Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

ному простиранию (юг Северной Америки, южные области Южной Америки, западная Австралия).

Сейчас используется более универсальный термин и соответ- ствующее ему понятие «горизонтальная зональность» почв, т. е. полосчатое расположение почвенных ареалов на равнинах, которые могут иметь и широтное, и субмеридиональное, и даже меридио- нальное простирание. И во всех этих случаях, если речь идет о био- климатической зональности почв, конфигурация и направление почвенных зон обусловливается характером пространственных из- менений гидротермических условий.

2. Вертикальная почвенная зональность. Учение о почвенной зональности было распространено В. В. Докучаевым и на горные территории. На основании изучения им почвенного покрова Кавка- за он установил закон вертикальной почвенной зональности: «по

мере поднятия от уровня моря до вершин высоких гор наблюдается ряд вертикальных почвенных зон, последовательно сменяющих од- на другую, как при движении от экватора к полюсам».

Так как с высотой местности закономерно меняются климатиче- ские условия, растительный и животный мир, то соответственно этим изменениям меняются и типы почв. Докучаев полагал, что смена вертикальных почвенных зон аналогична горизонтальной зо- нальности почв от экватора к полюсам. Но работами С. А. Захарова было установлено, что простая схема вертикальной зональности в действительности сильно и часто нарушается:

-отмечаются частые случаи «интерференции» (выклинивания и выпадания) отдельных почвенных зон. Например, в южном Закав- казье между поясами сухой степи (каштановыми) и горно-луговыми почвами нет горных черноземов и горно-лесных почв;

-наблюдается «инверсия» почвенных зон, которая выражается в «неправильном», обратном распределении почвенных зон. Напри- мер, в Южном Закавказье в Лорийской степи горные черноземы залегают выше горно-лесных почв.

По мере накопления материалов о почвах горных территорий Средней Азии, Алтая, Южной и Восточной Сибири, Северной Аме- рики выяснилось, что состав вертикальных почвенных зон и струк-

тура зональности сложны и разнообразны и не всегда подчиняются единой схеме почвенных зон от более теплых и сухих к более хо- лодным и влажным. Выяснилось, что состав и структура почвенных вертикальных зон зависит от положения:

51

а) данной горной страны в системе географических поясов; б) в пределах пояса в различных секторах увлажнения (приокеа-

нических и континентальных).

3. Закономерность провинциальности (фациальности) поч-

венного покрова – это проявление региональных закономерностей в распространении почв. В пределах почвенно-климатических поя- сов климатические условия не строго определены. В зависимости от влияния океанов, крупных горных барьеров на пути движения воз- душных масс образуются местные (фациальные) особенности кли- мата, влияющие на внутризональное подразделение почв. В зависи- мости от местных климатических, геоморфологических и других условий, почвенные зоны подразделяются на провинции. Почвенная провинция – часть почвенной зоны, существенно отличающейся от

других частей по температурному режиму почв и сезонному ходу увлажнения.

В 1916 г. Л. И. Прасолов впервые выделил в пределах чернозем- ной зоны провинции (фации) приазовских (предкавказских) черно- земов. Явление провинциальности (фациальности) было в дальней- шем изучено и теоретически обобщено И. П. Герасимовым. В 1945 г. он сформулировал закон провинциальности: «Местные провинци- альные (фациальные) особенности климата обусловлены, в основ- ном, местными термодинамическими атмосферными процессами,

определяют во многих частях географических поясов радикальное осложнение горизонтальной (широтной) зональности и способ- ствуют формированию особых типов почв и индивидуальных зако- номерностей их географического распределения».

Почвенная провинция – это часть почвенной зоны, отличающаяся

специфическими особенностями подтипов и типов почв и условий почвообразования. Например, в черноземной зоне выделяются 7 про- винций. Черноземы Украинской провинции характеризуются боль- шой мощностью гумусовых горизонтов, но пониженной гумусно- стью. Черноземы Нижнекамской провинции характеризуются малой мощностью гумусовых горизонтов и высокой гумусностью. Черно- земы Окско-Донской провинции занимают промежуточное положе- ние. Все эти свойства черноземов тесно связаны с общеклиматиче- скими условиями территории и гидротермическим режимом почв.

4. Закон аналогичных топографических рядов почв

(С. А. Захаров) – закономерность распределения почв по элементам

52

мезо- и микрорельефа. Распределение почв по элементам рельефа во всех почвенных зонах имеет аналогичный характер:

-на возвышенностях залегают автоморфные почвы (генетически самостоятельные), которым свойственна аккумуляция мало по- движных продуктов почвообразования;

-в пониженных элементах рельефа (шельфы склонов, днища ни- зин и западин) расположены полугидроморфные и гидроморфные почвы (генетически подчиненные) с аккумуляцией подвижных про- дуктов почвообразования в своем профиле;

-на склоновых элементах рельефа залегают переходные почвы, в

которых по мере приближения к отрицательным формам рельефа возрастает аккумуляция подвижных веществ.

Распределение почв по конкретной территории в соответствии с законом аналогичных топографических рядов часто осложняется сменой пород и других местных условий. Закономерности мезо- и микроструктуры почвенного покрова имеют весьма важное практи- ческое значение.

Почвы арктической и тундровой зон

Обширная территория северной части России подразделяется на две зоны: арктическую (пустынно-тундровую) и субарктическую зону тундровых почв.

Климат тундры холодный и суровый. Средняя годовая темпера- тура колеблется от 0,2 °С на западе (Кольский полуостров) до - 8 °С–16 °С в азиатской части (Восточная Сибирь). Сумма темпера- тур выше 10 °С составляет 400–600 °С. Продолжительность перио- да с температурой выше 5° колеблется от 37 до 90 дней. Среднего- довое количество осадков (с летним максимумом) составляет 300 мм, на западе (Кольский полуостров) – 400 мм, в Восточной Сибири – 140–160 мм. Для тундры характерны слабая испаряемость и высо- кая относительная влажность воздуха летом. Это область распро- странения многолетней мерзлоты, которая распространяется вглубь от 100–130 м (Канинско-Печорская тундра) до 400–600 м (Северо- Сибирская тундра). За короткое лето оттаивает небольшой поверх- ностный слой земли – от 0,5 до 1,5 м.

Рельеф тундры преимущественно равнинный, но встречаются типичные горные формы (Хибины, Полярный Урал, Чукотка и др.) и замкнутые, понижения, занятые болотами и озерами. Мерзлотные

53

явления (трещинообразование, пучение, солифлюкция, теркокарст) формируют особые формы микрорельефа – полигональные формы

ибугры. На тундровых водоразделах микрорельеф пятнисто- мелкополигональный и бугорковатый. На болотных низменных равнинах – крупнополигональный и крупнобугристый.

Почвообразующие породы. На равнинах почвообразующие по- роды представлены моренными, водно-ледниковыми и аллювиаль- ными наносами. На морских террасах отложены засоленные поро- ды. В горных районах залегают элювиально-делювиальные отложе- ния коренных горных пород.

Растительность. В тундре отсутствуют леса. Слово «тундра» на финском языке обозначает «безлесное пространство». По составу растительности субарктическая зона тундры подразделяется на под- зоны: северную – мохово-лишайниковую, южную – кустарниковую

илесотундру.

Почвообразовательный процесс протекает в условиях пере-

увлажнения и недостатка тепла. Медленный темп биологического круговорота веществ, замкнутый водный и солевой режимы явля- ются особенностью почвообразования в тундре. Анаэробное разло- жение органического вещества в условиях переувлажнения приво-

дит к созданию торфа и развитию восстановительных процессов в минеральной части почвы с образованием глея. Для почвенного профиля тундровых почв характерна маломощность (от 30–60 см до

1 м).

Классификация и свойства тундровых почв. Основные почвы тундры – тундровые глеевые. В их профиле выделяются следующие генетические горизонты:

Ао – оторфованная подстилка;

A1 – маломощный грубо-гумусовый слой мощностью 2–6 см (ча- сто несплошной);

G – глеевый горизонт, серый или голубовато-серый с ржавыми пятнами;

С – почвообразующая порода.

В тундре, особенно в ее южной части, широко распространены болотные почвы, представленные преимущественно низинными торфяниками.

Большинство почв тундры в верхних оторфованных горизонтах имеют кислую и сильнокислую реакцию, величина гидролитиче-

54

ской кислотности достигает 3–4 мг-экв на 100 г почвы. Степень насыщенности почв основаниями составляет 20–70 %. Содержание грубого гумуса колеблется от 2 до 7,5 %. Они бедны элементами питания.

Тундра – основная кормовая база северного оленеводства. В этой зоне 75,6 % территории занято оленьими пастбищами, 5 % – лесами и кустарниками 9,4 % – болотами и 10 % – неудобными землями.

Развитие промышленности и увеличение населения в районах Крайнего Севера выдвигают задачи по развитию интенсивного зем- леделия для получения свежих мясомолочных продуктов и выра- щивания картофеля, овощей в закрытом и открытом грунтах.

При освоении и использовании почв тундры следует применять комплекс мероприятий, направленный на усиление активности био- химических процессов, улучшение аэрации, теплового и питатель- ного режимов. Необходимо вносить высокие дозы органических

удобрений в сочетании с минеральными при их систематическом применении, в посевах использовать скороспелые и холодоустой- чивые сорта сельскохозяйственных культур.

Почвы таежно-лесной (подзолистой) зоны

Таежно-лесная зона самая обширная по площади, простирается в широтном направлении от западных границ России до восточ- ных – побережий Охотского и Японского морей. Примерно 65 % площади зоны приходится на равнины, 35 % располагается в гор- ных областях. На севере она граничит с тундрой и лесотундрой, на юге с зоной смешанных лесов. В связи с различными термически- ми условиями и увлажнением таежно-лесную зону подразделяют на почвенные биоклиматические области. По Г. В. Добровольско- му следует выделять 3 биоклиматические области: Европейско- Западно-Сибирскую таежно-лесную область подзолистых почв, Центрально-Восточно-Сибирскую экстроконтинентальную область мерзлотно-таежных и палевых почв, Дальневосточную таежно- лесную континентально-океаническую область лесных пеплово- вулканических подзолистых и буротаежных почв. Равнинную часть зоны (Европейско-Западно-Сибирская биоклиматическая область) по условиям почвообразования подразделяют на 3 подзо- ны: северную, среднюю и южную тайгу. По природно- хозяйственным признакам таежно-лесную зону объединяют с се-

55

верной подзоной лесостепи (с серыми лесными почвами), и такую объединенную зону называют нечерноземной.

Климат зоны умеренно холодный и достаточно влажный, в за- падной части сравнительно мягкий, к востоку постепенно нарастает континентальность. В Центральной и Восточной Сибири климат резкоконтинентальный, а на Дальнем Востоке муссонный. Средне- годовая температура в европейской части составляет 4 ° С, в Запад- ной Сибири колеблется от -3° до -2,8° С, а в Восточной Сибири – от -7° до -16° С. Продолжительность периода с температурой выше 5° С на западе составляет 160–200 дней, сокращаясь на востоке до 100–140 дней. Количество осадков также уменьшается с запада на восток – от 680–500 мм (на западе) до 300–150 мм (на востоке). Большая часть осадков выпадает в теплый период. На востоке зоны (Восточная Сибирь) широко распространена многолетняя мерзлота.

Количество осадков превышает испаряемость в 1,1–1,3 раза. По- этому таежно-лесная зона относится к зоне достаточного и избы- точного увлажнения. На большей части территории зоны господ-

ствует промывной тип водного режима и создаются условия для оподзоливания. Однако в некоторых районах испаряемость превы- шает количество осадков, например в Центрально-Восточно- Сибирской биоклиматической области. Мерзлотный тип водного режима в Восточной Сибири (при наличии многолетней мерзлоты) препятствует процессу оподзоливания.

Рельеф. Для европейской части характерен равнинный рельеф, на формирование которого большое воздействие оказала деятель- ность ледника. В азиатской части плоскоравнинный рельеф Запад- но-Сибирской низменности сменяется к востоку от Енисея горным рельефом плоскогорий и горных систем.

Почвообразующие породы по своему происхождению и соста- ву очень разнообразны. На территории европейской части и Запад- но-Сибирской низменности они представлены моренными и водно- ледниковыми отложениями различного гранулометрического соста- ва. Это морены, флювиогляциальные пески и супеси, покровные суглинки и глины. В условиях горного рельефа Восточной Сибири почвообразующие породы преимущественно элювиально- делювиальные отложения коренных и осадочных горных пород. В Центрально-Якутской низменности и в Дальневосточной биокли-

матической области распространены четвертичные лессовидные

56

суглинки. Кроме того, на всей территории зоны по поймам рек рас- пространены древние и современные аллювиальные отложения.

Существенная особенность большинства почвообразующих пород зоны – их бескарбонатность.

Растительность таежно-лесной зоны представлена лесной, лу- говой и болотной формациями. Таежно-лесная зона является обла-

стью наибольшего распространения таежных лесов в основном с моховым покровом, а на юге с мохово-травянистым. На юге зоны значительное место наряду с лесами занимают суходольные луга. Болот встречается много в северной части зоны и на Западно- Сибирской низменности.

Особенностью растительного покрова Европейско-Западно- Сибирской биоклиматической области является ее деление на се-

верную, среднюю и южную таежные подзоны. Северная представ-

лена редкостойными еловыми лесами с примесью березы, листвен- ницы и осины с моховым, лишайниковым и мохово-кустарниковым напочвенным покровом. В западной части подзоны и на легких почвообразующих породах встречаются сосновые леса. В северной тайге формируются глеево-подзолистые и подзолистые иллювиаль- но-гумусовые почвы. Подзона средней тайги представлена темно- хвойными еловыми лесами, травянистая растительность практиче- ски полностью отсутствует. Это типичная тайга, здесь формируют- ся типичные почвы таежных ландшафтов подзолистые. На почво-

образующих породах легкого механического состава встречаются сосновые леса. На вырубках и пожарищах хвойные породы уступа- ют место березе и осине. В южной подзоне таежных ландшафтов распространены хвойно-лиственные леса с мохово-травянистым покровом. Здесь формируются дерново-подзолистые почвы.

Центрально-Восточно-Сибирская таежно-лесная биоклиматиче-

ская область представлена светлохвойной травянистой лиственнич- ной тайгой. Для данной биоклиматической области характерны кислые бурые таежные почвы или мерзлотно-таежные.

Дальневосточная биоклиматическая область представлена свет- лохвойными, темнохвойными и широколиственными лесами. Здесь распространены горно-подзолистые, пеплово-вулканические и бу- рые лесные почвы.

Разнообразие природных условий и наличие трех растительных формаций (деревянистой, травянистой, лишайниково-моховой) в

57

таежно-лесной зоне приводят к развитию на ее территории трех почвообразовательных процессов: подзолистого, дернового и бо- лотного. Они могут развиваться каждый самостоятельно и в сочета- нии. В результате воздействия почвообразовательных процессов образуется почвенный покров зоны.

Подзолистые почвы. В пределах этого типа почв четко выде- ляются три основных подтипа: глеево-подзолистые, подзолистые и дерново-подзолистые.

Глеево-подзолистые и подзолистые почвы в основном располо- жены в северной и средней частях таежно-лесной зоны. Эти почвы образуются под воздействием подзолообразовательного процесса. В наиболее чистом виде этот процесс протекает под пологом со- мкнутого хвойного леса с моховым покровом и временным избы- точным увлажнением.

Подзолообразовательный процесс. Необходимое условие для проявления процесса оподзоливания – образование кислых органи- ческих соединений (простых органических кислот и кислот гумусо- вых веществ, преимущественно фульвокислот). При разложении

лесной подстилки грибами и нисходящем токе воды обеспечивается вынос растворимых продуктов, образующихся при разрушении ми- неральной части почвы (почвенных минералов). При достаточном и

избыточном увлажнении из лесной подстилки и слоя почвы под ней происходит вымывание растворимых оснований (Са, Mg и др.). Кислые органические соединения, в том числе и фульвокислоты, образующиеся при разложении лесной подстилки, создают кислую среду, в которой ППК насыщается водородом.

Продукты разрушения минералов переходят в раствор и в форме минеральных или органо-минеральных соединений перемещаются по

профилю почв из верхних горизонтов в нижние в виде различных солей угольной и простых органических кислот, а также кислот гу- мусовых веществ, преимущественно фульвокислот. Миграция железа и алюминия происходит главным образом в форме органо- минеральных соединений, в том числе и комплексных. Вследствие выноса железа, алюминия, марганца и накопления остаточного кремнезема (конечного продукта разрушения минералов почвы) цвет горизонта почвы под слоем лесной подстилки из красно-бурого или желто-бурого становится светло-серым, белесым, напоминающим цвет печной золы. Отсюда его название подзолистый. Он имеет и второе название – элювиальный (обедненный, промытый).

58

Подзолистый горизонт обеднен элементами питания, полутор- ными окислами и илистыми частицами, он имеет кислую реакцию, не насыщен основаниями, бесструктурен (иногда в естественном состоянии он характеризуется пластинчатой непрочной структу- рой). Ниже подзолистого формируется иллювиальный горизонт вмывания красно-бурого или желто-бурого цвета. Часть вымывае- мых соединений из подзолистого горизонта и лесной подстилки за- крепляется в иллювиальном горизонте почвы в результате коагуля- ции коллоидов и осаждения комплексных органо-минеральных со- единений при рН около 5. Иллювиальный горизонт обогащен или- стыми частицами и полуторными окислами.

Процесс оподзоливания проявляется сильнее под хвойными ле- сами на бескарбонатных почвообразующих породах.

Под воздействием процесса оподзоливания формируется про- филь подзолистой почвы со следующими горизонтами:

А0 – лесная подстилка мощностью 3–5 см; A1 – грубогумусовый не более 4 см;

А2 – подзолистый элювиальный белесого цвета, бесструктурный, мощностью 5–25 см и более;

В – иллювиальный бурой окраски, плотный, ореховато- призматической структуры;

С – почвообразующая порода суглинистого или глинистого гра- нулометрического состава, залегает с глубины 100–150 см.

Глеево-подзолистые почвы распространены в северной тайге, отличаются от подзолистых меньшей мощность профиля и отсут- ствием грубогумусового горизонта, в тоже время наличием торфя- нистой подстилки Ао и оглеенности в горизонтах А2 и В в виде си- зоватых и буроватых пятен.

Свойства подзолистых почв. Процесс оподзоливания оказыва- ет влияние на распределение илистой фракции по профилю почвы: горизонт А2 обеднен илом, а иллювиальный горизонт В обогащен им. Для валового химического состава подзолистого горизонта ха-

рактерна обедненность его полуторными окислами и обогащение кремнеземом до 80–82 % по сравнению с почвообразующей поро- дой, содержащей Si02 70–72 %. Подзолистые почвы бедны гумусом (1–2 %). В его составе преобладают соединения фульвокислот. Со- держание элементов питания (NPK) в этих почвах низкое, особенно

59

в легкоусвояемых формах. Подзолистые почвы имеют не неблаго- приятные физико-химические свойства.

Верхние горизонты подзолистой почвы – А1, А2 обладают силь- нокислой реакцией; обменная кислотность обусловливается глав- ным образом наличием алюминия, значительных величин достигает гидролитическая кислотность; им свойственна низкая емкость по- глощения; степень насыщенности почв основаниями менее 50 %.

В почвах легкого гранулометрического состава величина емко- сти поглощения снижается до 2–4 мг-экв на 100 г почвы, а степень насыщенности основаниями – до 20–30 % в А1, уменьшается и бу- ферность почв. Подзолистые почвы бесструктурны. При использо-

вании их под пашню с целью устранения неблагоприятных свойств необходимо вносить высокие дозы органических удобрений и изве- сти с последующим посевом многолетних трав.

Дерново-подзолистые почвы образуют самостоятельную под- зону, в которую входят южные районы таежно-лесной зоны и явля- ются основным земельным фондом таежной зоны, используемым в земледелии.

Дерново-подзолистые почвы образуются под воздействием двух процессов – подзолистого и дернового, при одновременном сочета- нии их (под лесами с травянистым покровом) или при смене подзо- листого процесса на дерновый (после вырубки леса – на залежи, суходольных лугах и освоения их под пашню).

Почвобразовательный процесс, протекающий под воздействием травянистой растительности, называется дерновым. Для него харак- терно накопление гумуса, питательных веществ и образование во- допрочной агрономически ценной структуры в верхнем слое почвы. Под травянистой растительностью происходит интенсивный биоло- гический круговорот веществ, что связано с краткостью жизни тра- вянистого растения (1–3 года) и химическим составом опада. Высо-

кая его зольность и повышенное содержание азота способствуют процессам минерализации и гумификации, интенсивно протекаю- щим в почве.

Основной источник гумуса – корневые остатки. При жизни рас-

тения его разветвленная корневая система охватывает огромный объем почвы и находится в тесном контакте с ее минеральной ча- стью. На карбонатных породах продукты гумификации прочно за- крепляются на месте основаниями кальция, магния. В процессе гу-

60