Генезис и морфологическое строение подзолистых почв

Согласно традиционной точке зрения подзолистые почвы формиру­ются путем оподзоливания, т.е. кислотного гидролиза первичных и вторичных минералов в элювиальном (подзолистом) горизонте с выносом продуктов гидролиза в иллювиальный горизонт, а частично - в грунто­вые воды и гидрографическую сеть. В наибольшей степени выносу под­вергаются щелочи, щелочноземельные элементы и кремний (относи­тельно накапливается лишь кварц) - они выносятся за пределы профи­ля; значительная часть освобождающихся соединений железа и алюми­ния осаждается в иллювиальном горизонте, обычно вместе с гумусовы­ми кислотами.

Механизм этого процесса разными авторами трактуется различно. К.К. Гедройц (1920) полагал, что главным агентом оподзоливания явля­ется водородный ион, который появляется либо в результате диссоциа­ции воды, либо при диссоциации угольной кислоты при насыщении диоксидом углерода воды, просачивающейся через почву. Воздействуя на кристаллическую решетку минералов, водородный ион постепенно разрушает её, переводя в раствор соответствующие ионы. При этом образуются коллоидные золи SiO₂, А1₂0₃, Ре₂O₃, гуматов, пептизируемые водородным ионом и выносимые вниз по профилю. Ниже по профилю реакция почвы становится менее кислой, и золи коагулируют, давая на­чало иллювиальному горизонту.

Слабое место гипотезы К.К. Гедройца заключается в следующем:

1) источник свободного иона водорода - ни чистая вода, ни вода, на­сыщенная СO₂ при обычных условиях, не дают столь высокой концен­трации водородного иона, которая необходима для гидролиза минера­лов и поддержания низкого рН среды;

2) пептизирующая роль иона водорода - как правило, он коагулирует коллоиды, а не наоборот.

А.А. Роде (1937) выдвинул гипотезу, согласно которой свободный ион водорода может появляться в среде в больших количествах в ре­зультате выделения корнями растений при обменном поглощении ка­тионов в процессе минерального питания.

Н.П. Ремезов (1948) выдвинул гипотезу о соответствующей роли иона аммония, освобождающегося якобы в больших количествах в поч­ве в процессе аммонификации и являющегося пептизирующим агентом в отношении коллоидных золей. Однако эта гипотеза не может быть принята, так как если ион аммония и пептизирует коллоиды, то, во-первых, его нет в условиях сильнокислой среды подзолистых почв (он быстро уходит в процессе денитрификации или поглощается обменным комплексом), во-вторых, он не способен гидролизовать минералы.

Оригинальная концепция подзолообразования была предложена В.Р. Вильямсом (1947). Он считал, что оподзоливание - результат био­химических процессов. По мнению Вильямса, в лесной подстилке идет грибной аэробный процесс разложения, продуктом которого является «креновая кислота», которая, воздействуя на минералы почвы при про­сачивании водных растворов, разрушает их и образует «кренаты» металлов. Продвигаясь вниз, «кренаты» постепенно встречают анаэроб­ную зону и восстанавливаются в «апокренаты», которые нерастворимы и выпадают в осадок, образуя иллювиальный горизонт. Эта гипотеза хотя и не была подтверждена экспериментально, все же привлекла вни­мание ученых к самой роли органических продуктов микробных про­цессов в подзолообразовании. Наиболее полно этот подход был развит позднее В.В. Пономаревой.

Согласно исследованиям В.В. Пономаревой (1950, 1951, 1956, 1964), В.В. Пономаревой, Т.А. Плотниковой (1980), главными факторами в генезисе подзолистых почв являются следующие:

1) бедность растительного опада зольными элементами питания и азотом;

2) пониженные температуры и промывной водный режим;

3) особенность биохимических превращений растительных остатков, а именно: замедление микробной деятельности, преобладание грибного кислотообразующего разложения, консервация лесного опада в виде подстилки, продуцирование в подстилке и усиленное вымывание из нее в почву водорастворимых гумусовых кислот (преимущественно фульвокислот) и простых низкомолекулярных органических кислот неспе­цифической природы.

Продуцируемые в подстилке органические кислоты, попадая с про­сачивающимся раствором в лежащую под ней минеральную толщу, реа­гируют с составляющими ее первичными и вторичными минералами. При этом, во-первых, происходит разрушение, кислотный гидролиз ми­нералов и мобилизация имеющихся в породе свободных полуторных оксидов, а во-вторых, имеет место осаждение сразу под подстилкой крупномолекулярных фракций гумусовых кислот, прежде всего бурых гуминовых кислот, связанных с полуторными оксидами, и в очень ма­лой степени черных гуминовых кислот, связанных с кальцием. Так формируется гумусовый горизонт ОА, А или АЕ.

Более низкомолекулярные фракции органических кислот, включая ненасыщенные фульвокислоты, просачиваются ниже и формируют элювиальный (подзолистый) горизонт Е. Продукты разрушения мине­ралов горизонтов А и Е выносятся вниз и осаждаются вместе с выноси­мыми сюда же в неразрушенном состоянии илистыми и пылеватыми частицами, формируя иллювиальный горизонт В_t,_f,_al. Весь почвенный профиль представляет собой своеобразную хроматографическую ко­лонку, в которой органические органоминеральные и минеральные компоненты фракционируются в соответствии со своей подвижностью, в основе ее лежат различная подвижность и агрессивность гумусовых кислот.

Описанный механизм образования подзолистых и дерново-подзолистых почв характерен для однородных суглинистых почв. На бедных песках в этих условиях образуется подзол, а на двучленных по­родах процесс идет более сложно, сочетаясь с псевдооглеением.

По данным В.В. Пономаревой, процесс разложения минералов под действием гумусовых кислот идет не только в подзолистом горизонте, но и во всем профиле, что также подтверждено А.А. Роде, причем главным остаточным продуктом разложения минералов является глинозем, а кремнезем, основания и частично железо выносятся за пределы профиля.

Таким образом, проблема подзолообразования является одной из са­мых дискуссионных. Большая часть ученых рассматривают подзолооб­разование как результат разрушения минералов, содержащихся в гори­зонте А₂, агрессивными фульвокислотами. В соответствии с этими представлениями фильтрующиеся почвенные растворы выносят про­дукты разрушения из горизонта А₂, который в результате этого обес­цвечивается, в горизонт В, где происходит их осаждение. Противники этой гипотезы отмечают наличие в горизонте А₂, как и во всем профиле, мелких обломков совершенно свежих минералов, в том числе и неус­тойчивых к выветриванию. Это указывает на то, что при подзолообра­зовании энергичного распада минералов не происходит.

Наряду с процессом оподзоливания в генезисе подзолистых почв при­нимают участие такие процессы, как лессиваж и элювиально-глеевый процесс. Сущностью лессиважа (обезыливания) является вынос илистых частиц вниз по профилю без их разрушения. Большинство зарубежных исследователей главную роль в дифференциации профиля подзолистых почв отводят именно процессу лессиважа.

С.П. Ярков (1954), И.С. Кауричев (1968), Ф.Р. Зайдельман (1974) считают причиной обесцвечивания горизонта А₂ не разрушение мине­ралов и их вынос, а сезонное оглеение верхней части почвенного про­филя (элювиально-глеевый процесс). В условиях избыточного поверх­ностного увлажнения оксиды трехвалентного железа переходят в под­вижную форму двухвалентного железа и мигрируют вниз по профилю. Часть этих подвижных соединений остается в сфере горизонта А₂ и по мере поступления кислорода и изменения окислительно-восстано­вительной обстановки выпадает в осадок в виде мелких конкреций ок­сида. Такие процессы особенно характерны для почв северной тайги. В связи с сезонным переувлажнением большинство подзолистых почв в верхней части профиля слабо оглеено, особенно в пределах элювиального горизонта Е над уплотненным иллювиальным горизонтом В, по­скольку весной и осенью здесь имеет место застой воды и даже образо­вание горизонта верховодки.

Таким образом, периодическое сезонное переувлажнение и слабая поверхностная глееватость, как правило, всегда сопровождают оподзоливание или являются его условием. Переменный окислительно-восстановительный режим приводит к чередованию мобилизации и им­мобилизации свободных соединений железа и марганца, часто в виде органоминеральных соединений, их сегрегации в форме небольших ортштейнов, сгустков, точечных скоплений. Особенно много их в ниж­ней части подзолистого горизонта Е.

Ф.Р. Зайдельман (1974) считает оподзоливание частным случаем процесса оглеения.

В подзолистых почвах (подтип дерново-подзолистые), формирую­щихся под лесами с наличием травянистого покрова, протекает дерно­вый процесс, приводящий к формированию более мощного гумусового горизонта, поскольку при разложении опада травянистых растений об­разуется больше гуминовых кислот.