Факторы почвообразования в условиях таежно-лесной зоны

Факторы почвообразования в условиях таежно-лесной зоны

      Огромный пояс таежных лесов распадается на несколько крупных почвенных областей. В пределах России по схеме почвенно-географического районирования таежно-лесной пояс по биоклиматическим особенностям разделяют на следующие три области: 1) Европейско-Западно-Сибирскую таежно-лесную, объединяющую восточно-европейскую и западно-сибирскую тайгу; 2) Восточно-Сибирскую мерзлотно-таежную, расположенную к востоку от Енисея; 3) Дальневосточную таежно-лугово-лесную, охватывающую Камчатку, Сахалин и район нижнего течения Амура.

      За пределами России почвенный покров таежно-лесной зоны также неоднороден. В Западной Европе поверхностно-глеево-подзолистые почвы и иллювиально-гумусовые подзолы расположены на севере Фенноскандии. Иллювиально-железистые подзолы и подзолистые почвы находятся южнее. В северной части Канады и на Аляске распространены кислые бурые таежные почвы.

      Почвообразующие породы представлены четвертичными отложениями, среди которых преобладают разнообразные по гранулометрическому составу ледниковые, озерно-ледниковые и аллювиальные отложения. В Западных районах встречаются лессовидные карбонатные суглинки. Характерная черта почвообразующих пород - завалуненность и бескарбонатность.

      Растительность таежно-лесной зоны разнообразна: от хвойных лесов до суходольных и пойменных трав. Широко распространены болотные растительные группировки.

      В таежно-лесной зоне протекают процессы почвообразования: подзолистый, дерновый, болотный.

      Их развитие в чистом виде или в сочетании одного с другими привело к формированию типов почв. Подзолистые почвы формируются в результате подзолообразовательного процесса, который ярко и в чистом виде протекает под хвойными лесами.

      Подзолообразовательный процесс - это разрушение первичных и вторичных минералов в верхней части профиля в условиях кислой реакции с последующим вымыванием продуктов разрушения в нижнюю часть горизонта и в грунтовые воды. Для его развития необходимо два условия: промывной тип водного режима и отсутствие карбонатов кальция в зоне разрушения минералов.

      Основными факторами этого процесса являются ФК и низкомолекулярные органические кислоты, образующиеся при разложении органических остатков. Большая часть их вступает в контакт с почвами и взаимодействует с минеральной частью. ФК и низкомолекулярные кислоты реагируют с общим Ca и Mg, и свободными формами Fe и Al, образуя растворимые в воде соли, которые вымываются вниз. ППК вследствие этого насыщается Н- и становится ненасыщенным основанием, постепенно осветляясь и приобретая белесый вид.

      Далее кислые продукты разрушают глинистые минералы, первичные минералы (слюды). Образуются фульваты, которые вымываются вниз. Нерастворимые соединения остаются в верхней части профиля и придают белесый цвет горизонтам. Часть вымываемых веществ закрепляется ниже подзолистого горизонта, формируется иллювиальный горизонт. Другая часть достигает грунтовых вод и уходит за пределы профиля.

      Определенное участие принимает и лессиваж - перемещение илистых частиц из верхнего горизонта в нижний, без предварительного разрушения. В результате сочетания процессов разрушения и выноса веществ формируется подзолистая почва, имеющая определенное строение и характерные для нее химические и физические свойства

Интразональные  почвы таёжно-лесной зоны

      Дерновые почвы являются интразональными, обладают высоким плодородием, встречаются на всем протяжении южнотаежной подзоны таежно-лесной зоны (от Ленинградской области до Камчатки и Курильских островов), а также в зоне серых лесных почв. Их общая площадь более 9 млн га.  
                                 УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ И ГЕНЕЗИС  
      Дерновые почвы образовались под преобладающим влиянием дернового почвообразовательного процесса, с развитием элементов элювиального процесса, в основном на карбонатных породах. Наиболее существенной особенностью дернового процесса являются накопление гумуса, питательных для растений веществ и создание водопрочной структуры в верхнем горизонте. Все эти признаки отчетливо выражены в профиле дерновых почв. На примере этих почв хорошо отразилась роль карбонатности материнских пород в таежно-лесной зоне, препятствующая подзолистому процессу и определяющая активное течение гу му сово - аккумулятивно го процесса, даже под лесом.

      В автоморфных условиях только после выщелачивания карбонатов появляется возможность течения подзолистого процесса. Карбонатные породы, на которых сформировались дерновые почвы, разнообразны: морские пермские буровато-красные и малиновые карбонатные глины и тяжелые суглинки, элювий и делювий известняков, доломитов, мергелей, известковистые песчаники и ДР-  
      Дерновые почвы образовались также на некарбонатных породах, например на покровных суглинках и глинах, если они располагались на шлейфах и нижних частях плохо дренированных склонов, находящихся под влиянием жестких делювиальных или по-чвенно-грунтовых вод. При этом развивалось оглеение почв. Дерновые почвы сформировались также на породах с большим количеством силикатных форм кальция и магния, богатых железом.  
                              СТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ  
       Несмотря на особенности строения профилей различных дерновых почв, они имеют следующие общие признаки: хорошо выраженный гумусовый горизонт комковато-зернистой структуры и, как правило, наличие на той или иной глубине карбонатов. Основными отличительными чертами профиля некоторых дерновых  почв являются признаки оподзоленности и глееватости.  
      Для примера рассмотрим профиль целинной дерновой авто-морфной почвы. Сверху выделяется лесная подстилка или дернина 2—7 см. Под ней залегает гумусовый (дерновый) слой серого, темно-серого, коричневато-серого цвета, комковато-зернистой структуры, ниже располагается неравномерно окрашенный гумусовый горизонт, иногда с белесоватой кремнеземистой присыпкой, еще ниже — иллювиальный, свободный от карбонатов горизонт, который резко переходит материнскую породу или в рухляковую породу известняков, мергелей или доломитов.  
Классификация дерновых почв:  
Дерново-карбонатные  
Дерновые литогенные  
Дерново-глеевые  
Дерново-карбонатные типичные Известковые силикатно-  
известковые 
Дерново-карбонатные оподзоленные  
Дерновые насыщенные Дерновые кислые Дерновые оподзоленные  
Дерново-поверхностно-глееватые Дерново-грунтово-глееватые Перегнойные поверхностно-глеевые Перегнойные грунтово-глеевые  
Карбонатные; насыщенные; оподзоленные  
Дерновые почвы подразделяют на виды по содержанию гумуса и мощности гумусового горизонта: перегнойные — гумуса более 12%, многогумусные — 5—12, среднегумусные — 3—5, малогу-мусные —менее 3%; маломощные — менее 15 см, среднемощ-ные — более 15 см; по степени смытости — на слабо-, средне- и сильносмытые.  
         СОСТАВ, СВОЙСТВА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ДЕРНОВО-КАРБОНАТНЫЕ ПОЧВЫ  
      Строение профиля и генезис. Дерново-карбонатные почвы образовались на карбонатных породах, обычно на повышенных элементах рельефа, в автоморфных условиях. Особенности валового химического состава дерново-карбонатных почв в том, что в верхних генетических горизонтах содержится больше полутораоксидов железа и алюминия, а также магния по сравнению с дерново-подзолистыми и серыми лесными. Процессы почвообразования и выветривания привели к увеличению валового содержания SiO2 в профиле дерново-карбонатных почв (до 65—75 % в пахотном слое), сформировавшихся на основных по содержанию SiO2, породах с количеством SiO2 54—60 %. В профиле почв отмечен вынос элементов.  
      Валовых микроэлементов в этих почвах больше, чем в дерново-подзолистых и серых почвах, а подвижных — в 2 раза и более, чем в дерново-подзолистых почвах. Коэффициенты накопления валовых количеств бора, меди, кобальта, марганца и других положительные, что в большой степени связано с влиянием «геохимического карбонатного барьера».  
      Дерново-карбонатные типичные почвы (рендзины) имеют маломощный профиль, сформировались на элювии известковых пород; на поверхности, в дерновом и пахотном горизонтах содержатся обломки этих пород. Это характеризует почвы как каменистые и неудобные для земледелия. Неэродированные почвы — многогу-мусные, имеют реакцию, близкую к нейтральной (pHKci 6—7), высокую степень насыщенности основаниями (преобладает 95— 98 %), отличаются неустойчивым водным режимом.  
      Дерново-карбонатные выщелоченные почвы являются лучшими среди дерново-карбонатных почв. Профиль их хорошо сформирован, но его мощность часто не превышает 80 см; карбонаты находятся с глубины 40—60 см и ниже. Почвообразующими породами являются обычно карбонатные глины. Неэродированные почвы много- и среднегумусные; гумус фульватно-гуматный; реакция пахотного слоя практически некислая (рНКС1 5,5—6); сумма обменных оснований 25—35 мгэкв; степень насыщенности основаниями 80—95 % и выше. Преобладает среднее содержание подвижного фосфора, среднее и повышенное — калия.            Дерново-карбонатные выщелоченные (и типичные) почвы имеют довольно хорошее структурное состояние; в пахотном горизонте водопрочных агрегатов диаметром более 0,25 мм содержится 55—70 %.  
      Дерново-карбонатные оподзоленные почвы приближаются по своим свойствам к дерново-слабоподзолистым почвам. Профиль хорошо развит, мощность его около 130 см. Под гумусовым слоем — горизонт с признаками оподзоленности (с белесой кремнеземистой присыпкой), с заметной выраженностью иллювиального процесса в горизонте В; карбонаты находятся на глубине около 1 м. По содержанию гумуса почвы среднегумусные, гумус гуматно-фуль-ватный и фульватно-гуматный; реакция практически некислая, но встречаются слабо- и среднекислые почвы, нуждающиеся в известковании. Сумма обменных оснований в верхнем гумусовом слое в среднем 20—25 мг-экв, степень насыщенности основаниями 80—95 %. По содержанию подвижных фосфора и калия мало отличаются от других подтипов дер ново-карбонатных почв.  
      Почвенные режимы дерново-карбонатных почв. Они близки к режимам зональных почв, среди которых встречаются. В находящихся под лесом дерново-карбонатных почвах южнотаежной подзоны проявляется промывной тип водного режима, а под пашней — периодически промывной; на пашне почвы прогреваются гораздо лучше; процесс нитрификации под лесом подавлен, при распашке почв он быстро активизируется.  
      В дерново-карбонатных почвах более высокая микробиологическая и ферментативная активность, чем в дерново-подзолистых. Общая концентрация почвенных растворов пахотных дерново-карбонатных почв, содержание ионов Ca2+, Mg2+, K+ ниже, чем в дерново-подзолистых почвах, вследствие более высокой катион-ной емкости поглощения и низкой кислотности.  
      Использование. Дерново-карбонатные выщелоченные и оподзоленные почвы являются наиболее плодородными в типе дерново-карбонатных почв, но если в результате земледельческого использования их плодородие не сохранять, то оно быстро утрачивается. На пахотных землях в связи с прекращением ежегодного природного поступления в почву отмершего растительного органического вещества необходимо вносить органические удобрения в дозе не ниже 10 т/га (в среднем ежегодно) во избежание уменьшения содержания гумуса. Учитывая, что дерново-карбонатные почвы, как правило, располагаются на повышенных элементах рельефа и сильно подвержены водной эрозии, содержание гумуса в их пахотном слое за 15—20 лет в некоторых районах уменьшилось на 0,9 % (в абсолютных процентах).  
      Весной дерново-карбонатные почвы быстро пересыхают, поэтому нельзя упускать состояние спелости почв по влажности и необходимо своевременно проводить предпосевную обработку поля, тем более вспашку или глубокое рыхление глинистых и тяжелосуглинистых почв, иначе это приведет к образованию больших глыб на поверхности пашни, трудно разрушаемых последующим боронованием.  
       В комплексе агроприемов для дерново-карбонатных почв особую значимость имеют почвозащитная обработка и мероприятия по сохранению влаги. Чрезвычайно большой вред причиняет возделывание на дерново-карбонатных почвах пропашных культур с расположением гребней или гряд вдоль склона. Известковать почвы, как правило, не требуется, но иногда это необходимо. Внесение NP-удобрений обязательно. Дерново-карбонатные почвы целесообразнее использовать под ценные зерновые культуры (пшеницу и др.), а также под бобовые (горох, клевер и др.).  
      Дерново-литогенные почвы наиболее распространены в Средней Сибири. Они образовались на породах, содержащих много силикатных форм кальция и магния, на элювии пород, богатых железом, в условиях слабого выноса продуктов почвообразования и выветривания из-за относительно небольшого количества осадков, позднего оттаивания сезонной мерзлоты и близкого залегания многолетнего мерзлого грунта.  
Профиль почв по валовому составу относительно однороден. Гумуса содержится от 2 до 9 %, с глубиной его количество быстро уменьшается; реакция близка к нейтральной.  
Лучшими в типе дерново-литогенных почв являются дерновые насыщенные. При достаточной мощности гумусового слоя они близки по плодородию к дерново-карбонатным выщелоченным.  
      Дерново-глеевые почвы образовались на шлейфах склонов и сла-бодренированных нижних частях склонов, переувлажняемых богатыми кальцием (жестких) делювиальными и почвенно-грунтовыми водами. Вследствие переувлажненности они имеют неблагоприятный воздушный режим. Обладая высоким плодородием, нуждаются в регулировании водного режима. Почвы содержат большое количество гумуса (10—15 %), характеризуются высокой катионной емкостью поглощения (30—40 мг - экв.), высокой насыщенностью основаниями (до 95 %), реакцией, близкой к нейтральной. Дерново-глеевые почвы успешно используют для возделывания овощных культур.  
      На склонах, дренированных овражно-балочной сетью, дерново-глеевые почвы не встречаются. Здесь сформировались серые лесные почвы. На это обратил внимание И. В. Тюрин (1935), изучая генезис серых лесных почв Чувашии. Он пришел к выводу, что образование серых лесных почв Чувашии связано с эволюцией почв типа дерново-глеевых в результате изменения их водного режима. Эта теория подтвердилась для всего предуральского региона (Ковриго, Вараксин), отличающегося общностью происхождения и свойств четвертичных и коренных осадочных пород, и объясняет повышенную гумусность серых лесных почв по сравнению с аналогичными почвами центральных и особенно западных районов северной лесостепи.

Классификации почв по гранулометрическому  составу

В настоящее  время получили распространение  два основных принципа построения классификаций:

• На основании содержания физической глины с учётом доминирующей фракции и типа почвообразования. Создана Н. А. Качинским и принята в России.
•    На основании относительного содержания фракций песка, пыли и глины по Аттербергу. Международная классификация, классификации общества почвоведов (SSSA) и общества агрономов (ASSA) США Для определения названия почвы используют треугольник Ферре.

 Треугольник Ферре

Однозначного  перехода от одной классификации  к другой не существует, однако используя  кумулятивную кривую выражения результатов  гранулометрического состава можно  назвать почву по обеим классификациям.

Влияние гранулометрического  состава на свойства почв и пород

      Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь — большие величины ёмкости катионного обмена, водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую порозность. Тяжёлые почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие — с водным режимом.

      Разные фракции обычно представлены различными минералами. Так, в крупных преобладает кварц, в мелких — каолинит, монтмориллонит. По фракциям различается способность образовывать с гумусом органоминеральные соединения. 

Физико-химическая способность почв. Влияние поглощенных  катионов водорода, натрия, кальция на свойства почв.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность  имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.

      Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).

      Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.

       В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са ²⁺ , Mg²⁺ , Н ⁺ , А1³⁺ , Na⁺ , K⁺ , NH₄⁺ и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.

      Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.

      Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH₄Cl, NH₄N0₃ и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.

      Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор: (ППК)Са + 2KCl « (ППК) ^K_K + СаСl₂; ППК)Са + NH₄N0₃ « (ППК) ^NH_{4 NH4}

      В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие — из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.

      При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации — с увеличением объема раствора вытесняющей соли.

      Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.

      Емкость поглощения и состав поглощенных катионов у разных почв. Разные почвы содержат неодинаковое количество способных к обмену поглощенных катионов. Общее содержание в почве всех обменно-поглощенных катионов называется емкостью поглощения. Она обозначается буквой Т и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Например, если в 100 г почвы в поглощенном состоянии содержится 200 мг Са²⁺ , 24 мг Mg²⁺ и 9 мг NH₄⁺ , то емкость поглощения этой почвы будет равна; 200/20+24/12+9/18=12.5 мэкв на 100 г (где 20—эквивалентная масса кальция, 12 — магния, 18 — аммония).

      Величина емкости поглощения характеризует поглотительную способность почв. Она зависит от механического и минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Почвы с малым количеством коллоидной фракции (песчаные и супесчаные) имеют невысокую емкость поглощения. Чем больше в почве минеральных и органических коллоидных частиц, тем выше ее поглотительная способность. У глинистых и суглинистых почв емкость поглощения больше, чем у песчаных и супесчаных. Более богатые органическим веществом черноземные почвы отличаются значительно более высокой емкостью поглощения (30—60 мэкв на 100 г), чем подзолистые почвы и сероземы (10—15 мэкв на 100 г).

      Поглотительная способность почвы оказывает большое влияние на превращение в ней минеральных удобрений, определяет степень подвижности их в почве. На почвах с малой поглотительной способностью (песчаных и супесчаных) при внесении легкорастворимых удобрений возможно вымывание питательных веществ и излишнее повышение концентрации раствора, поэтому азотные и калийные удобрения на таких почвах лучше вносить небольшими дозами и незадолго до посева. На почвах с высокой поглотительной способностью вымывания питательных веществ и избыючного увеличения концентрации раствора не происходит.

      Разные почвы отличаются не только по общей емкости поглощения, но и по составу поглощенных катионов.

      В большинстве почв в составе поглощенных катионов преобладает Са²⁺, второе место занимает Mg²⁺ и в значительно меньших количествах находятся К⁺ и NH₄⁺. Сумма Са²⁺и Mg²⁺ обычно составляет около 90% общего количества обменно-поглощенных катионов. В кислых почвах (подзолистых и красноземах) среди поглощенных катионов значительную часть занимают Н⁺ и А1³⁺ , а в солонцовых почвах — Na⁺ Состав поглощенных катионов оказывает большое влияние па свойства почвы и условия роста растений. Кальций коагулирует органические и минеральные коллоиды. Поэтому преобладание в составе поглощенных катионов Са²⁺, например на черноземах, способствует поддержанию прочной структуры и обусловливает хорошие физические свойства почвы. Насыщение почвы натрием (у солонцовых почв) вызывает пептизацию коллоидов, что приводит к их вымыванию, разрушению структурных агрегатов и ухудшению физических свойств почвы (плотное сложение, вязкость и т. д.). Кроме того, при наличии натрия в почвенном поглощающем комплексе происходит вытеснение его в раствор в обмен на другие катионы с образованием соды, что вызывает щелочную реакцию раствора, неблагоприятную для развития растений: (ППК) ^Na _Na + Са(HСO₃)₂ - (ППК) Са + 2 Na HC O₃