Вальков - Почвоведение

В нейтральных и слабощелочных черноземных почвах степей по­ чвенные воды насыщаются соединениями кальция, становятся жест­ кими, подвижные соединения железа в них отсутствуют, а гумусовые вещества не растворимы в воде. В сухих и полупустынных степях с каштановыми и бурыми почвами количество солей в воде еще более увеличивается. Эти же свойства передаются грунтовым и речным во­ дам, в которых возрастает количество солей, в результате фильтра­ ции через карбонатные и часто засоленные материнские породы и коры выветривания.

Таким образом, внутренние и внешние компоненты природных систем находятся в постоянном обмене веществами и энергией. Это в конечном итоге определяет развитие и стабильность или нестабиль­ ность географической зоны, ландшафта, биогеоценоза.

Эволюция природной среды на Земле — это развитие геогра­ фических систем в связи с количественно-качественным изменени­ ем обмена веществ и энергии, что обусловлено временным непо­ стоянством отдельных компонентов системы. В природе постоянно противоборствуют два противоположно направленных комплекса явлений. Это интеграционные процессы при интеграции системы.

Вразвитии географической зоны взаимоотношения между почвой

иокружающей средой находятся в постоянном стремлении к од­ нородности, к одному конечному результату, к равновесию между всеми компонентами почвенно-географической системы. На обшир­ ных территориях при однородном рельефе наблюдается однотип­ ность почв, растительности, коры выветривания, гидрогеологиче­ ских свойств и т. д. Такие условия можно наблюдать на равнинах Азово-Кубанской низменности, Аргентинской пампы, низменности Амазонии и т. д. Равновесное стабильное состояние существует в природе, пока не произойдет изменение какого-либо объекта при­ родной среды, и это изменение вызовет нарушение равновесия си­ стемы, количественно-качественную перестройку всех компонен­ тов, составляющих единство системы. Такие явления приводят к дифференциации природной обстановки, к ее усложнению и разно­ образию окружающей среды. При не изменяющихся климатиче­ ских условиях главная роль в развитии дифференциации принад­ лежит рельефу и геологической неоднородности поверхностных слоев литосферы.

Современные природные зоны и ландшафты возникли вместе с развитием живой природы в разные геологические эпохи. Они по­ являлись и исчезали на Земле, суша занималась морем, море ста­ новилось сушей, пустыни заменялись лесами, ледники выпахивали громадные площади. Процессы интеграции и дифференциации гео­ графической среды постоянно взаимодействовали, следуя за изме­ нением климата, растительности и других компонентов природной среды.

2.1.2. А тм о сф ера и кл и м ати ч еск и е у с л о в и я

как ф а к то р п о ч в о о б р а з о в а н и я

Врезультате неравномерности поступления солнечной радиации от экватора в сторону южного и северного полюсов происходят законо­ мерные, хотя и не вполне последовательные, изменения температуры

иколичества выпадающих осадков. Непоследовательность широтных изменений определяется различиями в геоморфологии континентов, удаленностью или близостью территории от океана, высотой местно­ сти над уровнем моря и другими факторами.

Климатические условия проявляются как поступление на поверх­ ность Земли световой и тепловой энергии, а также воды, без кото­ рых не мыслимы жизненные процессы и экзогенное преобразование поверхности континентов. Климат связан с атмосферой Земли, кото­ рая, как и другие сферы, образующие нашу планету, функциониру­ ет по своим законам, в то же время во взаимосвязи с океаном, лито­ сферой, корой выветривания, почвами, живым веществом биосферы. Функционирование атмосферы отражается на всех оболочках Земли,

вчастности на почвах при их образовании и эволюции.

Из всего многообразия климатических и погодных показаний, ко­ торыми оперирует метеорология как наука, почвоведы прежде всего используют данные температуры, выражаемые в градусах Цельсия (°С), и атмосферных осадков в миллиметрах слоя воды, выпадающих на поверхность конкретной территории.

Температурные показат ели климата анализируются в их временном конкретно усредненном или экстремальном выражении: годовая, сезонная, теплого или холодного месяца, абсолютный ми­ нимум или максимум, температурная контрастность и Континентальность и т. д.

Количество солнечной энергии, поступающей от Солнца, и рас­ ход ее на нагревание, испарение, транспирацию, фотосинтез и т. д. весьма различны в природных зонах Земли. Причем затраты на tep мические процессы составляют 99,9%, а на биологические — всего 0,1%. Среднегодовая температура в тропиках составляет 32—35#, а в полярных областях —30 + —35 вС. В тропических пустынях мак­ симальная температура воздуха может достигать 50—60 °С, а мини­ мальные температуры Антарктиды или района Верхоянска опуска­ ются до —70 + —88е. Разница в среднегодовой температуре на зем­ ном шаре составляет 60—70°, а между максимумом и минимумом 130-145 *С.

Значение температурного фактора в процессах выветривания и почвообразования исключительно велико. По правилу Вант-Гоффа с возрастанием температуры на 10е скорость химических реакций увеличивается в среднем в 2—4 раза, а при изменении температу­ ры от 0 до 50° степень диссоциации химических веществ в воде возрастает в 8 раз. Учитывая разрыв минимальных и максималь­ ных температур в тропических областях в сравнении с холодны­ ми, интенсивность различных реакций может быть в тысячи раз больше.

Температура воздуха или приземного слоя атмосферы преломля­ ется в термических условиях почвы и коры выветривания. Однако временное варьирование температуры, столь характерное для при­ земного слоя воздуха, ослабевает и затухает в коре выветривания на глубине 2,5—3,5 м. Здесь устанавливается постоянная температура, типичная для данной территории и совпадающая со среднегодовой температурой атмосферы. При минусовых среднегодовых темпера­ турах воздуха характерно распространение вечной мерзлоты. Инди­ катором среднегодовых температурных условий могут служить тем­ пературы подземелий и погребов или родниковые источники. Вода родников в тропиках такая же, как и поверхностная около 30 *С, а жарким летом в умеренных широтах — плюс 5—8 вС.

Важнейшими показателями генезиса, плодородия и классифика­ ции почв всегда были их температурные условия, такие как глубина промерзания почвы, длительность мерзлотного покоя, средние тем* пературы холодного и теплого периодов и др.

Определенное значение в направлении почвообразования имеет континентальность климата или амплитуда температур холодного и

теплого периодов года термическая контрастность сезонов. По степени континентальности различают климаты океанический, слабо конти­ нентальный, умеренно континентальный, средне континентальный, очень континентальный, резко континентальный. Например, климат Лондона, Исландии и Владивостока — океанический, стран Бал­ тии — слабо континентальный, Москвы — умеренно континенталь­ ный, Ростова н/Д — средне континентальный, Верхоянска. Красно­ ярска, Магадана — очень и резко континентальный.

Континентальность климата во многом определяет выделение на Земле особых почвенно-географических провинций или фаций в пре­ делах зонального распространения почв, а также учитывается в клас­ сификационных системах почвенной систематики.

Энергетическое воздействие на почвообразование притока солнеч­ ной энергии оказывает не только непосредственное воздействие через температурные условия, но и опосредованно через накопление энер­ гии солнечных лучей путем фотосинтеза зеленых растений в много­ образной гамме органических веществ. Затем энергетическая компо­ нента климатических условий консервируется в гумусовом веществе почвенного покрова Земли и обеспечивает регулярность протекания многих явлений почвообразования и плодородия почв. По предложе­ нию академика Волобуева, потенциальная энергия почвы, главным образом ее органического вещества, часто как генетический признак почвы выражается в калориях на определенную массу почвы.

Атмосферные осадки. Потенциальный биологический эффект тепла и света проявляется при поступлении на поверхность суши ат­ мосферных осадков, причем количественно-качественный природный эффект зависит от степени увлажненности территории и сезонного распределения влаги. Атмосферные осадки выпадают в виде дождя, снега и росы. Это пресная фракция водных масс планеты, которая в месте с водами рек, озер, болот, грунтовыми и артезианскими водами составляет лишь 2—3% общего запаса воды. На Земле преобладают высокоминерализованные морские и подземные воды.

Количество выпадающих осадков во всех странах выражается в миллиметрах (мм). Один мм эквивалентен 10 м3 воды на гектар. Сред­ негодовое количество осадков варьирует следующим образом (мм): пустыни — 20—50—100; засушливый климат — 300—400; леса уме­ ренно-холодные — 500—800; леса влажные субтропические — 1500— 2500; леса влажные тропические — 7000—10000; абсолютный макси­

мум наблюдается в дельтах Ганга и Брахмапутры около 14000; Рос­ тов н/Д — 460; Краснодар — 660; Москва — 800.

Для образного представления о громадных массах воды, под воз­ действием которых находятся почвы, профессор М.Н. Глазовская пересчитала миллиметры выпадающих осадков в метры за послед­ ний период развития почв, т. е. за 2 тыс. лет. Оказалось, в тундре слой воды составлял бы 500, в зоне подзолистых почв — 700—1200, в черноземной полосе — 500—800, в красноземах Черноморского по­ бережья — 2000—3200 м. Вся эта влага в естественных условиях без поверхностного стока проходила через почвенные горизонты, опре­ деляя разные водные режимы почвенного покрова (промывной, пе­ риодически промывной, и т. д.). В глобальном плане атмосфера — единственный фактор поступления пресной воды в процессы почво­ образования.

Влага атмосферы — не только физический или химический фак­ тор почвообразовательных процессов. Это обязательный веществен­ ный компонент биологического круговорота, практически вся биомас­ са состоит из химических элементов атмосферного происхождения, содержащихся в веществах ее газов (Н20 , 0 2, С 0 2, N2). В единую систему связаны атмосфера с ее погодными и климатическими усло­ виями, океан, почвы, растительный и животный мир.

Количество выпадающих осадков не всегда свидетельствует об уровне увлажнения территорий. Важны температурные условия. На­ пример, в тундре выпадает 200—300 мм, а ландшафты переувлажнен­ ные, а в юго-восточных районах Ростовской области — 300—360 мм, но это уже сухая степь. Поэтому используются различные коэффи­ циенты, учитывающие температурные условия. Наиболее распростра­ ненным является коэффициент увлажнения по Иванову (К):

К = А / Б,

где А — количество выпадающих осадков; Б — расход влаги на испарение и транспирацию (эвапотранспирация).

Приняты следующие градации фаций по увлажнению: супергумидная — 1,5—2—3; гумидная — 1,2—1,5; нормальная — 1,0; семиарид­ ная — 0,7—0,5; аридная — 0,5—0,3; экстрааридная — 0,2—0,1.

С изолиниям среднегодовых коэффициентов увлажнения совпа­ дают средние положения границ распространения природных явле­ ний и природных комплексов. На европейской территории южная

граница зоны подзолистых почв проходит по изолинии увлажнения 1,6, далее южные границы распространения почв проходят по следу­ ющим изолиниям: у дерново-подзолистых — 0,95; типичных черно­ земов — 0,71; обыкновенных черноземов — 0,63; южных чернозе­ мов — 0,53. Последняя граница служит в тоже время северной для темно-каштановых почв.

2.1.3. О рганизм ы как ф а к то р п о ч в о о б р а з о в а н и я

По классификации компонентов биосферы В.И. Вернадского, по­ чвы относятся к биокосному веществу — природным образованиям, представляющим собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов.

В почвообразовании участвуют три группы организмов: растения, животные и микроорганизмы, образующие сложные биоценозы. В результате их непосредственного воздействия на почву, а также воз­ действия продуктов жизнедеятельности осуществляются все важней­ шие слагаемые почвообразовательного процесса.

Роль организмов как фактора почвообразования заключается в том, что они осуществляют следующие процессы: синтез и разруше­ ние органического вещества, избирательная концентрация биогенных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и ак­ кумуляция веществ и др. В результате именно организмы определяют формирование важнейшего свойства почвы — плодородия.

Круговорот веществ в экосистемах, осуществляемый при участии живых организмов называется биологическим круговоротом. При этом химические элементы из почвы, воды и атмосферы поступают в живые организмы, образуют в них новые сложные соединения и вновь возвращаются в почву, воду и атмосферу в процессе жизнеде­ ятельности живых организмов или после их смерти.

Основные показатели биологического круговорота веществ: Биомасса — масса организмов определенной группы или сообще­

ства в целом. Фитомасса — общее количество живого органического вещества в надземной и подземной частях растительного сообщества.

Продуктивность — прирост биомассы, созданной за единицу времени. Различают первичную продукцию (биомасса, созданная за единицу времени продуцентами) и вторичную (биомасса, созданная за единицу времени консументами).

Мертвое органическое вещество — количество органического ве­ щества в отмерших, но не упавших на почву растениях, торфе, лес­ ной подстилке, степном войлоке и др.

Годичный прирост — количество органического вещества, обра­ зовавшегося за год в надземной и подземной частях растительного сообщества.

Опад — количество органического вещества, отмершего за год. Интенсивность разложения органического вещества — отноше­

ние подстилки к опаду зеленой части.

Зольность — содержание зольных элементов в растениях (в %). Главный источник органического вещества в биосфере — расти­ тельные организмы, образующие широкое географическое многооб­ разие природных зон, ландшафтов и биогеоценозов. Фитоценозы — основа всей остальной жизни на планете. Преобразование географиче­ ской оболочки Земли, круговорот веществ в биосфере условно имеют

начало от фотосинтеза бесчисленной гаммой органических веществ. Ландшафтно-зональное строение окружающей нас природной об­ становки прежде всего связывается с анализом состояния, функцио­ нирования и с экологическими последствиями воздействия на природ­ ные компоненты растительной биомассы, продуктов жизнедеятель­ ности фитоценозов и веществ, остающихся после жизни растений. В сферу исследований прежде всего включаются следующие показатели: фитомасса, мертвое органическое вещество, годичный прирост, опад, интенсивность разложения органического вещества, химический со­

став и др. (табл. 32).

Наибольшее накопление органического вещества происходит в де­ ревянистых растительных формациях. В бореальном и суббореальном климате биомасса лесов 1—4 тыс. ц/га. Еще большая масса органи­ ческого вещества образуется во влажных тропических лесах — более 5 тыс. ц/га. Травянистые растительные формации характеризуются несравненно меньшей биомассой: даже в высокотравных тропических саваннах биомасса не достигает масштабов северотаежных лесов. Не велика биомасса тундровых и сухостепной растительности. Следует отметить, что большая часть биомассы лесов сосредоточена над зем­ лей. В травянистых формациях и пустынях основная часть биомассы заключена в почве (60—85%).

По данным В.А. Ковды, отношения надземной части к корням ха­ рактеризуется следующими величинами: тайга 4:1; дубравы 2:1, 5:1;

черноземные степи 1:9, 1:12; горные луга 1:3, 1:40. Общее правило: большую часть своей биомассы травянистые растения концентриру­ ют в корневых системах. Образно говоря, травы живут в почвенных горизонтах.

Мертвое органическое вещество в современных фитоценозах представлено на поверхности почвы, в лесной подстилке и степном войлоке, а также в отмерших корневых системах. Значительная масса мертвого органического вещества сосредоточена в залежах торфа.

Таблица 32

Показатели продуктивности растительности в различных природных зонах, ц/га сухого вещества (по Родину и Базилевич)

Ч асть II. ОбрлзовАниЕ почв Ш

Мертвого органического вещества в 4 раза больше, чем живого, а при учете органического вещества древних биосфер — в 15 раз боль­ ше. В современной биосфере 80% мертвого органического вещества сосредоточено в полярном и бореальном поясах, наименьшие — в тропическом. Это связано с усилением от полюсов к экватору интен­ сивности процессов минерализации органического вещества, биоло­ гической активности биоценозов.

Величина годового прироста в травянистых формациях в ряде слу­ чаев выше, чем прирост в лесах, несмотря на столь большую разницу в количестве биомассы лесных и травянистых сообществ. Небольшим приростом характеризуются сухие степи, пустыни, тундра.

Величина опада у нормально развивающихся сообществ не мо­ жет превышать величину их прироста. В травянистых формациях величина опада равна величине прироста, а у лесных сообществ опад меньше прироста. Нет прямой связи между величиной опада и био­ массой. Лесные формации с огромной биомассой имеют опад часто меньше, чем травянистые.

Не вся масса органического вещества, составляющая годовой опад, подвергается преобразованию. Об интенсивности кругообо­ рота можно судить по величине неразложившегося органического вещества, сохраняющегося на поверхности почвы. Так, в тайге ко­ личество мертвого органического вещества в 6—20 раз больше опа­ да, в широколиственном лесу — в два раза, в степи — примерно одинакова, а во влажных тропиках опад разлагается в считанные

сивности биологического круговорота веществ судят по отношению массы мертвого надземного органического вещества (лесная подстил­ ка, степной войлок) к ежегодному опаду. Это отношение имеет сле­ дующие величины:

заболоченные леса > 50; кустарниковые тундры — 20—50; темнохвойная тайга — 10—17; широколиственный лес — 3—4; степи — 1—1,5; субтропический лес — 0,7; саванны — 0,2; влажный тропический лес <0,1.