблется от 2 до 10%. По мощности профиля аллювиальные дерновые почвы делятся на маломощные (до 50 см), среднемощные (50—100 см) и мощные (более 100 см); по содержанию гумуса — на малогумусные (до 3%), среднегумусные (3—5%) и высокогумусные (более 5%).
Аллювиальные дерново-глеевые почвы приурочены в основном к плоским участкам центральной части поймы 201
и повышенным — в притеррасной. После весеннего половодья верхняя граница капиллярной каймы постоянно или временно находится в пределах почвенного профиля.
Профиль аллювиальных дерново-глеевых почв следующий:
Ад — плотная дернина мощностью 3—5 см;
А] — гумусовый горизонт темно-серого пли буровато-серого цвета с зернистой структурой, много ржаво-бурых пятен, мощность 30—50 см;
В,—переходный горизонт с пятнами оглеепня, возможны ортштейновые прослойки, мощность 25—70 см;
Вг — глеевый горизонт голубоватых, сизоватых тонов, бесструктурен, часто слоист с ортштейновыми прослойками;
С/Д — слоистый аллювий, слои могут быть различны как по цвету, так и по механическому составу.
По мощности гумусового горизонта дерново-глеевые почвы подразделяются на мелкодерновые (до 15 см), среднедерновые (более 25 см), глубокодерновые (более 25 см), по содержанию гумуса — на малогумусные (до 3%), среднегумусные (3—5%), многогумусные (5—16%) и перегнойные (более 16%).
Аллювиальные болотные почвы формируются под богатой влаголюбивой древесной, кустарниковой и травянистомоховой растительностью. Избыточное увлажнение здесь создается благодаря затоплению полыми водами, подтоком грунто- , вых и поверхностных вод с более высоких элементов рельефа. Различная степень участия аллювиального и болотного процессов в образовании этих почв обусловливает их большое разнообразие. В профиле аллювиальных болотных почв выделяется гумусовый (или торфяной) горизонт, образованный иловатой или торфяно-иловатой, насыщенной влагой массой. Гумусиро- ванность верхнего горизонта высокая, иногда до 30%. Ниже залегает глеевый горизонт сизого или голубоватого цвета, в верхней части прокрашенный гумусом. Аллювиальные болотные почвы разделяются по мощности иловато-торфяного горизонта на маломощные (до 30 см), среднемощные (30—50 см), мощные (более 50 см).
Несмотря на особенности почвообразования, почвы поймы имеют общие зональные черты с внспоймепными почвами, чем и вызвано составление классификации пойменных почв для различных зон. Проявление зональности обусловлено общностью климатических факторов, а также качеством и составом отлагающихся в пойме частиц, поэтому чем меньше река, тем ближе к зональным будут почвы ее поймы. В поймах крупных рек (Волги, Дона, Днепра), которые в своем течении пересекают несколько почвенно-климатических зон, пойменные почвы отражают почвенную зональность.
Условия увлажнения и содержание питательных веществ в почвах различных областей поймы неодинаковы. Потенциальное плодородие пойменных почв повышается от прирусловой части к центральной и притеррасной (увеличиваются запасы 202
гумуса, азота, кальция). В этом направлении возрастает и влажность почвы.
Лучшими для использования являются почвы центральной поймы. Они обеспечены влагой, питательными веществами, общие запасы гумуса здесь могут достигать 600 т/га. Слоистые почвы прирусловой области значительно беднее гумусом и питательными веществами, менее влагообеспечены. Почвы притеррасной области, содержащие большое количество гумуса, азота, фосфора и других питательных веществ, сильно переувлажнены и заболочены.
В таежной зоне лесная растительность, занимающая повышенные участки поймы,— прирусловую часть, гривы в центральной части, представлена насаждениями ели, пихты, сосны, березы, осины. Понижения центральной части и притеррасная часть зарастают ивами и ольхой черной.
В поймах сибирских рек (Оби, Енисея) лиственница, ель, сосна, кедр, береза, осина занимают гребни грив — наиболее задернованные участки прирусловой и центральной частей поймы. Огромные заболоченные площади пойм сибирских рек заросли кустарниковыми ивами. По поймам восточносибирских рек (Лены, Колымы, Индигирки) лиственничные леса заходят глубоко в тундровую зону, достигая берегов Северного Ледовитого океана. В зоне сплошной вечной мерзлоты, где от глубины оттаивания зависит возможность поселения лесной растительности, речные поймы оттаивают в летний период до 2—2,5 м, поэтому насаждения лиственницы здесь наиболее продуктивны.
Главные породы пойм степи и лесостепи — дуб, вяз, липа, осокорь, тополь. По поймам, южнее границы своего ареала, встречается ель. Как правило, насаждения в поймах высокобо- нитетные, высокополнотные, по с довольно четкой приуроченностью к повышенным местам. В понижениях центральной и притеррасной частей пойм из высокопродуктивных насаждений распространена только ольха черная.
Почвы поймы полупустынной и пустынной зон засолены вследствие небольшого количества осадков и высоких летних температур. При незначительном засолении в пойме хорошо растут тополя с густым подлеском из ивы, лоха, тамарикса. Сильнозасоленные поймы заняты черным (солончаковым) саксаулом.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ РЕЧНЫХ ПОЙМ
В областях с интенсивным ведением сельского и лесного хозяйства проводится широкий круг мероприятий по повышению продуктивности пойменных почв.
Пойменные площади характеризуются как положительными, так и отрицательными свойствами для сельскохозяйственного производства. К основным положительным свойствам пойм
относятся ежегодное пополнение пойм питательными веществами за счет отложения наилка, устойчивое увлажнение в течение всего вегетационного периода вследствие близости грунтовых вод и возможность механизированной обработки почвы.
Отрицательными чертами пойм являются половодья и возможность смыва распаханных горизонтов пойменных почв. Однако строительство электростанций, водохранилищ, создание водоохранных и водорегулирующих лесных насаждений, спрямление русел рек делают возможным в значительной степени регулировать прохождение паводка.
В зависимости от естественного состояния поймы сельскохозяйственное использование пойменных площадей под высокопродуктивные луга и пастбища, овощные и кормовые культуры требует различных мероприятий: расчистки, выравнивания микрорельефа, мелиорации, обвалования поймы, внесения удобрений (калийных, медных). Коренное улучшение пойменных площадей позволяет получать на них до 300 ц/га овощей и до 60 ц/га высококачественного сена.
Селекционные работы по гибридизации тополей позволили получить разнообразные высокопродуктивные сорта для различных по влагообеспеченности мест обитания, что дает возможность использовать все части поймы (при нецелесообразности сельскохозяйственного использования) для выращивания высокопродуктивных тополевых насаждений с запасом 400— 500 м3/га в возрасте рубки 25—35 лет.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
В чем особенность почвообразования в поймах?
Какие почвы распространены в поймах?
ГЛАВА XXII. МЕТОДИКА ПОЛЕВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ
Полевое исследование лесных почв проводят с целью изучения почвенного покрова земель гослесфонда, бонитировки почв, получения характеристики условий местопроизрастания различных древесных пород и их связи с составом, ростом, устойчивостью и производительностью насаждений.
Результаты почвенного обследования используют для организации и планирования лесного хозяйства, разработки мер по повышению продуктивности лесов путем подбора древесных быстрорастущих пород в соответствии с условиями местопроизрастания, определения методов возобновления леса и создания лесных культур, повышения плодородия почв внесением удобрений, известкованием, мелиорацией.
При выполнении работ применяются сплошное и частичное обследования земель гослесфонда. Сплошное обсл едо- 204
ванне проводят в крупных лесных массивах, лесхозах, лесничествах, крупных лесных питомниках с одновременным составлением почвенных карт. Частичное обследование выполняют на пробных площадях, участках, подлежащих реконструкции, при создании лесных культур и выборе мест под плантации, сады, питомники, лесные защитные насаждения, а также при обследовании плантаций, садов, питомников, лесокультурного фонда (прогалины, вырубки, гари), песков, эродированных земель. При частичном обследовании, например на пробных площадях, почвенные карты составляют не всегда.
В зависимости от величины участка, его хозяйственной значимости и задач полевого почвенного обследования составляют почвенные карты различного масштаба. Условно все работы по составлению почвенных карт и сами карты делят на мелко-, средне- и крупномасштабные. Кроме этого, выделяют детальные почвенные карты и специальные картограммы.
Мелкомасштабные карты (масштаб более 1:300 000, т. е. в 1 см 3 км и более) отражают почвенный покров области, республики, страны.
Среднемасштабные карты (масштаб от 1:300 000 до 1 : 100 000, т. е. от 3 до 1 км на 1 см) отражают почвенный покров отдельных районов.
Крупномасштабные карты (масштаб от 1:50 000 до 1 : 10 000, т. е. от 500 до 100 м в 1 см) отражают почвенный покров отдельных хозяйств — колхозов, совхозов, лесхозов, лесничеств. Это наиболее подробные почвенные карты.
Детальные почвенные карты (масштаб от 1 : 5000 до 1 : 200, т. е. от 50 до 2 м в 1 см) составляют для уникальных массивов, наиболее ценных участков опытных культур, лесных питомников, плантаций, лесосеменных участков и садов.
Картограммы — это специализированные почвенные карты, отражающие важнейшие агрономические, лесорастительные или специфические особенности почвенного покрова. Картограммы, отражающие содержание гумуса, азота, фосфора, калия, кислотность, глубину залегания грунтовых вод, песков, мощность торфа, эродированность, дополняют и детализируют основную почвенную карту.
Все работы по почвенному картированию делятся на три периода: подготовительный, полевой и камеральный.
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД
Основная цель подготовительного периода заключается в том, чтобы предварительно ознакомиться со всеми материалами, характеризующими факторы почвообразования: климат, растительность, рельеф, материнские породы и хозяйственную деятельность предприятия. На основе имеющихся материалов определяют возможность картирования, выбирают масштаб и
подсчитывают в соответствии с нормами объем работ и сроки их выполнения.
В лесном хозяйстве картирование почв осуществляют в масштабе планшетов лесоустройства или в масштабе планов лесонасаждений. Картографической основой являются:
а) планы участка с отображением рельефа в горизонталях, постоянных дорог, просек, границ пробных площадей, полей севооборотов, рек, оврагов и других постоянных ориентиров, которые могут служить для привязки почвенных разрезов; б) планшеты или планы лесонасаждений; в) топографические карты; г) карты четвертичных отложений; д) гидрологические карты; е) дешифрированные аэрофотоснимки. Кроме этого, используют материалы лесоустройства: таксационные описания лесничеств, данные пробных площадей, сведения о лесных культурах, гарях и вырубках, которые частично переносят на планшет.
СОСТАВЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПЛАНА
На основе собранных данных составляют предварительный план заложения почвенных разрезов. Это делают потому, что в лесу обзор сильно ограничен и часто не видна смена рельефа и растительности так, как на открытых пространствах. Такой план позволяет заранее учесть характер рельефа и растительности и в то же время наметить участки и выделы, которые могут послужить для сбора сведений о связи между почвами и продуктивностью насаждений. Затем на планшете намечают предварительные места заложения почвенных разрезов, полуразрезов и прикопок, желательно вдоль визиров и просек.
Почвенный разрез необходим для всестороннего изучения почвы и верхней, не измененной почвообразованием, части материнской породы. Обычно глубина почвенного разреза не более 2 м. По полным почвенным разрезам устанавливают мощность и строение всего почвенного профиля, описывают материнские породы. Полуразрез вскрывает все почвенные горизонты до начала материнской породы, его глубина не превы-
29. Примерное число разрезов в зависимости от масштаба почвенной съемки
Масштаб почвенной съемки
Площадь, га, на один разрез или полуразрез
Число разрезов на 100 га
Объект обследования
1 : 50 000
80
1—2
Лесхоз
1 : 25 000
40
2-3
Лесничество
1 : 10 000
15
6—7
Лесничество или его часть
1 : 5 000
5,0—7,0
15-20
Питомник
1 : 1 000
1,8—2,0
50—55
Плантации, участки, питом-
ИИК и
шает 1,2—1,5 м. Прикопки глубиной 50—70 см необходимы для определения границ между различными почвами. Число намечаемых разрезов и полуразрезов зависит от масштаба почвенной съемки (табл. 29). Полные разрезы и полуразрезы намечают в соотношении 1 : 3 или 1 : 4, прикопки — в 2—3 раза больше.
При составлении предварительного плана заложения (используя таксационное описание) для хвойных и твердолиственных пород разрезы и полуразрезы намечают прежде всего в насаждениях, имеющих возраст 60 лет и более. Полнота насаждений должна быть не менее 0,6. Разрезы и полуразрезы должны закладываться так, чтобы был охарактеризован почвенный покров по всем элементам рельефа и под всеми видами растительности. Необходимо, чтобы разрезы, полуразрезы и прикопки намечались также в культурах, на пробных площадях, гарях, вырубках и заболоченных участках. Разрезы намечают вдоль ходовых таксационных линий — просек и визиров.
Каждый участник полевого обследования почв должен иметь план заложения почвенных разрезов и копию чистого таксационного планшета, бланки полевого описания почв, цветные карандаши, ручку, резинку, сантиметр, компас, лопатку, нож, бумагу для завертывания образцов, подготовленные этикетки, бечевку, рюкзак и полевую сумку.
Кроме этого, для качественного измерения свойств почвы необходимы капельница с 10%-ным раствором соляной кислоты для определения глубины вскипания карбонатов; раствор красной кровяной соли для определения степени оглеения почвы; раствор хлористого бария для определения вредных концентраций хлорных солей; дистиллированная вода; несколько пробирок и бумажные фильтры для получения водной вытяжки при определении вредных сернокислых солей и хлорных солей. Набор химических реактивов зависит от исследуемой почвенноклиматической зоны и обычно невелик. Одновременно подготавливают классификационный и номенклатурный списки почв.
ПОЛЕВОЙ ПЕРИОД
Обследование почв начинается с рекогносцировочных работ. Во время знакомства с наиболее распространенными почвами устанавливают связь между почвами, материнскими породами, рельефом, характером и продуктивностью насаждений, уточняют список почв.
Расположение и техника заложения почвенных разрезов. При выборе мест расположения разрезов следят за тем, чтобы рельеф, напочвенный покров и состав насаждений вокруг были более или менее одинаковыми. Намечаемый разрез должен быть типичным для данного участка. В сомнительных случаях пе-
ред тем как заложить полный разрез, делают несколько прикопок, чтобы убедиться в однородности почвенного покрова данного участка. Разрезы закладывают не ближе 20 м от дороги, просеки, визира, прогалин, на границе крон деревьев, где почвы сочетают свои свойства между деревьями и под ними. В лесных питомниках и культурах разрез закладывают поперек рядов.
Положение разреза намечают так: его ширина должна быть равна 60—80 см, длина — глубине, одна из узких сторон после выкопки должна освещаться солнцем — это будущая передняя стенка разреза, по которой описывают почву на всю глубину. Около передней стенки нельзя ходить, бросать на нее землю, нужно сохранить напочвенный покров, подстилку и сложение почвы в естественном виде. При выкопке верхние почвенные горизонты следует выбрасывать в одну сторону, а нижние — в другую. В разрезе напротив передней стенки делают ступеньки высотой 20—25 см (на штык лопаты). Полную глубину имеет лишь передняя стенка. При описании разреза и особенно при выделении почвенных горизонтов нужно осмотреть все его стенки, провести средние линии границ почвенных горизонтов, а затем описать каждый из них, используя качественные реакции на некоторые физические и химические свойства почв (определение закисных форм железа, карбонатов, водорастворимых солей).
Из каждого генетического горизонта лесной подстилки, верхней части гумусового горизонта и середины всех последующих горизонтов берут образцы, отмечая в бланке почвенного описания глубину их взятия. Каждый образец весом не менее 0,5 кг завертывают в бумагу, куда вкладывают этикетку с указанием лесхоза, лесничества, № квартала, разреза, генетического индекса горизонта, глубины его взятия, даты. Из всех разрезов и 10% полуразрезов берут образцы на просмотр и отбор для анализа. Число разрезов, из которых берут образцы на учебной практике, указывает преподаватель. В конце работы дают полное название почвы, а разрез привязывают к постоянным ориентирам или пикетажным столбикам. Полное название почвы и привязку записывают в соответствующие графы бланка почвенного описания. На чистой копии планшета обозначают разрезы, индекс почвенного названия и привязку в метрах. После окончания работ разрезы закапывают.
Во время почвенной съемки, кроме разрезов, закладывают значительное число прикопок по мере движения от одного разреза к другому. Пограничные прикопки, определяющие границы между двумя разностями почв, привязывают к местности и описывают.
По прикопкам, полуразрезам и разрезам, нанесенным на планшет, условными знаками наносят границы почв, получая по мере выполнения работ полевую почвенную карту с обозна-
чением индексов почв, обозначением их привязки в метрах и № разреза, полуразреза или прикопки.
Взятие почвенного монолита. Кроме составления почвенной карты и взятия образцов, в учебных, иллюстрационных или исследовательских целях берут почвенный монолит. Почвенный монолит — это вертикальный образец почвы, взятый без нарушения ее естественного сложения. Для взятия монолита используют ящик длиной 1 м, шириной 0,2—0,3 м и высотой 0,12—0,5 м. Ящик состоит из рамки и крышек — верхней и нижней.
Стенку разреза предварительно зачищают так, чтобы ее поверхность была вертикальной и ровной. Сверху снимают лесную подстилку, накладывают рамку и ножом вдоль внутренней стороны обводят контур будущего монолита. Рамку удаляют, и ножом постепенно по контуру вырезают монолит на глубину 12—16 см. Снова надевают рамку, поверхность почвы еще раз зачищают и шурупами привертывают верхнюю крышку.
Ящик поддерживают, и ножом вырезают на конус весь монолит. Монолит отламывается по тонкому ребру. Крышеобразную часть монолита постепенно и аккуратно срезают ножом. Внутрь вкладывают газету или бумагу. Нижнюю крышку привертывают шурупами. На верхней крышке указывают полное название почвы, лесхоз, лесничество, № квартала, № разреза и дату взятия образца.
В результате полевой почвенной съемки получают следующий материал: описание почвенных разрезов, полуразрезов и прикопок, полевую почвенную карту, образцы и монолиты, записи полевого определения физических и химических свойств почв. Необходимо отметить, что часть образцов просматривают в полевой период и наиболее характерные из них отбирают для лабораторного анализа.
КАМЕРАЛЬНЫЙ ПЕРИОД
Это период обработки материала, собранного в подготовительный и полевой периоды. В камеральный период проводят просмотр и отбор образцов для химического анализа. Цель просмотра и отбора образцов заключается в том, чтобы почвы, имеющие одинаковые названия, были одинаковыми по морфологическим признакам и по свойствам. Для анализа в первую очередь отбирают образцы наиболее часто встречающихся почв, но так, чтобы были представлены все основные почвенные разновидности не менее чем с трехкратной повторностью. В соответствии с данными, полученными после химического анализа, еще раз уточняют классификационные названия почв и приступают к составлению оригинала почвенной карты.
Составление почвенной карты. При составлении оригинала почвенной карты основным документом служит полевая почвен-
rl* В 0 BQ В X < □ Й V2Irl* В 0 BQ В X < □ Й V2IРис. 43. Схематический план лесонасаждений кв. 32 Красного лесничества Мерзловского лесхоза (1980).Рис. 43. Схематический план лесонасаждений кв. 32 Красного лесничества Мерзловского лесхоза (1980).Условные знаки: 22 — номер выдела; 7СЗЕ—74/1 — сокращенная формула таксационного описания участка, где 7СЗЕ соответствует 70% участия сосны и 30% участия ели в составе насаждения; 74 — возраст, лет; I — класс бонитета (самые высокие насаждения соответствуют 1а классу бонитета, самые низкие — V)Условные знаки: 22 — номер выдела; 7СЗЕ—74/1 — сокращенная формула таксационного описания участка, где 7СЗЕ соответствует 70% участия сосны и 30% участия ели в составе насаждения; 74 — возраст, лет; I — класс бонитета (самые высокие насаждения соответствуют 1а классу бонитета, самые низкие — V)
rl
* В 0 BQ В X < □ Й V
2I
rl
* В 0 BQ В X < □ Й V
2I
Рис. 43. Схематический план лесонасаждений кв. 32 Красного лесничества Мерзловского лесхоза (1980).
Рис. 43. Схематический план лесонасаждений кв. 32 Красного лесничества Мерзловского лесхоза (1980).
Условные знаки: 22 — номер выдела; 7СЗЕ—74/1 — сокращенная формула таксационного описания участка, где 7СЗЕ соответствует 70% участия сосны и 30% участия ели в составе насаждения; 74 — возраст, лет; I — класс бонитета (самые высокие насаждения соответствуют 1а классу бонитета, самые низкие — V)
Условные знаки: 22 — номер выдела; 7СЗЕ—74/1 — сокращенная формула таксационного описания участка, где 7СЗЕ соответствует 70% участия сосны и 30% участия ели в составе насаждения; 74 — возраст, лет; I — класс бонитета (самые высокие насаждения соответствуют 1а классу бонитета, самые низкие — V)
ная карта. Каждая почва обозначается индексом (буквенным или цифровым). По данным привязки переносят точки заложения почвенных разрезов и прикопок и в соответствии с рельефом, гидрографической сетью и растительностью наносят гра-
ницы почв, а почвенные выделы обозначают индексами и закрашивают в соответствующий цвет. На почвенной карте в верхнем левом углу указывают «Почвенная карта ... лесничества ... лесхоза». Под заголовком ставят масштаб и еще ниже — год составления карты, в каждом квартале — его номер. Указывается
также направление север — юг. В правом нижнем углу пишется «Условные знаки» и даются обозначения почв по разновидностям (типы, подтипы и т. д.), механическому составу, материнским породам и т. д. Еще ниже указывают организацию, изготовителя и автора карты. Это так называемый оригинал авторской карты, с которой делают производственную копию почвенной карты (уже без обозначения горизонталей).
Составление картограмм. Картограммы составляют по данным почвенных разрезов, результатам анализа почвенных образцов и специальных исследований. Так же, как и при составлении почвенных карт, сначала переносят точки разрезов, около которых ставят значение признака или свойства почвы, выраженного числом. Границы по градациям изменения показателя устанавливают методом интерполяции.
Камеральный период заканчивается написанием объяснительной записки к почвенной карте и картограммам. Очерк или объяснительную записку составляют примерно по следующей программе. Оформляют титульный лист. Во введении указывают, с какой целью проведена почвенная съемка, ее масштаб, картографический материал, использованный в работе, объем работ.
В первой части характеризуют природные условия, приводят наиболее важные климатические показатели, описывают растительность, рельеф, материнские породы. Во второй части, посвященной почвам и почвенному покрову, указывают почвенную зону района исследований, число основных типов и подтипов почв, почвенных разновидностей (в гектарах и процентах). Дается достаточно подробная характеристика почвенных разновидностей. В третьей части описывают взаимосвязь между почвами и продуктивностью насаждений, в четвертой — общие лесорастительные условия для каждой лесообразующей древесной породы, в пятой даются рекомендации по улучшению состава насаждений, рациональному использованию почв в лесном хозяйстве, применению удобрений, мелиорации и т. д.
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Используя рис. 42 (почвенная карта) и рис. 43 (план лесонасаждений), начертить профиль (по А—А), проходящий через реку. При вычерчивании профиля выбрать горизонтальный масштаб 1 : 5000 (в 1 см — 50 м) и вертикальный 1:10 (в 1 см—1 м по вертикали), используя горизонтали, нанесенные на почвенной карте. После вычерчивания профиля нанести по почвенной карте названия почв, используя почвенную классификацию, восстановить строение почвенных профилей и нарисовать их; восстановить строение поймы, коренного берега, выделить дюну и боровую террасу, учитывая двучленность отложений.
с На профиле нанести условными знаками и начальной буквой преобладающие древесные породы, их класс бонитета на тех или иных почвах. Дать заключение о лесорастительных свойствах того или иного участка гео-
морфологического профиля. Над профилем после выделения отдельных элементов рельефа и особенностей их механического состава дать оценку продуктивности разных древесных пород.
Далее нужно вычислить средний класс бонитета, используя таксационные данные нескольких участков с одинаковой древесной породой и почвой. Для каждой почвы выделить в качестве целевой ту породу, которая будет иметь наилучший класс бонитета.
Дать рекомендации по размещению целевых пород в зависимости от почвенных условий, -предложить хозяйственные способы их быстрейшего выращивания (культуры, естественное возобновление, реконструкция, удобрения, особенности обработки почвы). Профиль может быть выбран произвольно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агрохимическая характеристика почв СССР. Районы Центральной Черноземной Полосы и Молдавской ССР. М., Изд-во АН СССР, 1963.
Александрова Л. Н. и др. Почвоведеиие/И. Н. Антипов-Каратаев, И. Ф. Гаркуша, К. П. Горшенин, С. С. Соболев. М., Сельхозгиз, 1958.
Алпатьев А. М. Влагообороты в природе и их преобразование. Л., Гнд- рометеонздат, 1969.
Берг Л. С. Физико-географические (ландшафтные) зоны СССР. 2-е изд. Л., Изд-во ЛГУ, 1938.
Вернадский В. И. Очерки геохимии. М,—Л„ Геолиздат, 1934.
Виленский Д. Г. География почв. М., Высшая школа, 1961.
Вильямс В. Р. Почвоведение с основами земледелия. М., Сельхозгиз 1949.
Высоцкий Г. Н. О глубокопочвенном почвоведении,— Почвоведение, 1934, №6.'
Гаврилюк Ф. Я. Бонитировка почв. М., Высшая школа, 1970.
Гедройц К. К. Избранные сочинения. Т. I—III. М., Сельхозгиз, 1955.
Горшков Г. П., Якушева А. Ф. Общая геология. М., Изд-во МГУ, 1962.
Докучаев В. В. Ход и главнейшие результаты предпринятого Имп. Вольным экономическим обществом исследования русского чернозема. СПб.,
Докучаев В. В. Учение о зонах природы. М., Географгиз, 1948.
Докучаев В. В. Избранные сочинения. М., Изд-во АН СССР, 1954.
Долгов С. И. Исследование подвижности почвенной влаги и ее доступности для растений. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1948.
Захаров С. А. Краткий курс практических занятий по почвоведению. М.— Л., Гостехиздат, 1925.
Качинский Н. А. Механический и микроагрегатный состав почвы. М., Изд-во АН СССР, 1958.
Классификация и диагностика почв СССР/Составители: Б. В. Егоров, В. М. Фридлаид, Е. Н. Иванова и др. М., Колос, 1977.
Кононова М. М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучения. М., Изд-во АН СССР, 1951.
Коссович Л. С. Основы учения о почве. Вып. 1, ч. II. СПб., 1911.
Лебедев А. Ф. Почвенные и грунтовые воды. 4-е изд М.— Л, Изд- во АН СССР, 1930.
Молчанов А. А. Лес и окружающая среда. М., Наука, 1968.
Морозов Г. Ф. Избранные труды. М., Лесная промышленность, 1971.
Основы лесной бпогеоценологни/Под ред. акад. В. Н. Сукачева и д-ра биол. наук Н. В. Дылиса. М., Наука, 1961.
Победов В. С. Применение удобрений в лесном хозяйстве. М., Лесная промышленность, 1972.
Полынов Б. Б. Кора выветривания. М., Изд-во АН СССР. 1934.
Почвоведение/Под ред. проф. И. С. Каурнчева, 2-е изд. М., Колос, 1975.
Почвы СССР/Под ред. проф. П. В. Добровольского. М„ Мысль, 1979.
Прянишников Д. Н. Агрохимия. М., Сельхозгиз, 1940.
Путеводитель почвенной экскурсии по маршруту Москва — Херсон. М., Колос, 1964.
Ремезов Н. П., Быкова Л. Н., Смирнова К. М. Потребление и круговорот азота и зольных элементов в лесах европейской части СССР. М., Изд-во МГУ, 1959.
Ремезов Н. П., Погребняк П. С. Лесное почвоведение. М., Лесная промышленность, 1965.
Роде А. А. Почвоведение. М.— Л., Гослесбумиздат, 1955.
Роде А. А., Смирнов В. Н. Почвоведение. 2-е изд. М., Высшая школа, 1972.
Родин Л. Е. и Базилевич Н. И. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности. М., Наука, 1965.
Сибирцев Н. М. Почвоведение. Избранные сочинения. Т. I. М., Сельхозгиз, 1951.
Склярова Г. А., Шарова А. С. Почвы лесов Севера. М., Наука, 1970.
Смирнов П. М., Муравин Э. А. Агрохимия. М., Колос, 1977.
Смольянинов И. И. Биологический круговорот веществ и повышение продуктивности лесов. М., Лесная промышленность, 1969.
Соболев С. С. Защита почв от эрозии. М., Сельхозгиз, 1961.
Справочник по минеральным удобрениям/Под ред. М. В. Каталымова. М., Сельхозгиз, 1960.
Указания по классификации и диагностике почв. М., Колос, 1967.
Федоров М. Ф. Почвенная микробиология. М„ Советская наука, 1954.
Ферсман А. Е. Избранные труды. Т. II. М., Изд-во АН СССР, 1953.
Шумаков В. С., Федорова Е. Л. Применение минеральных удобрений в лесу. М., Лесная промышленность, 1970.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . : :
Введение
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. Основы геологии и минералогии
Глава I. Происхождение и строение Земли10
Происхождение Земли12
Строение земного шара13
Образование земной коры15
ГлаваII. Состав земной коры18
Химический состав земной коры .18
Минералы19
Горные породы ....24
Глава III. Выветривание горных пород и минералов27
Глава IV. Перемещение и отложение продуктов выветривания . . . . 32
Ветровая эрозия32
Текучие воды .. 36
Подземные воды 36
Водная эрозия39
Реки43
Разрушительнаядеятельность морских волн . . . .... 45
Ледники47
Распространение почвообразующих пород на территории СССР
и их краткая характеристика 51
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. Почвоведение
Глава V. Почвообразовательный процесс55
Влияние природных факторов на почвообразование . . . . 56
Влияние хозяйственной деятельности человека на почвообразование 61
Глава VI. Минеральная часть почвы62
Механический состав материнских горных пород и почв . . 62
Влияние механического состава на лесорастительные свойства почвы66
Глава VII. Органическая часть почвы :66
Общая схема формирования органической части почвы . . . 66
Источники органического вещества почвы68
Процессы превращения органических остатков в почвах и современные представления о гумусообразованни71
Влияние органических веществ на плодородие почв78
Глава VIII. Строение и морфологические признаки почв79
Строение почвенного профиля80
Обозначение и описание горизонтов80
Глава IX. Поглотительная способность почв90
Почвенные коллоиды90
Коагуляция и пептизация коллоидов . :93
Понятие о поглотительной способности почв94
Кислотность и щелочность почв100
Глава X. Физические свойства почвы103
Общие физические свойства почвы103
Физико-механические свойства почвы105
Водные свойства и водный режим почвы107
Водный баланс почвы113
Влияние древесных насаждений на водный режимместности115
Почвенный воздух116
Тепловые свойства почвы119
Лесоводствеиное значение физических свойств почвы....122
Глава XI. Плодородие почв123
Понятие о плодородии почв123
Виды почвенного плодородия124
«Закон убывающего плодородия почвы» и его критика...125
Оценка качества почв по их свойствам и плодородию....126
Элементы питания, необходимые для роста растений....128
Почвенный раствор129
Меры по повышению плодородия почв в лесном хозяйстве..131
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. Почвы СССР
Глава XII. Понятие о почвенных типах и зонах . :132
Классификация почв . . .-132
Понятие о почвенных зонах и основные почвенные зоны СССР 134
Глава XIII. Почвы тундровой зоны135
Границы и площадь зоны135
Условия почвообразования^136
Образование, строение и свойства тундровых почв137
Классификация тундровых почв138
Использование почв тундры138
Глава XIV. Почвы лесной зоны . .-139
Границы и площадь зоны139
Условия почвообразования . . . .. . . .140
Подзолистые почвы141
Дерново-подзолистыепочвы .145
Дерновые почвы 148
Подзолисто-болотныепочвы150
Мерзлотно-таежные почвы152
Болотные почвы . . 153
Использование и лесорастительные свойства почв лесной зоны 158
Глава XV. Почвы лесостепной зоны161
Границы и площадь зоны161
Условия почвообразования161
Серые лесные почвы ....162
Глава XVI. Почвы степной зоны .. . . 167
Границы и площадь зоны 167
Условия почвообразования 168
Происхождение черноземов169
Классификация черноземов171
Мероприятия по повышению и сохранению плодородия черноземов 174
Глава XVII. Почвы зоны сухих степей и полупустынь176
Границы и площадь зоны176
Условия почвообразования176
Каштановые почвы . ;177
Бурые почвы181
Использование почв зоны сухих степей181
Глава XVIII. Почвы пустынной зоны182
Условия почвообразования183
Серо-бурые почвы183
Сероземы184
Использование почв зоны пустынных степей и пустынь . . . 185
Глава XIX. Засоленные почвы и солоди. 186
Солончаки187
Солонцы189
Солоди192
Глава XX. Почвы влажных субтропикови горных областей . . . . 194
Почвы влажных субтропиков194
Почвы горных областей195
Глава XXI. Почвы речных пойм199
Условия почвообразования 199
Использование почв речных пойм203
Глава XXII. Методика полевого исследования почв. . . 204
Подготовительный период .. . 205
Составление предварительного плана . .206
Полевой период207
Камеральный период .209
213213Список литературы
213
213
В. Д. ЗЕЛИКОВ
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
Д. ЗЕЛИКОВ
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
Допущено Управлением руководящих кадров и учебных заведении Министерства лесного хозяйства РСФСР в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальности «Лесное хозяйство»
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ» 1981
УДК 630*114(075.8)
Зеликов В. Д. Почвоведение: Учебник для техникумов —М.: Леси пром-сть, 1981,—216 с.
Изложены основы геологии и минералогии, показана роль гумуса, коллоидов и т. д. в общем почвообразовательном процессе. Дано описание зонального образования почв, их особенностей, современная классификация и распространение. Рассмотрены данные по использованию почв в лесном хозяйстве, охране и повышению их плодородия. Описаны методы картирования почв и оценка лесорастительного эффекта.
Для учащихся техникумов по специальности «Лесное хозяйство».
Табл. 29, ил. 43, библ. -45 пазв.
Рецензенты:
канд. с.-х. наук Г. Л. ЩЕПАЩЕНКО (Центральная лесная почвенно-химическая производственная лаборатория), В. А. ТЕТЕРИНА (Краснобаковский лесхоз-техникум).
Виктор Дмитриевич Зеликов
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
Редактор О. Д. Р о д э
Редактор издательства Л. М. Огородникова
Переплет художника В. И. Воробьева Художественный редактор В. Н. Ж У р а в с к и й Технический редактор Г. П. Васильева
Корректор Л. Я. Ф а е н с о н
ИБ № 1307
Сдано в набор 0,8.08.80. Подписано в печать 29.12.80. Формат 60x90/16. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 13,5. Усл. кр.-отт. 13,5. Уч.-изд. л. 14,68. Тираж 16700 экз. Заказ № 1757. Цена 75 коп.
Издательство «Лесная промышленность», 101000, Москва, ул. Кирова, 40а
40304—0063 037(01)—81 4~8140304—0063 037(01)—81 4~81Ленинградская типография № 4 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союз- полиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 191126, Ленинград, Социалистическая ул., 14
40304—006
3 037(01)—81 4~81
40304—006
3 037(01)—81 4~81
3802020000
© Издательство «Лесная промышленность», 1981