|
Скачать 1.76 Mb.
|
^ Почвообразование — сложный природный процесс образования почв, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования. На первых стадиях процесса с поселением живых организмов на поверхности горных пород или продуктах их выветривания и переотложением первичный почвообразовательный процесс по существу совпадает с выветриванием, и формирующаяся почва физически совмещена с корой выветривания. Затем выветривание и почвообразование разделяются в пространстве и времени, а почва формируется лишь в самой верхней зоне коры выветривания горных пород, часто после ее образования и переотложения. Необходимо иметь в виду, что в далекий абиотический период развития Земли выветривание происходило без почвообразования, т.е. на земной поверхности существовали коры выветривания, но не было почв. Отсутствовал один из важнейших факторов почвообразования — биогенный. Для разделения понятий «кора выветривания» и «почва» определим суть различий и сходства между ними. Кора выветривания — часть поверхностного покрова суши, в котором ее скелетом являются топографически не смещенные продукты гипергенного изменения вещества материнских пород. В предложенном определении кора выветривания противопоставляется всему комплексу осадочных отложений как образований, возникающих за счет материала, топографически смещенного относительно источников сноса (по Е. В. Шанцеру). Характерные признаки коры выветривания — наследование структурно-текстурных признаков материнской породы, а также ее профильное строение. Горные породы, слагающие геологическое тело коры Основанием для этого служат качественные различия процессов, обусловливающих их развитие. Таких главных качественных различий три.
3. Биологический и биохимический характер процессов, свойственных почве, ограничен глубиной проникновения продуцирующихся в верхней части почвенного профиля гумусовых веществ. Гумусообразование и биохимические реакции органических кислот с минералами материнских субстратов обладают качественным своеобразием лишь в пределах первых десятков сантиметров. Ниже границы полной минерализации продуктов органического распада и синтеза — на глубине 2—5 м от дневной поверхности выветривание не зависит от воздействия продуктов жизнедеятельности и контролируется главным образом гидротермическим режимом ландшафта. Таким образом, почва и подстилающие ее горизонты коры выветривания — взаимосвязанные образования. В то же время содержание процессов формирования почвенных и подпочвенных горизонтов различается, что позволяет рассматривать их как две основные генетические зоны (Б. Б. Полынов, 1934; И. П. Герасимов, 1964; В.А.Ковда, 1973; Е.В.Шанцер, 1966; А. Г.Черняховский, 1991, 1994). В дальнейшем будем называть их почвенной (или собственно почвой) и сапролитовой зонами, а основные горизонты сапролитовой зоны сверху вниз — литомаржем и сапролитом. Образование почв и коры выветривания составляют суть следующих основных процессов выветривания: морозного, температурного, гидратационного и биохимического.
Температурные колебания в консолидированных горных породах приводят к возникновению элювия с частицами разной размерности: а) щебенчатого в пределах одного или нескольких сантиметров (кристаллические сланцы, мраморы, кварциты, порфириты); б) пылеватого и глинистого в пределах десятых и сотых долей миллиметра. Возможная максимальная мощность коры выветривания, образованной температурным выветриванием, ограничивается глубиной суточных температурных амплитуд, т.е. одним метром. Однако все перечисленные процессы не вызывают механические напряжения, способные привести к дезинтеграции рыхлых субстратов. Согласно данным А.Г.Черняховского, механические свойства этих субстратов изменяются благодаря гидратации-дегидратации и «солевого» температурного выветривания в результате расклинивающего действия кристаллизующихся солей. 3. ^ — это дезинтеграция горных пород расклинивающим действием адсорбированных пленок воды. Адсорбция водных пленок препятствует смыканию трещин и примногократном повторении деформаций приводит к полному разрушению породы. Этот тип выветривания может происходить в любой климатической зоне, но самостоятельное значение приобретает в ландшафтах степей, лесостепей, аридных редколесий, сухих кустарников, типичных саванн. Он осуществляется в условиях непромывного режима увлажнения или дефицита влаги. Элювий отличается тонким механическим составом с преобладанием дресвы и фракций песка и глины. Возможная мощность коры выветривания, образованная гидратационным выветриванием, определяется сезонными температурой и влажностью. 4. ^ происходит по законам растворения. Этот тип выветривания — основной процесс в гумидных ландшафтах всех термических поясов Земли, т.е. в зонах, где удаляются продукты разрушения. Элювий отличается дресвяно-глинистым и глинистым составом. Механизм и продукты химического выветривания определяются свойствами воды (диэлектрическими, диссоциационными, окислительно-восстановительными и др.), гумусовых веществ и структурой взаимодействующих с ними минералов. ^ Трансформация горной породы в кору выветривания происходит под действием зональных биоклиматических и азональных геолого-тектонических факторов. Зональные факторы через основные процессы выветривания обусловливают характер и интенсивность воздействия непосредственных агентов преобразования горной породы в ее элювий. Они направляют процесс возникновения современных кор выветривания определенного типа. Уже в процессе выветривания горные породы приобретают ряд свойств, существенных для формирующихся из них почв. В процессе почвообразования эти свойства получают дальнейшее развитие. Рухляк выветривания (элювий горной породы) служит благоприятным субстратом для поселения низших и высших растений и связанной с ними фауны и, соответственно, для интенсивного развития почвообразования. В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяются конкретным комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности. Стадия начального почвообразования носит название первичного почвообразования, обычно длительна по времени и охватывает почвообразованием небольшую по мощности зону субстрата. При этом процесс роста плодородия замедлен, а профиль в слабой степени дифференцирован на генетические горизонты. Стадия развития почвы протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвообразующей породы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, вернее, приходит к некоторому равновесному состоянию, определяемому комплексом и стабильностью во времени факторов почвообразования. Наступает стадия равновесия — климаксное состояние), длящееся неопределенно долго. В этом состоянии поддерживается более или менее постоянное динамическое равновесие со средой, т.е. с существующим комплексом факторов почвообразования. На каком-то этапе в результате саморазвития экосистемы климаксная стадия сменяется эволюцией почвы. Почва входит в экосистему либо в качестве одного из компонентов, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования — климата, растительности, характера грунтового увлажнения (изменение рельефа, распашка, орошение или осушение) и т. д. Стадию эволюции почвы можно сопоставить со стадией развития, которая ведет к какому-то новому климаксному состоянию. При этом образуется новая почва с новым профилем и новым комплексом свойств, например формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории или, наоборот, при затоплении каштановых и черноземов при остепнении; переход солончака в солонец при рассолении; оподзоливание буроземов; заболачивание автоморфных почв и т. д. В данном случае новая почва образуется не из почвообразующей породы, а из ранее сформированной почвы. Таких циклов почвообразования на одном и том же субстрате может быть несколько. В профиле полигенетических (полициклических) почв обычно обнаруживаются унаследованные реликтовые черты и признаки, не связанные с современным этапом почвообразования. Эволюция почвы может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы и/или по пути ее уменьшения, по пути засоления почвы или ее рассоления, деградации почвенного плодородия или его нарастания. Пути эволюции определяются конкретными природными ситуациями. Каждый очередной этап эволюции — это новая почва или ее новое устойчивое состояние, которые, в свою очередь, сменяются новыми эволюционными циклами. ^ — с одной стороны, это поступление веществ в почвообразующую породу из атмосферы или гидросферы при почвообразовании, а с другой — накопление их в формирующейся почве. Таким путем в почве концентрируются углерод (фотосинтез — создание биомассы — отмирание биомассы — разложение — гумификация — гумусонакопление); азот (азотфиксация — потребление организмами — отмирание биомассы — нитрификация, аммонификация); водорастворимые соли, гипс, известь, соединения железа, кремнезем (из грунтовых вод, особенно при выпотном режиме). ^ — это остаточное накопление в результате выноса каких-то других веществ. Примером может служить процесс выноса щелочных и щелочноземельных металлов и относительное увеличение при этом кремнезема и полуторных окислов железа и алюминия. Относительная аккумуляция веществ — всегда следствие элювиального процесса. Под элювиальным процессом понимается нисходящее передвижение веществ в почве при промывном режиме и частичный или полный вынос в нижележащую толщу или за ее пределы ряда соединений. Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании — следствие взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ на земной поверхности, которое в разных природных условиях развивается противоречиво и неоднозначно. ^ Определяется различными циклами (геохимическими, биогеохимическими, технобио-геохимическими, миграционно-трансформационными) в глобальной циркуляции веществ в истории развития Земли. Эти глобальные циклы складываются из комплекса элементарных циклов и включают следующие:
^ 3.2.1. Общие и элементарные процессы при почвообразовании Взаимодействие большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности проявляется через серию противоположно направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается почвообразование. К ним относятся:
Многие из этих противоположных процессов носят циклический характер, связанный с общей цикличностью природных явлений. Вьщеляют суточные, сезонные, годовые, многолетние, вековые циклы почвообразования. По А. А. Родэ, данные циклы почвообразования — общие почвообразовательные процессы, поскольку они существуют во всех почвах, хотя и в разном качественном и количественном проявлении, в разнообразных сочетаниях. Особенности проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования Родэ назвал частными почвообразовательными процессами. Это гумусообразование или торфообразование, засоление или рассоление и др. Кроме того, ученый все почвообразовательные процессы разделил на макропроцессы, охватывающие весь почвенный профиль в целом, и микропроцессы — минеральные и органические преобразования в пределах изолированных участков почвенного профиля. Разделение почвообразовательных процессов на общие и частные, макро- и микропроцессы раскрывает суть почвообразования в целом, его особенности и определяет генезис почв. Частные почвообразовательные макропроцессы И. П. Герасимов предложил называть элементарными почвенными процессами (ЭПП). В отличие от общих процессов ЭПП характерны только для отдельных типов и групп почв. Данные процессы в своей совокупности являются почвообразующими и при тех или иных сочетаниях друг с другом определяют свойства почв на уровне типов, т.е. прежде всего строение профиля или состав и соотношение генетических горизонтов. Поэтому каждый генетический тип почв характеризуется только ему одному свойственным сочетанием ЭПП. Вместе с тем отдельные ЭПП могут и должны встречаться в разных генетических типах почв. Иначе говоря, элементарные почвенные процессы — это горизонтообразующие или профилеобразующие процессы. Типы элементарных почвенных процессов ^ по В.А.Ковде и Б.Г.Розанову, происходят при непосредственном участии растений, животных, микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. ЭПП формирует и аккумулирует органические и/или органоминеральные вещества в верхней части почвенного профиля. ^ формирование на поверхности почвы органогенного слоя лесной подстилки или степного войлока, который представлен различными стадиями разложения органического вещества. Менее разложенная подстилка формируется в верхней части слоя, более разложенная — в нижней. Торфообразование — трансформация и консервация органических остатков на фоне их незначительной гумификации, приводящие к образованию торфа различной степени разложенности: а) олиготрофное торфообразование характерно для верховых болот бедного минерального состава; б) эутрофное торфообразование типично для низинных болот грунтового увлажнения более богатого минерального состава. Гумусообразование — преобразование органических остатков в почвенный гумус с формированием органоминеральных соединений. Различают гумусообразование: а) по механизму гумусонакопления — инситное (in situ — на месте образования), пропиточное и потечное; б) по типу гумификации — гуматное, гуматно-фульватное и фульватное; в) по реакции среды — кислое, нейтральное, щелочное; г) по характеру связи с минеральной частью и степени гумификации — мюлль, модер и мор (мягкий, нейтральный и грубый гумус). ^ — интенсивное гумусообразование, гумусонакопление и аккумуляция биофильных элементов под воздействием травянистой растительности и корней. Результат развития дернового процесса — формирование темного комковатого или зернистого гумусового (или перегнойного) горизонта, по объему состоящего по меньшей мере наполовину из корневых систем растений. ^ по В.А.Ковде и Б.Г.Розанову, связаны с современным или прошлым влиянием грунтовых вод на почвообразование. К почвенным процессам они относятся лишь в той степени, в какой охватывают аккумуляцию веществ в почвенном профиле. Засоление — накопление водорастворимых солей в почвенном профиле при выпотном (десукционном) водном режиме в условиях минерализованных грунтовых вод. Окарбоначивание — вторичная аккумуляция карбоната кальция в почвенном профиле из минерализованных грунтовых вод при их насыщении карбонатом или гидрокарбонатом кальция. Окремнение — гидрогенное накопление кремнезема в области циркуляции щелочных растворов и цементация им почвенных слоев с образованием плотного водонепроницаемого горизонта — ду-рипэна. Латеритизация — аллохтонное внутрипочвенное ожелезнение с образованием мощных конкреционных или панцирных прослоев разного строения — пизолитового, альвеолярного, вермикуляр-ного, шлаковидного. ^ — группа процессов трансформации породообразующих минералов in situ без элювиально-иллювиального перераспределения компонентов в почвенном профиле. Аллофанизация — синтез аллофанов — минералов с неупорядоченной аморфной структурой. Этот процесс особенно характерен для почв, формирующихся на пирокластических отложениях. Ферсиаллитизация — процесс внутрипочвенного выветривания, при котором образуются любые по цвету и глинистости рыхлые мелкоземистые образования, частично десилицированные и по сравнению с породой обогащенные Fe и А1. Минералогический состав ила может быть разным, но с молекулярным отношением Si02/Al203 в иле и почве >3,0. Минералогически ферсиаллитность представляет собой: а) в основном унаследованные и стадийно-трансформационные полиминеральные продукты выветривания (гидробиотит, хлорит-смектиты, хлорит-вермикулиты, вермикулиты), полиминеральные продукты выветривания гумидных холодных бореальных областей; б) продукты выветривания преимущественно смектитового состава (синтез и/или наследование смектитов) в семиаридных и субгумидных субтропиках и тропиках. Ферраллитизация — процесс внутрипочвенного выветривания с десиликацией, образованием и относительным накоплением in situ красноцветных и красно-желтых глин с молекулярным отношением Si02/Al203 в составе ила < 2,0. Минералогически такие продукты могут сильно различаться: от преимущественно оксидных ассоциаций (гетит, гиббсит, гематит) до почти силикатных (као-линитовые, каолинит-смектитовые, метагаллуазитовые). Цвет и степень глинистости толщ могут быть любыми: от серо-бурого песчаного и супесчано-суглинистого до охристого и красного глинистого. Рубефикация — покраснение минеральной массы почв за счет образования тонкодисперсных окислов железа. Красная окраска почвенной массы появляется благодаря образованию тонкодисперсного гематита Fe203. Существует другое мнение о происхождении рубефикации за счет аморфных соединений железа. Источником железа могут быть различные соединения несиликатного железа материнского субстрата, освободившиеся в процессе выветривания железосодержащих компонентов минеральной массы, либо привнесенные со стороны железосодержащие растворы. Брюнификация — процесс, противоположный рубефикации, вызывающий побурение окраски и протекающий в условиях повышенного увлажнения и появления значительных количеств подвижного гумуса. При этом растворяется гематит, формируются органо-железистые соед�нцни мс последующим о� в �вани�м гетита. Наиболее ярко брюнификация выражена в кислых горно-луговых альпийских и субальпийских почвах, бурых горно-лесных, влажных субтропических красноземах и желтоземах. Оглеение — метаморфическое преобразование почвенной массы в результате периодического или длительного переувлажнения почвы, приводящее к интенсивному развитию восстановительных процессов. Оглинивание включает: а) новообразование или неосинтез глинистых минералов, обусловленный растворимостью и степенью выветрелости почвенных компонентов, значениями рН, окислительно-восстановительными условиями и т.д.; б) остаточное накопление глины вследствие растворения и выщелачивания карбонатов и минералов неслоистой структуры в профилях почв. ^ — процесс инконгруэнтного растворения минералов слоистой структуры, приводящий к полной или частичной трансформации их кристаллических решеток. Встречается в почвах и корах выветривания, где складываются условия промывного водного режима и возможность удаления продуктов растворения в нижележащие горизонты и за пределы почвенного профиля. Слитизация — обратимая цементация глинистых почв гидро-слюдисто-смектитового состава в условиях периодического чередования интенсивного увлажнения и просыхания, набухания и усадки с интенсивной вертикальной трещиноватостью. ^ — группа процессов, приводящая: 1) к разрушению и преобразованию почвенного материала в элювиальном горизонте с выносом из него продуктов разрушения; 2) к аккумуляции веществ, вынесенных из элювиального горизонта в иллювиальный горизонт, расположенный в средней или нижней части профиля почв. Элювиальный горизонт обедняется наиболее подвижными и растворимыми соединениями и относительно обогащается оставшимися. Иллювиальный горизонт обогащается продуктами выноса из элювиального горизонта. Выщелачивание — обеднение основаниями (щелочами и щелочными землями) того или иного горизонта почвы или профиля в целом нисходящими токами воды. Частные виды выщелачивания — декарбонатизация, рассоление. Десиликация — растворение и вынос кремнезема при химическом выветривании горных пород или при других процессах, в частности ферраллитизации. Подзолообразование — кислотный гидролиз глинистых силикатов в условиях гумидного климата и промывного водного режима с остаточной аккумуляцией в оподзоленном (подзолистом) горизонте кремнезема и обеднением его илом, алюминием, железом и основаниями. ^ отмывка илистых и тонкопылеватых частиц с поверхности зерен грубозернистого материала или из микроагрегатов и вынос их в неразрушенном состоянии из элювиального горизонта. Псевдооглеенив — внутрипочвенное поверхностное и подповерхностное оглеение под воздействием периодического переувлажнения верховодкой при ее сезонном образовании на водоупорном иллювиальном горизонте или двучленной породе. Образуется мра-моровидный элювиальный горизонт, в котором оглеение сочетается с разрушением соединений и выносом части продуктов разрушения. Осолодение — разрушение минеральной части почвы щелочными растворами — щелочной гидролиз — с накоплением остаточного аморфного кремнезема. Альфегумусовый — процесс мобилизации железа и алюминия минеральных пленок кислыми гумусовыми веществами с выносом аморфных соединений и последующим образованием элювиального горизонта без глубокого разрушения минеральной части, а также накоплением аморфных оксидов алюминия и железа вместе с гумусом, вынесенных вниз из подстилки или элювиального горизонта. Осолонцввание — процесс, при котором происходит накопление и обратимая коагуляция набухающих глин, насыщенных натрием. ^ — группа процессов механического перемешивания почвенной массы и группа процессов, ведущих к разрушению почвы. Криотурбация — морозное механическое перемещение одних почвенных масс относительно других в пределах горизонта или профиля в целом с образованием криотурбационных форм. Зоотурбация — перемешивание почвы обитающими в ней жи-вотными-землероями. Агротурбация — разного типа механическое перемешивание, рыхление или, наоборот, уплотнение почвы сельскохозяйственными орудиями и машинами в практике земледелия. К деструктивным ЭПП относятся: ^ эрозию или эрозию смыва; б) линейную эрозию или эрозию размыва (овражная эрозия); в) ирригационную эрозию при орошении склоновых почв. Дефляция — механическое разрушение почвы под действием ветра (ветровая эрозия почв). Особенно интенсивно проявляется на почвах легких по гранулометрическому составу. Погребение — засыпание почвы материалом со стороны. При этом процесс почвообразования прекращается. ^ На поступающую в почву влагу воздействуют силы различной природы, под действием которых она может либо передвигаться в разных направлениях, либо задерживаться. Это сорбционные, менисковые и гравитационные силы. Сорбционные силы обусловливают гидратацию, которая выражается в образовании водной оболочки вокруг ионов и коллоидных частиц. Гидратация почвенных частиц связана с сорбцией парообразной и в меньшей мере жидкой влаги. Способность почвы сорбировать влагу из паров, находящихся в воздухе, называется гигроскопичностью, а поглощенная таким образом влага — гигроскопической. Наибольшее количество влаги почва сорбирует из воздуха, насыщенного водяными парами. Это количество называется максимальной гигроскопичностью (МГ) и выражается в процентах от массы сухой почвы. Влага, не удерживаемая сорбционными силами поверхности почвенных частиц, называется свободной. Поведение в почве свободной влаги определяется совокупным действием силы тяжести и капиллярных сил. ^ менисковые, или капиллярные, силы обусловлены поверхностным натяжением воды. Чем меньше диаметр капилляра, тем больше поверхностное давление и тем выше высота капиллярного поднятия жидкости. Вода, удерживаемая в почве капиллярными или менисковыми силами, называется капиллярной влагой. В свою очередь, она подразделяется на капиллярно-подвешенную и пленочно-подвешенную влагу, удерживающуюся в почвах при увлажнении сверху (после дождя или полива), и капиллярно-подпертую и капиллярную кайму, образующиеся при подъеме воды снизу от горизонта ГВ. Наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, удерживаемое почвой после стекания избытка влаги при глубоком залегании ГВ и остающееся в верхних горизонтах почв после их смачивания, называется наименьшей влагоемкостью (НВ). ^ возникает над зеркалом грунтовых вод, от которых влага по мелким капиллярного размера порам почвы может подниматься на большую или меньшую высоту, образуя капиллярную кайму. Содержание влаги в кайме уменьшается снизу вверх от почти полной влагоемкости (ПВ) до наименьшей вла-гоемкости. Полная влагоемкость — наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор за исключением пор с защемленным воздухом, которые составляют, как правило, не более 5 — 8 % от общей пороз-ности. Следовательно, ПВ почвы численно соответствует пороз-ности почвы. Наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы, выраженное в процентах от массы почвы, называется капиллярной влагоемкостъю (KB). Величина капиллярной влагоемкости колеблется от 17 —20 до 50—60 % от массы почвы и определяется ее скважностью. KB на разном расстоянии от уровня грунтовых вод непостоянна. Чем ближе УГВ (1,5 — 2 м), когда капиллярная кайма смачивает толщу до поверхности, тем больше КВ. Если в почвенном профиле находятся горизонты или прослойки с пониженной водопроницаемостью, в период повышенного увлажнения может образоваться свободная гравитационная влага, называемая верховодкой. К элементам водного режима относятся: впитывание, фильтрация, капиллярный подъем, сток поверхностный, сток нисходящий и боковой, испарение физическое, десукция (отсос влаги корнями растений), замерзание, размерзание, конденсация воды. Типы водного режима почв. В зависимости от количественных соотношений этих элементов определяется преобладающее направление в передвижении влаги в почвенном профиле в годовом и сезонном циклах, а также пределы колебания почвенной влажности и почвенных влагозапасов, т.е. тип водного режима (ТВР). Возникновение и существование того или иного водного режима зависит от многих факторов: положения почвы в рельефе, климатических условий, водных свойств почвы и подпочвы, подпитывания почвы грунтовыми водами или его отсутствия, мерзлоты, характера растительности, влияния человека. Применительно к различным природным условиям учеником В. В.Докучаева Г. Н. Высоцким были установлены четыре типа водного режима — промывной, непромывной, выпотной и водозастой-ный. Дальнейшие исследования почв позволили выделить еще несколько ТВР (рис. 16). В настоящее время установлено 14 типов водного режима почв. Охарактеризуем наиболее важные из них.
• Ирригационный свойствен искусственно орошаемым почвам. Зависит от типа и интенсивности орошения (дождевание, напуск по бороздам, затопление на рисовых полях, вегетационные поливы), глубины и характера сезонных колебаний ГВ, наличия и характера искусственного дренажа. Водный баланс почв. Водообеспеченность — один из важнейших критериев плодородия почв. Она обусловлена характером водного баланса почв, его главными составляющими компонентами, определяющими положительные и отрицательные статьи баланса:
Разница между поступившей в почву влагой и ее расходом и составляет суть водного баланса, который может быть как положительным (почвы обеспечены в той или иной мере влагой), так и отрицательным (дефицит влаги в почве). ^ Под тепловым режимом почвы понимают совокупность и определенную последовательность теплообмена в системе: приземный слой воздуха — растения — почва — подстилающая порода, а также совокупность процессов теплопереноса, теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве. Он изучен слабее, чем водный режим. Систематически исследован лишь температурный режим (температура почв во времени). Температура почвы — наиболее динамичная величина, она быстрее, чем другие параметры почвы, приходит в равновесие с окружающей средой. Температура почвы во многом зависит от тепловых свойств самих почв. ^ Лучистая энергия Солнца, поглощаясь поверхностью почвы и превращаясь в тепловую энергию, может аккумулироваться, передвигаться от слоя к слою или излучаться с поверхности благодаря тепловым свойствам почв. Основные тепловые свойства почвы — теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность. ^ — поглощение почвой лучистой энергии Солнца. Ее обычно характеризуют величиной альбедо, показывающей, какую часть поступающей лучистой энергии отражает почва. Для идеально отражающей поверхности альбедо составляет 100 %, а для абсолютно черного тела, целиком поглощающего лучистую энергию Солнца, стремится к нулю. Теплоемкость — свойство почвы поглощать теплоту. Теплоемкость зависит от минералогического, гранулометрического состава и влажности почвы, а также от содержания в ней органического вещества. Глинистые почвы более влагоемки и весной медленно прогреваются, поэтому их называют «холодными» почвами. Легкие почвы (песчаные, супесчаные) весной прогреваются быстрее, вследствие чего их называют «теплыми». Кроме того, чем гумуси-рованнее почва, тем она более теплоемка. Теплоемкость рыхлых почв, отличающихся высокой пористостью аэрации, значительно выше, чем теплоемкость плотных почв. Теплопроводность — способность почвы проводить теплоту. В почве тепло передается различными путями: через разделяющие твердые частицы воду или воздух; при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или воду. На теплопроводность влияют химический и гранулометрический состав, влажность, содержание гумуса, плотность и температура почвы. По сравнению с тяжелыми почвами почвы легкого гранулометрического состава имеют большую величину теплопроводности. Обратная зависимость обнаруживается между пористостью и теплопроводностью: при увеличении пористости от 30 до 70 % теплопроводность уменьшается в 6 раз. При одинаковой плотности более влажная почва характеризуется большей теплопроводностью, чем сухая. В зависимости от соотношения количества энергии, поглощаемой поверхностью почвы, и количества энергии, расходуемой на излучение, нагрев воздуха и испарение влаги, поверхность почвы будет нагреваться или охлаждаться. Поверхностный слой почвы служит источником теплоты для остальной толщи почвы, в которой она распространяется вследствие присущей почве теплопроводности. Количество поступающей на поверхность почвы лучистой энергии подчинено суточной и годовой периодичности. В течение суток в почве наблюдаются одна волна нагревания и одна волна охлаждения. Первая возникает на поверхности почвы с восходом солнца и заканчивается в 14 ч, вторая возникает на поверхности в 14 ч и заканчивается с восходом Солнца. Максимальные и минимальные температуры на разных глубинах наступают не одновременно, а с запозданием тем большим, чем больше глубина. Наибольшая амплитуда колебаний температуры в течение суток характерна для поверхностного слоя почвы. С глубиной суточные колебания температуры уменьшаются и на глубине около 50 см температура в течение суток не изменяется. Наиболее отчетливо годовой цикл изменения температуры выражен в почвах умеренных широт. Поверхность этих почв с марта начинает нагреваться, причем особенно быстро в апреле, после таяния снега. В июле нагревание поверхности прекращается и сменяется охлаждением, которое продолжается до марта. И здесь с глубиной наблюдается запаздывание моментов наступления максимальных и минимальных температур. В летние месяцы наибольшие средние суточные температуры отмечаются на поверхности почвы; с глубиной они убывают сначала быстро, а затем постепенно. В зимние месяцы распределение обратное: температура нарастает с глубиной. Переход от зимнего распределения к летнему происходит в конце апреля, а от летнего к зимнему — в начале сентября. Амплитуды годовых колебаний подчиняются той же закономерности, что и амплитуда суточных колебаний: они достигают наибольшей величины на поверхности, уменьшаясь с глубиной. Зона активной сезонной динамики ограничена 3 — 4 м. На глубине 6 м годовое колебание температуры составляет 1 °С. ^ Классификация тепловых режимов почв основана на признаках, относящихся к промерзанию почвы. В ней обособлены три уровня, из которых наиболее значимы два первых — классы (группы) и подклассы (типы).
3. Сезоннопромерзающий. Подстилание многолетнемерзлыми породами отсутствует. Промерзание до глубины 20 — 200 см продол жительностью менее 5 — 6 месяцев. Температура самого теплого месяца 20 —30 °С. 4.Непромерзающий охлаждающийся. Положительные температуры самого холодного месяца не выше 5 "С. Температура самого теплого месяца до 35 °С.
^ Номенклатура почвы есть не что иное, как название почвы, в котором отражается ее суть. Номенклатура почвы охватывает все таксономические уровни, причем каждое последующее название дополняет предыдущее. В русской школе почвоведения были приняты лаконичные, во многом символичные названия, отражающие определенные понятия и основные свойства почв: «подзол», «серозем», «чернозем», «солонец», «солончак» и т.д. При этом основным критерием был цвет почвы, который дополнялся другими особенностями почвы, отражавшими ее географию, — «чернозем южный», а также положение в ландшафте, — «серая лесная почва», «болотная почва» и т.д. Принципиально номенклатура российских почв не менялась во времени, она только совершенствовалась, дополняясь новыми данными и сохранив свое содержание еще с додокучаевских времен. Принятая в России номенклатура почв была использована или принята и в других школах почвоведения, в частности в европейской. Почвы высокого таксономического уровня (например, тип) имеют краткое символическое название, которое отражает главную суть данной почвы. Однако на более низких таксономических уровнях название почвы становится громоздким, состоящим из многих слов-, каждое из которых отражает свой уровень. В американской номенклатуре использовались два критерия для определения почвы: гранулометрический состав и географическое название местности, где она впервые встретилась, например, «глина Норфолк», «суглинок Сан-Франциско» и т.д. Эти два критерия стали основой для выделения низшего таксономического ранга, получившего название «серия почв». В 50-х годах XX в. американские почвоведы создали совершенно новую номенклатуру, которую в течение десятков лет постепенно совершенствовали, не меняя основного принципа. За основу были взяты в основном латинские и греческие корни каких-либо слов, отражавших тот или иной существенный признак почв. Например, aridisol — аридные слабо-гумусированные почвы (arid — аридный, sol — почва). Вместе они символизируют высший таксономический уровень — порядок почв. Различное сочетание корней, характеризующих низшие таксономические уровни, дает полное название почв. Важным этапом в развитии номенклатуры почв мира явилась Международная номенклатура почв ФАО/ЮНЕСКО, которая была утверждена в 1968 г. в связи с подготовкой почвенной карты мира в масштабе 1: 5 000 000. В ней были использованы традиционные для почв названия с добавлением латинских, греческих или русских корней типа «zem» или «sol». В нее вошли традиционные русские термины «солончак», «солонец», «чернозем», «подзол», а также такие, как «каштанозем», «флювисоль» и др. Таким образом, в мире используются как национальная, так и международная номенклатуры, что создает известные сложности в идентификации почв. Каждая из них имеет свои достоинства, которые международному сообществу почвоведов необходимо использовать для создания в будущем единой интернациональной номенклатуры почв по типу ботанической или зоологической. Добиться этого очень непросто, так как сам предмет — почва — имеет множество параметров, отличающих одну почву от другой и, следовательно, более сложен для описания и систематики, чем, положим, растение, животное и т.д. Таксономия почв в отличие от номенклатуры представляет собой систему соподчиненных таксономических единиц, в которой почвы рассматриваются по степени детальности (масштабности), отражающей объективные различия почв данных единиц (рангов или таксонов) в природе. Отечественная система таксономических единиц включает 8 рангов, каждый из которых отражает различные свойства почв, обусловленные их природным разнообразием. Тип — большая группа почв, развивающаяся в однотипных биоклиматических и гидрологических условиях и объединяемая единством происхождения (генезиса). Например, подзолистые почвы, черноземы, каштановые и другие типы. В американской классификации типу почв примерно соответствует таксон «большая группа почв». Подтип — группы почв, выделяющиеся внутри типа и отличающиеся от него признаками качественного характера. Эти новые признаки качественного характера возникают в результате наложения каких-либо дополнительных процессов на основной ведущий процесс почвообразования. Примером может служить «типичный», «южный» или «выщелоченный» чернозем; «темно-серая лесная» или «светло-каштановая» почва. Род — группы почв в пределах подтипа, выделение которых связано с составом и реликтовыми признаками почвообразующих пород, химизмом и уровнем грунтовых вод. Например, среди подтипа выщелоченных черноземов выделяются «глубоковскипающие», а среди подтипа южных черноземов — «солонцеватые». Вид — группы почв, выделяемые в пределах рода, определяющие степень выраженности основного почвообразовательного процесса. Проявляется прежде всего в строении почвенного профиля, в изменении мощности основных генетических горизонтов данного типа почв, их морфологической выраженности. В качестве примера можно назвать «среднемощные» и «мощные» черноземы, «слабоподзолистые» почвы. Подвид — группы почв в пределах вида, различающиеся по степени развития сопутствующего процесса почвообразования. Например, дерново-слабоподзолистые почвы. Разновидность — определяется гранулометрическим составом верхнего горизонта почвы (среднесуглинистые, песчаные и т.д.) в пределах вида или подвида. В американской классификации разновидности в полной мере соответствует таксон «серия почв». Разряд — определяется характером литологии и генезиса почвообразующих пород, на которых формируется почва (лесс, морена, известняк и т.д.). Подразряд — определяется степенью хозяйственного освоения почв или ее эродированностью (сильносмытая или слабоокультуренная почва). Таким образом, полное наименование почвы включает названия всех таксонов начиная с типа и кончая тем из них, который можно выделить, исходя из масштаба обследования. Диагностика почв представляет собой описание почв по определенной системе или заданным правилам для точного определения места исследуемой почвы в таксономической системе единиц. В отечественную систему диагностики положено несколько принципов, ведущих начало от В.В.Докучаева: 1) описание почв по профилю; 2) комплексное описание почв; 3) сравнительно-географический анализ в описании почв; 4) генетический подход к описанию почв. Система описания почв по горизонтам А—В —С, предложенная В.В.Докучаевым, сохраняется до настоящего времени. Ее основное достоинство состоит в том, что горизонты представляются взаимосвязанными и взаимообусловленными. Любое изменение свойств почв по профилю — важный диагностический критерий почвы в целом и формирующих ее процессов. Комплексное описание почв предусматривает диагностику почв на основе анализа морфологических, химических, физических, биологических и других свойств, дающих полное представление о почве как природном теле. Сравнительно-географический анализ в описании почв основан на том, что любая почва есть производное определенной комбинации факторов почвообразования. Используется для сопоставления одних почв с другими, для выявления сходства и различий, которые и являются определяющими при диагностике исследуемых почв. Генетический подход к описанию почв основан на идентификации почвы условиям формирования в данной точке пространства и тем процессам, в частности геологическим, которые определяют происхождение почв и их эволюцию. Данный тезис можно сформулировать иначе: диагностируемые свойства и признаки — функция эволюции почв. Генезис почв раскрывает содержание преимущественно таких свойств, как «почва—память», что, однако, не означает влияния современных процессов почвообразования на почву. ^ 1. История развития географии почв 1. История развития географии почв География почв — это область почвоведения, изучающая общие закономерности распределения почв, а также почвенный покров отдельных регионов мира. География почв и ее неотъемлемая часть — картография почв как самостоятельные разделы выделились после оформления почвоведения как науки. Но практически возникновение географии почв по времени можно совместить с началом картографических исследований, носивших на первых этапах обзорный экспертный характер. ^ Первые попытки картографирования почв предпринимались еще в начале XVIII в. На многих французских картах выделялись особые почвы — «поля» для пшеницы, конопляников, виноградников и др. Некоторые элементы показа земельных угодий с отражением качества почв были на планах «Генеральное межевание» в России в 60-х—70-х годах XVIII в. Военно-топографические карты губерний содержали сведения о почвенном покрове: песчаные почвы, болота и заболоченные почвы, солончаки, речные поймы, овраги, пашни, луга, лесные массивы. В 1838 г. Министерство государственных имуществ приступило к кадастровым работам на базе налоговой реформы (сбор налогов не подушный, а с земли). В связи с этим возрос интерес к качеству земли и почв. Были созданы кадастровые отряды, которые наносили почвы на карты и обобщали по губерниям. С 1838 по 1867 г. были составлены карты по 16 губерниям европейской части России. В. В.Докучаев в 1879 г. высоко оценил эти материалы как первоисточники изучения российских почв. Почвы оценивались сравнительно: лучшие, худшие и т.д., но уже применялись такие понятия, как суглинок, глина, чернозем. Первая почвенная карта европейской части России в масштабе 200 верст в дюйме была составлена экономистом и климатологом К.С.Веселовским и издана в 1851 г., затем переиздана в 1853 г. и улучшена в 1857 и 1869 гг. На этих картах были изображены только преобладающие главные почвы: чернозем, глины всех цветов, песок, суглинок и супесь, ил, солончак, тундры и болота, каменистые места, т.е. почвы, различающиеся по характеру органического вещества, растительности и механического состава. В 1873—1879 гг. была издана новая почвенная карта европейской России в масштабе 60 верст в дюйме под руководством известного экономиста и статистика В.И.Чаславского, которому на последнем этапе помогал В. В.Докучаев. Карта была составлена по новейшим работам в области географии почв. На этой карте было уже 32 условных знака для изображения почв. Чернозем разделен на песчаный, супесчаный, суглинистый и глинистый, впервые выделен подзол, серая земля (переход к чернозему), чернозем тучный и известковый, солончаки и др. Карта имела огромный успех, и ее рукописный экземпляр в 1873 г. экспонировался на Всемирной выставке в Вене. Карта была издана в 1879 г. с пояснительным текстом Докучаева. В.В.Докучаев критически оценивал указанную карту, так как она составлялась по опросным статистическим данным и, следовательно, не отражала никаких закономерностей в распространении почв. Однако знакомство с ней, вероятно, побудило ученого проявить интерес к почвам и их географии. ^ Качественно новая ступень в изучении географии почв была заложена исследованиями В.В.Докучаева, его учеников и помощников в Нижегородской и Полтавской губерниях в 1881 —1894 гг. Результаты этих исследований дали материалы для установления связи почв с факторами почвообразования в различных ландшафтных зонах: лесной, лесостепной и степной. Это углубило представления о географии почв России. Работы такого типа не велись до этого ни в русской, ни в зарубежной науке. Только материалы об оценке земель Нижегородской губернии оставили 14 томов. По каждому уезду они включали подробное описание почв губернии и данные по ее геологии, климату и растительности. Это был образец географического и картографического метода исследования почв и почвенного покрова, ставший впоследствии классическим. Главным следствием таких исследований явился разработанный В.В.Докучаевым сравнительно-географический метод почвенных исследований, в основе которых лежит сопряженное изучение почв и формирующих их факторов почвообразования. Сравнительный анализ свойств почв и закономерностей их распространения на территории Русской равнины, Средней Азии и особенно Кавказа позволил ученому сформулировать в работе «К учению о зонах природы» основные положения географии почв. Одно из этих положений следующее: «Поскольку все важнейшие почвообразователи распределяются на земной поверхности в виде поясов или зон, вытянутых более или менее параллельно широтам, то неизбежно, что и почвы должны располагаться по земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и пр.» Выявив общие закономерности генезиса и географии почв, Докучаев пришел к еще более широким обобщениям и составил схему почвенных зон всего Северного полушария. Им было выделено на схеме пять мировых зон: 1) бореальная, или арктическая; 2) лесная; 3) черноземные степи; 4) аэральная с подразделением на каменистые, песчаные, солончаковые и лессовые пустыни; 5) латеритная. Схема Докучаева представляла собой широкое почвенно-географическое обобщение, однако недостаточность фактического материала о почвенном покрове отдельных континентов и стран привела к ряду неточностей. По мере накопления данных выяснилось существование не только широтных, но и меридиональных и концентрических почвенных зон, что нашло отражение на первой почвенной карте мира, составленной К. Д. Глинкой (1906), и особенно в последующих вариантах этой карты (1915 и 1927). Последний вариант карты демонстрировался на конгрессе Международного общества почвоведов в Вашингтоне в 1927 г. Эта карта заметно точнее карты Д. Г. Виленского (1925), хорошо обобщает материалы К. Ф. Марбута, Г. Штремме и имеет 15 подразделений почв. Таким образом, именно в докучаевский период развития почвоведения и сформировался новый раздел — география почв. Начался этап, который можно назвать периодом инвентаризации почвенного покрова. Ученик В. В.Докучаева К.Д. Глинка после смерти своего учителя возглавил крупные территориальные исследования почв России. Под его руководством почвы изучались в целях оценки земель в Псковской, Новгородской, Тверской, Смоленской, Калужской, Ярославской и других губерниях, основу которой составили нижегородские и полтавские экспедиции В. В.Докучаева. Они не были столь комплексны и ярки, как при Докучаеве, но почвенная съемка проводилась на огромной площади нечерноземной полосы России. Для осуществления Столыпинской аграрной реформы (переселение крестьян в Сибирь, Казахстан, Среднюю Азию, на Дальний Восток, куда за период 1906—1916 гг. переправлено около 3 млн человек, из которых осело 2,5 млн) были созданы Переселенческое управление и при нем почвенно-ботаническая экспедиция под руководством К. Д. Глинки, которая провела огромную работу по выявлению земельных ресурсов в районах, мало известных в почвенном отношении. К этому были привлечены в будущем блестящие почвоведы — Л. И. Прасолов, Б. Б. Полынов, М. М. Филатов, С. С. Неуструев, А. И. Бессонов, Д. А. Драницын и др. За семь лет организовано более 100 экспедиций: в Забайкалье — 14, Приморье и Приамурье — 11, Среднюю Азию — 20, степные районы Сибири и Казахстана — 20, Якутию — 5. Печатались отчеты-монографии и цветные почвенные карты. Многие белые пятна на карте Азии удалось ликвидировать, а в 1914 г. издать карту почвенных зон России. При этом выявилось, что законы географии почв, выведенные В. В.Докучаевым, подтверждаются и на азиатском континенте. В конце XIX—начале XX в. быстро накапливались сведения о красноцветных почвах тропиков и субтропиков Южной и Центральной Америки, Африки, Австралии, Индии, Цейлона, Мадагаскара. В этот период в Америке в 1901 г. было создано Почвенное бюро при Департаменте земледелия под руководством М. Уитни. Почвенные съемки страны в масштабе 1: 60 000 охватили большие территории. Главным таксоном (единицей классификации) была серия почв, характеризовавшая их гранулометрический состав. В отсутствие объединяющего начала все почвенные съемки нельзя было свести в одну систему и еще долго в США не было единой почвенной карты страны. Это стало возможным после того, как американские почвоведы перешли на позиции Докучаева. К. Ф. Марбут, сменивший М. Уитни на посту руководителя Почвенного бюро еще в 1914 г., после выхода в свет немецкого издания книги К. Д. Глинки стал сторонником «русской школы», хотя и полагал, что ее суть состоит в замене геологического базиса на климатический. В 1921 г. он предпринял попытки объединить серии в почвенные районы. Но более успешно идеи В. В.Докучаева были реализованы К. Ф. Марбутом в его работах по Африке. По просьбе Марбута были собраны образцы почв из разных регионов этого континента. Эти данные легли в основу составленной им в 1923 г. почвенной карты Африки в масштабе 1: 25 000 000. При этом ученый описал распространенные здесь почвы, выделив 16 категорий. В эти же годы Марбут исследовал и описал почвы долины Амазонки и других районов Бразилии. В 1927 г. Почвенное бюро реорганизуется и учреждается Служба охраны почв (Soil conservation service), во главе которой стал известный специалист по борьбе с эрозией почв Х.Х. Беннет, написавший вместе с Р.В.Аллисоном в 1928 г. прекрасную книгу «Почвы Кубы». В 1935 г. К. Ф. Марбут издал атлас американских почв с цветной почвенной картой США в масштабе 1:2 500 000 на отдельных листах с показом серий, а в масштабе 1:8 000 000 с показом больших почвенных групп. За выдающиеся работы по классификации и географии почв Американское географическое общество присудило К. Ф. Марбуту именную золотую медаль за «географическое изучение почвы—основы всех вещей». Этой медалью ранее награждались смелые полярные путешественники — Нансен, Пири, Скотт и др. В основу перестройки почвенно-географических исследований в США К. Ф. Марбут положил принципы русской почвенной школы. Пост Марбута после его смерти занял Ч.Келлог, выпустивший в 1937 г. практическое руководство по почвенной съемке, а в 1938 г. новую почвенную карту США, полностью составленную по типологическому принципу. В то же время он выдвигает первую американскую версию почвенной карты мира. В послевоенные годы расширились почвенные исследования в Европе, где еще сильны были агрогеологические традиции. Все европейские почвенные исследования обобщил немецкий ученый Г. Штремме, составивший в 1927 г. почвенную карту Европы. Он утверждал, что «новый этап в развитии почвоведения начался с В.В.Докучаева», который стал зачинателем подлинной картографии почв. В Южной Америке первую сводную почвенную карту континента составил известный чилийский почвовед А.Маттеи (1935), а в Австралии Дж. А. Прескотт (1933). Ученик К. Ф. Марбута Дж. Торп публикует книгу «Почвы Китая» (1936) — классический почвен-но-географический труд. Почвенную карту Франции впервые составил В.В.Агафонов (1936). В России к 1939 г. были изучены и закартированы почвы землепользовании колхозов и совхозов на площади около 120 млн га, причем в масштабах от 1:10 000 до 1: 50 000, более детальных, чем исследования Переселенческого управления в начале века. Новым этапом в работах по мировой почвенной картографии было составление Л. И. Прасоловым при участии Д. Г. Виленского, З.Ю.Шокальской и др. почвенной карты мира в масштабе 1: 50 000 000, опубликованной в Большом советском атласе мира в 1937 г. В основу карты легли многочисленные первоисточники, в том числе зарубежные (карты Г. Штремме, К. Ф. Марбута, Дж. Тор-па, Дж.А.Прескотта, А.Маттеи и др.); в отличие от предыдущих карт она отличалась большей полнотой и конкретностью. Впервые систематическому разделению подверглись горные почвы, ранее не расчленявшиеся. ^ Это тридцатилетний послевоенный период, характеризовавшийся интенсивным исследованием почвенного покрова бывших колоний и полуколониальных территорий Азии, Африки и Латинской Америки. Новый фактический материал дал реальную основу для более строгого анализа мировой географии и систематики почв. В Почвенном институте им. В. В.Докучаева проводились работы под руководством Л. И. Прасолова по составлению почвенных карт отдельных материков в более крупных масштабах, которые были закончены под руководством И. П. Герасимова в 1955 —1956 гг. созданием новой почвенной карты мира в масштабе 1: 20 000 000. В 1964 г. все новые материалы о почвах были обобщены в серии почвенных карт в физико-географическом атласе мира, составленных коллективом почвоведов под общей редакцией И. П. Герасимова и Н.Н.Розова. Карты континентов и общая сводная карта созданы по единой системе, однотипно оформлены и строго увязаны с остальными физико-географическими картами атласа. В основе классификации лежал разработанный Е.Н.Ивановой и Н.Н.Розовым (1956) географо-генетический или эколого-генетический подход. В легенде все типы почв объединены в три большие группы: зональные, интразональные и горные. Впервые по инициативе и при активном участии советских почвоведов был учрежден при посредстве ФАО и ЮНЕСКО международный проект создания почвенной карты мира. Работы по составлению карты были начаты в 1960 г. и закончены в 1978 г., когда были-опубликованы последние листы карты в масштабе 1: 5 000 000. В 1975 г. В. А. Ковда и Е. В.Лобова с соавторами на основе собственного анализа почвенного покрова мира составили карту в масштабе 1:10 000 000 с легендой по генетико-геохимическому принципу. Под редакцией М.А. Глазовской и В-М.Фридланда в 1982 г. опубликована почвенная карта мира (для высших учебных заведений) в масштабе 1:15 000000, на которой впервые были показаны различные по генезису и геометрии структуры почвенного покрова мира. Особое место в изучении географии почв нашей страны занимает Государственная почвенная карта в масштабе 1:1 000 000, в листах которой охвачена территория всей страны. Карта создана Почвенным институтом им. В. В.Докучаева по листам международной разграфки. Первые листы этой карты вышли в свет еще в 50-е годы XX в. Государственная почвенная карта служит основным материалом для учета почвенных ресурсов и планирования различных мероприятий по использованию почв и повышению их плодородия в общегосударственном и республиканском масштабах. ^ |