Text
КУР(яЛЕ<ВДОЕ@
ПОЧВОВЕДЕНИЯ
Учебное пособие для почвоведов
университетов
JI.O. Карпачевский, Ю.Н. Ашинов, JI.B. Березин
КУРС ЛЕСНОГО ПОЧВОВЕДЕНИЯ
Учебное пособие для почвоведов
университетов
Майкоп
2009
УДК 631.456
ББК 28.2
К 26
Рекомендовано Учебно-методическим советом по почвоведению
при УМО по классическим университетам в качестве учебного
пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по
направлению высшего профессионального образования 020700
«Почвоведение» 18 декабря 2007 г.
Карпачевский Л.О., Ашинов Ю.Н., Березин JI.B. Курс лесного
почвоведения. Учебное пособие для почвоведов университетов.
- Изд-во: «Аякс», г. Майкоп, 2009. - 345 с.
Настоящее учебное пособие рекомендовано студентам высших
учебных заведений, обучающихся по направлению высшего
профессионального образования 020700 «Почвоведение».
© JI.O. Карпачевский, Ю.Н. Ашинов, J1.B. Березин
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Глава 1. Лесные экосистемы 11
Глава 2. Местообитание 24
Глава 3 Влияние леса на окружающую среду 52
Глава 4.Строение лесных почв 87
Глава 5 Физические и химические свойства лесных почв 113
Глава 6. Почвы лесолуговой зоны России 259
Глава 7. Почвы зоны лиственных лесов 292
Глава 8. Песчаные почвы в сосновых древостоях 307
Глава 9. Особенности лесных почв 325
Глава 10. Экологическая и социальная роль леса 335
Заключение 338
Литература 345
-з-
ВВЕДЕНИЕ
Леса в России занимают 69,8% (1182,5 млн. га) территории и
представлены северной, средней, южной тайгой, смешанными,
широколиственными, горными, пойменными и субтропическими лесами.
В настоящее время на громадной территории от Карелии до Камчатки
значительная масса лесной территории вырублена. За 70 лет пошло под
топор не менее 40% лесов России. Сейчас непокрытая лесом площадь
бывших лесных территорий больше 100 млн. га (из 760 млн. га лесной
площади). Часть вырубленных лесных площадей возобновилась.
Молодняки хвойных пород сейчас занимают 16% лесной площади,
средневозрастные - 16%, приспевающие - 9% Приведенные цифры дают
не точную картину, а порядок цифр. Для нашей страны характерны два
противоположных по характеру явления: интенсивная вырубка лесов и
забрасывание земель в залежь в связи с укрупнением населенных
пунктов и исчезновением рада деревень. При этом бывшие пахотные
земли стали зарастать лесом. Особенно это явление заметно в средней и
южной тайге. В связи с экстенсивным земледелием в лесной зоне,
господствовавшим в течение 70 лет, когда даже в лесах пасли скот, а все,
что можно - было распахано, лесные почвы - один из последних явлений
природы, где можно проследить почвенные процессы в естественных
условиях и установить закономерности почвообразования.
Леса дают почвоведу уникальную возможность проследить
воздействие разных древесных пород, учесть различия в факторах
почвообразования в пределах одного типа леса и влияние их на
формирование почв. Определить скорость почвообразования в
естественных БГЦ легче именно на примере лесных почв. Но эти
исследования могут провести специалисты, знакомые с основами
лесоведения и почвоведения. Поэтому есть необходимость в учебнике по
лесному почвоведению.
Классический учебник по лесному почвоведению А.А. Роде и В.Н.
Смирнова вышел еще во второй трети 20 в. Уже тогда многие вопросы
лесного почвоведения требовали уточнения. Были получены новые
данные по продуктивности лесов, их структуре, структуре почвенного
покрова в лесах, учтены остатки условно коренных лесов на всей
территории России. Появилась как отдельное направление учение о
лесной рекультивации нарушенных почв и отвалов горных пород.
В настоящее время площадь лесов как умеренного, так и
тропического поясов постоянно сокращается. В то же время научную
общественность беспокоит поведение углекислого газа и других, так
называемых парниковых газов в атмосфере Земли. Прогнозируемое
потепление, связанное с накоплением этих газов в воздухе, может
-4-
привести к резкому сокращению площади суши. Оценка роли лесов в
консервации углекислого газа - важная задача для понимания
глобального цикла углерода.
Не менее важно сохранение лесов как среды обитания множества
видов организмов. Уничтожение лесов может вызвать вымирание
большого числа видов животных и растений.
Следует также отметить, что на всей территории западной Европы
фактически уже нет естественных лесов. Таежные леса в своем
первобытном виде остались только в России и Канаде, и плоишь их
неуклонно сокращается. В то же время, в России, значительная часть
лесов являются условно коренными, они возникли в результате
сукцессий на пашнях, при оставлении их в залежь, и вырубках после
естественного их зарастания.
Влияние леса на почву в значительной степени также установлено
и уточнено и требует более обстоятельного анализа, чем обычно это
проводилось в изданных ранее учебниках. В то же время в учебнике по
лесному почвоведению должны быть рассмотрены и проблемы общего
почвоведения, характеризующие почву как естественное природное тело.
Эти подходы обусловили построение учебника, несколько отличающееся
от предыдущих изданий. В него введены главы, частично повторяющие
материалы курсов лесоводства и лесоведения, но они необходимы для
понимания роли почвы в формировании лесных экосистем. Также, в
отличие от других учебников по лесному почвоведению, дана
характеристика основных лесов и сформированных под ними почв (для
территории России).
Многие лесоводы отмечают, что нет прямой связи между почвами
и продуктивностью лесов, выходом стволовой древесины. Обычно
лесоводы находят такую связь между местообитаниями и бонитетом леса
(и его породным составом). Учение о местообитаниях, разработанное
вначале в Германии, а затем в России (А. Крюденер, С. Алексеев, П.С.
Погребняк) было принято на вооружение лесотаксаторами и
использовано при таксации всех лесов России. Но и эта связь оказалась
недостаточно тесной, часто получали противоречивые данные по связи
бонитета леса и местообитания. Не было количественных придержек для
разделения местообитаний по влажности и питательному режиму (в
последнем случае использовали главным образом гранулометрический
состав). Правда, Е.С.Мигунова предложила определять трофность почв
по содержанию подвижного Р в почвах, что безусловно можно считать
шагом вперед. Д.Ф. Ефремов, АД Воронин, А.П. Сапожников и др.
разработали количественную оценку для водного режима почв, дав тем
самым придержки для классификации местообитаний по увлажнению. В
природе часто в одних и тех же типах местообитаний, но в разных
-5-
географических условиях под разными древесными породами далеко не
одинаково восстанавливался лес после катастрофической гибели
предыдущего БГЦ (рубка, пожар). Часть местообитаний заболачивалась
безвозвратно. Часть после поселения деревьев на них переходило из
стации заболачивания в местообитания более сухого типа,
восстанавливая исходный тип леса. По этой проблеме имеется большая
литература, начиная с первых номеров журнала "Почвоведение", но
почвенный аспект проблемы представлен и изучен пока слабо, особенно
в многолетнем плане. При этом сторонники местообитаний забывают,
что почва - показатель типа местообитания, и что обычно местообитание
оценивают, ориентируясь на почву, в том числе ее гранулометрический
состав, и тип леса, который тоже в свою очередь и аргумент, и функция
почвы, т.е. отражает состав почвенного покрова БГЦ.
Лесная зона характеризуется достаточно специфическими почвами.
В северной тайге распространены подбуры, подзолы, подзолистые
почвы, бурые таежные (и их аналоги). В средней тайге к ним
присоединяются дерново-подзолистые, палево-подзолистые, дерново¬
лесные, бурые лесные кислые (ненасыщенные). Сегодня наши данные по
лесным бурым почвам заставляют в очередной раз задуматься над
генезисом этих почв. Исследования в Смоленской обл. и знакомство с
бурыми лесными почвами Зап. Европы позволяют грубо разделить
бурые лесные почвы на две группы: глубокогумусные, и маломощные по
гумусовому горизонту. Для первых естественный их генезис не вызывает
сомнений в большинстве случаев. Но маломощные бурые почвы,
которые особенно часто встречаются под с.-х. растениями, по мнению
В.П. Лилова, вполне могли быть итогом процессов эрозии, смывшими
верхние горизонты почв, и у которых обнажившийся горизонт В был
окультурен тысячелетней обработкой.
Формирование глубокогумусных бурых лесных почв, да не только
бурых, но многих других, включая черноземы, происходит в результате
аплохтонного приноса материала.
Два главных признака отличают почву от других рыхлых
отложений: гумусированность и особая структура (профильная
дифференциация и форма агрегатов). Анализ геологических пород
показывает, что каменные метеориты содержат 4*10-2 %,
ультраосновные и основные изверженные породы (дуниты, габбро,
базальты) 1*10-2 %, средние (диориты, андезиты) и кислые ( граниты,
гранитоиды) изверженные породы 2* 10-2 %, осадочные породы ( глины
и сланцы ) 1%. Углистые хондриты содержат 3,4% С. В заведомо
абиогенных рыхлых лунных фунтах содержание углерода составляет
(6,4-23)* 10-2 % ( среднем 14*10-2), т.е. несколько превышает его
содержание в изверженных породах, но меньше, чем доля углерода в
-6-
осадочных породах. Проведенные анализы дерново-подзолистых почв
Московского региона показали, что содержание гумуса в ряде случаев
уже на глубине 30 см становится близким по содержанию к кларку С в
осадочных пород (табл. 1,2).
Таблица I. Содержание углерода, % от массы субстрата на разных
глубинах среднесуглинистых дерново-подзолистых почвах
Малинского лесничества. Московской области
Тип парцеллы
0 -10 см
10-20 см
20 - 40 см
40 - 50 см
50 -80 см
дубово-медничная
2,75
1,20
0,59
0,18
елово-волосистоосоковая
2,23
1,04
0,48
0,19
дубово-снытевая
0,47
0,23
0,24
елово-разнотравная
2,87
0,70
0,18
0,22
дубово-разнотравная
0,21
0,25
елово-пролесковая
3,26
0,29
0,20
0,21
дубововолосистоосоковая
0,76
0,31
елово-зеленомошная
1,46
0,48
0,19
елово-мшисгая
0,18
0,17
0,26
елово-липовая
0,25
0,21
0,24
хвощовая
0,82
0,65
0,25
Четыре причины такого содержания гумуса можно выдвинуть
при анализе этих цифр. 1 .Исходная порода содержала это количество
углерода. 2. Подпочвенные горизонты прошли уже стадию
почвообразования и современное содержание С - остаточное
количество после сработки, окисления гумуса, образовавшегося в
предшествующих почвах, ныне играющих роль подстилающих пород.
3. Небольшое содержание С в нижней толще почвы связано с
иллювиированием гумуса. 4. С в подгумусовых слоях образуется при
перегнивании корней.
Таблица 2. Содержание С в дерново-подзолистой почве
Горизонт, глубина, см
Содержание С,% от массы почвы
А1,0-4
6,72
А1А2 (АЕ), 6-15
1.0
А2 (Е), 15 - 24
0,21
A2B ( ЕВ), 27-37
0,14
B1,45-50
0,10
B2 ,90-120
0,11
ди 140- 150
0,05
Анализ почвы на большую ее глубину (табл.2) показал, что роль
корней в накоплении органического вещества в нижних горизонтах
можно исключить, так как на глубине 20, 50, 120 см содержание С
-7-
близко, а насыщенность корнями корней значительно различается.
Другими словами, современные корни не создают этот гумус,
небольшое количество которого отмечается в нижних слоях почвы.
В почвах на участке Грязовец, Вологодской обл., содержание
гумуса в слоях 70-100см около 0,40%, или 0,20% С (данные В.М.
Алифанова). Лишь в некоторых почвах по трещинам встречаются
пленки на глубине ниже 100 см, содержащие более 0,5% С. В
Ярославской обл., Углич, на этих глубинах содержание С меньше
0,1% от массы почвы. В серых лесных почвах на лессах (Пущено) на
глубине 70 см и ниже содержание гумуса около 0,3%, углерода -
0,15%.
А.П. Щербаков и И.И. Васенев отмечают, что в черноземах
Окско-Донской и Южнорусской почвенных провинций содержание
гумуса в слое 90-140 см равно 1%, ниже до 200 см - 0,6%
(соответственно, 0,5 и 0,3% С). Просматривается общая
закономерность: чем древнее почва, тем на большой глубине среднее
содержание гумуса перекрывает средний его кларк в осадочных
породах.
Данные Е.В. Родионовой показали, что в карбонатном горизонте
обыкновенных черноземов Днепропетровской обл (Вса) возраст
гумуса (по определению Л.Д. Сулержицкого с помощью 14С ) около 4
-5 тыс. лет, карбонатные конкреции -около 5-6 тыс. лет. Объяснение
этих всех данных следующее.
Осадочные породы обычно содержат остаточный гумус, так как
они все прошли цикл почвообразования. При поселении на них
растений гумусируется верхний слой почвы (0 -10-20 см). Растения
задерживают пыль, которая попадая сразу в опад растений также
гумусируется, и гумусовый горизонт нарастает кверху. После
достижения определенной мощности нарастающего слоя в нижних
слоях гумус окисляется до СО2 , часть которого превращается в
карбонаты почвы. Нарастание почв кверху, в частности, происходит в
результате задержания кронами деревьев атмосферной пыли.
Последнее подтверждает концентрация разных элементов в
природных водах (незатронутых загрязнением лесах).
Так, в Центрально-лесном государственном биосферном
заповеднике отмечается наибольшая близость между химическим
составом вод из лизиметров под горизонтом В (40, 80 см) и
дождевыми водами, прошедшими как сквозь полог леса, так и
поступивших в осадкомеры на открытом поле. Такая близость
определяется тем, что осадки смывают осевшую на листьях пыль
грунтовых дорог, на которых в результате постоянного выравнивания
грейдером на поверхность вышли горизонты А2В и В.
- 8 -
Распространение лесов почти во всех природных зонах
показывает, что даже в степях и тундрах есть почвы, которые
относятся к лесным. Главный признак этих почв не их
лесорастительные свойства, как это обычно считают, а
лесовозобновительные свойства почв. Так, на выщелоченных и
обыкновенных черноземах многие лесные породы (ель, пихта, сосна)
могут расти вполне нормально, давая большой текущий прирост, до
15 wr древесины. Однако, самостоятельно эти породы не
возобновляются в условиях северной степи. Черноземы обладают
прекрасными лесорастительными, но плохими
лесовозобновительными свойствами. На этих почвах возобновление
леса может идти лишь искусственным путем. Очевидно, важно знать,
какие почвы и для каких пород могут быть лесовозобновительными
Примером можно также считать еловые посадки южнее р. Лопасни в
Московской обл.(южная граница естественного распространения
ели).
Последние 50 лет ель высаживали в лесничествах региона на
светлосерых почвах, она росла прекрасно, но не возобновлялась сама,
постепенно вытесняясь другими породами. Аналогично ведет себя
сосна на суглинках - ее посадки вытесняются постепенно елью или
другими породами.
В пособии не обсуждаются вопросы лесоразведения в степях,
при рекультивации. Этим вопросам посвящена большая литература и
уже обобщен многолетний опыт по использованию лесных
насаждений для улучшения состояния ландшафта. Также не
обсуждается вопрос о ландшафтной архитектуре, это - отдельная
научная дисциплина и она лишь частично затрагивает проблемы
лесного почвоведения. Таким образом, подытоживая сказанное,
можно отметить следующие проблемы, стоящие перед лесным
почвоведением:
1. Генезис лесных почв, включая скорость их изменения при
внутрибиогеоценозных (парцеллярных) сукцессий и сукцессий на
уровне типа леса.
2. Оценка лесорастительных свойств лесных почв на строго
количественной основе.
3. Оценка лесовозобновительных свойств.
4. Анализ возобновившихся лесов на вырубках в разных
регионах России.
5. Изучение лесных почв нелесных регионов (зон).
6. Разработка методов сохранения рекреационных лесов.
7. Возобновление защитных лесных насаждений
8. Разработка методов выращивания и сохранения городски>
древесных насаждений.
Для решения этих задач необходимо уже сейчас готовить кадры
лесных почвоведов.
К сожалению, в настоящее время лесных почвоведов почт»
никто не готовит, хотя в нашей стране необходим постоянны!
мониторинг за лесными землями.
Данный учебник рассчитан на студентов, уже знакомых с
основами почвоведения. Но для «повторения пройденного» в текст
книги включена 5-я глава, где обсуждаются основные физические и
химические свойства почв. Она включает более 100 таблиц в целях
более четкого представления о почвах. Табличный материал
позволяет реально оценить свойства почв, представить их
особенности в зависимости от типа почв. Он поможет студентам
глубже вникнуть в характеристику почв под разными лесами, которые
будут излагаться в последующих главах.
В виде рисунков в книге использованы схемы, для более четкого
изложения основных положений. Книга не повторяет учебное
пособие «Лесное почвоведение» Л.В. Березина и Л.О. Карпачевского.
Оно построено совершенно по-другому. В нем много места уделено
вопросам лесоведения.
В заключение авторы приносит сердечную благодарность всем
сотрудникам и аспирантам, материалы которых были использованы в
этой книге.
-10-
ГЛАВА 1. ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Лес - один из основных типов растительности, состоящий из
совокупности древесных, кустарниковых, травянистых растений,
включающей животных, микроорганизмы, грибы. Лес - элемент
ландшафта, часть суши, на которой компактно (массивно)
произрастают деревья со всеми сопутствующими им компонентами. К
лесам не относят сады, лесные полосы вдоль полей и дорог. Лес
состоит из экосистем более низкого уровня и сам (по Н.В. Дылису и
Е.М. Лавренко) представляет собой экосистему в границах
фитоценоза (биогеоценоз, БГЦ, или тип леса). Фитоценоз, по В.Н.
Сукачеву, или растительное сообщество, представляет собой
совокупность как высших, так и низших растений, обитающих на
данном однородном участке земной поверхности. Им свойственны
особые специфические взаимоотношения как между собой, так и с
условиями местообитания, и, поэтому, они создают свою особую
среду, фитосреду. Составляющие БГЦ лесные экосистемы -
отдельные части (участки) леса, и относятся к биокосным
экосистемам. Она объединяет биотические (живые) и абиотические
компоненты леса. Живые компоненты: деревья (эдификаторы, или
средообразователи), кустарники, травяной ярус, моховой и
лишайниковый покров, животный мир, грибы, микроорганизмы. К
абиотическим относят почву, лесную атмосферу, гидросферу. Леса
бывают естественные и саженные (искусственные). Первые
возобновляются в результате осеменения основных пород,
составляющих древостой леса, вторые - восстанавливаются
человеком по определенному замыслу. Искусственные леса могут
забрасываться и, в дальнейшем, развиваться по тем же законам, что и
естественные леса данного растительного региона. Как для
естественных, так и для искусственных лесов, не испытывающих в
дальнейшем вмешательства человека, характерны сукцессии, -
естественные смены древесных пород и травяных аспектов. Деревья,
кустарники, травяной покров (то, что называют компонентами леса)
образуют свойственную всем лесам специфическую структуру леса.
Структура лесов
Во всех лесах можно выделить горизонтальные (парцеллы) и
вертикальные (биогеогоризонты) структурные элементы.
Лесная парцелла - это участок леса с одними типами
эдификаторов (деревья) и доминантами растительного покрова
(кустарники, травяной, моховой ярусы). Они формируют тип леса
-11 -
(тип лесного биогеоценоза). Индивидуальный эдификатор (отдельно
дерево) образуют элемент парцеллы с характерным для него объемо»
почвы (тессерой).
Тессера охватывает объем почвы от ствола дерева до гранищ
кроны этого дерева. Она характеризуется анизотропностью, т.е
разным изменением свойств почв по вертикальной и горизонтально!
осям. Формирование тессеры сопряжено с биогеоценотическш
(фитогенным, по А.А. Уранову) полем, источником которого являете
дерево.
Биогеогоризонты • ярусы: древесный, подроста, кустарник»
напочвенный покров, подстилка, почва. При этом, можно выделял
биогоризонт фотосинтеза 1 (верхняя часть кроны, светова
фотосинтезирующая листва или хвоя), биогоризонт фотосинтеза;
(теневая листва или хвоя), биогоризонт транзита (стволы деревьев)
биогоризонт фотосинтеза 3 (листва подлеска, кустарников)
биогоризонт фотосинтеза 4 (травяной ярус). А.И. Морозов предложи
все биогоризонты объединить в 3 страты (слоя): фитострата, (ярус!
живых растений), мезосграта (мортмасса: подстилка, отпад, част
органогенных горизонтов, включая оторфованные) и солум, ш
собственно минеральный почвенный слой.
Таблица 1.1. Запасы компонентов в фито-(1), мезо-(2) и педострате (3)
Зона
Фитомасса, т/га
Г одовой
прирост,
т/га
Мортмасса.т/га
Микробная масс
п*109 клеток/га
1
2
3
1
1
2
3
1
2
3
Тундра
17
10
4
1,6
25
80
30
3
40
Г
Северная тайга
189
20
5
6,6
10
80
75
90
4
7.
Южная тайга
342
17
8
12,6
12
22
100
250
2600
4'
Широколиствен¬
ный лес
250
12
12
12,6
3
3
175
378
600
30
Степь
10
8
10
8,2
2
7
200
31
1175
и
Сухая степь
5
2
10
2,8
од
0,2
33
17
0,4
13
Пустыня
1
0
6
3,0
0,1
0,1
25
2
0
3
Субтропический
лес
300
0
15
25,5
30
2,5
500
720
4
15
Тропический
дождевой лес
440
0
20
29,2
30
2,5
400
840
4
15
Приведенная структура характерна для всех лесов Земли и дго
всех древесных насаждений, включая сады и декоративные посадки
деревьев вдоль улиц. Они определяются самой природой деревьев: их
многолетним существованием, величиной, особенностями
углеродного цикла, средообразующей (эдификаторной) ролью.
-12-
Биогеоценотические горизонты характерны также и для травяных
ценозов, где их мощность обычно меньше (кроме солума, почвы).
Таблица 1.2. Распределение фито-, морт-, зоо- и микробной массы по
стратам ( в % от запаса в экосистеме в целом).
Зона
Фитомасса
Мортмасса
Зоомасса
Микробная
масса
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Тундра
50
30
20
15
60
25
0
90
10
20
2
78
Северная тайга
80
15
5
5
50
45
0
90
10
10
2
88
Южная тайга
93
5
2
10
20
70
0
50
50
8
78
14
Широколист¬
венный лес
94
5
1
3
2
95
0
10
90
10
15
75
Ковыльная степь
50
20
30
2
4
94
0
5
95
6
50
44
Сухая степь
20
10
70
1
2
97
0
2
98
2
0
98
Пустыня
15
5
80
2
2
96
0
5
95
2
0
98
Субтропический
лес
95
0
5
6
2
92
0
5
95
30
2
68
Тропический
дождевой лес
95
0
5
10
2
88
0
5
95
3
2
65
Примечание: 1,2,3 - соответственно фито-, мезо-, педострата. Ноль в таблице означает
величину меньше 0,5%
Страты (биогеоценотические горизонты) различаются массой
органического вещества, характером этой массы, степенью
заселенности организмами (табл. 1.1 и 1.2).
Возрастная структура леса
Естественные леса, как правило, разновозрастные. В них всегда
встречается возобновление, подрост, деревья разного возраста. Для
лиственных пород условно выделяют класс возраста в 10 лет. Для
хвойных пород - 20 лет. Одновозрастные насаждения относятся к
одному классу возраста. Разновозрастные деревья одной породы
могут формировать разные парцеллы, что связано с изменением
воздействия на почвы и травяной покров с возрастом. По состоянию
деревьев разного возраста выделяют подрост, жердняк, молодые
древостой, приспевающие, спелые, перестойные. Это деление
отражает лесохозяйственную оценку древостоя и наиболее
эффективное время рубки леса (спелые насаждения), когда прирост
деревьев наибольший и начинает снижаться (в пересчете на га). Для
каждой древесной породы по абсолютному возрасту это деление
различается. В любом случае, возобновление деревьев исчисляется
сотнями тысяч экземпляров на гектар, в стадию подроста выходят
-13-
десятки тысяч деревьев, в стадию жердняка их остается около 3
тысяч экземпляров, в молодых насаждениях их около 2-3 тысяч,
приспевающих и спелых меньше 1000, в перестойных може
снижаться до 300 экземпляров взрослых деревьев. Спелые леса - лес
достигшие возраста рубок, в которых отмечается максимальны
текущий прирост древесины, максимальные запасы подстилю
максимальное потребление питательных веществ из почвы,
дальнейшем прирост древесины затухает и общая масса древесии
почти не возрастает, а даже в результате отпада деревье
уменьшается.
Дифференциация деревьев по высоте
В лесу только часть деревьев образуют самый верхний лесна
полог. Эти деревья называют доминантами. Часть деревьев уступаю
по высоте доминантам, но все-таки не затеняются ими. Это
кодоминанты. Остальные деревья составляют подчиненный яр\
(биогоризонт фотосинтеза - 2). Дифференциация по высот
определяет разный диаметр одновозрастных деревьев и може
привести к, формированию разных парцелл внутри биогеоценоз:
БГЦ.
Классификация лесов
Леса составляют важный элемент биосферы в целом. И
классификация, по Н.В. Дылису, входит в общую классификации
биосферы. Н.В. Дылис выделяет в биосфере два образованш
биогидросферу (моря, океаны, реки, водоемы) и биогеосфер;
(экосистемы суши). Леса входят в состав биогеосферы.
В приведенной схеме типы БГЦ занимают, казалось 6i
неприметное место, но эти экосистемы воспринимаются человека
как единое целое (сосновый бор, ельник мшистый, березня
разнотравный и пр.). В.Н. Сукачев, основатель биогеоценологш
говорил, что отличие БГЦ от других экосистем в его размерах, он
теоретически безграничны, а практически достигают протяженности:
сотни и тысячи метров. В то же время экосистемы более низкол
уровня организации обладают достаточно четко ограниченным)
размерами. Поэтому основной единицей классификации лесо
считают тип леса (тип БГЦ). Общепринятым сейчас определение»
типа леса (тип БГЦ) было уже дано выше: тип леса - это экосистема I
границах фитоценоза. Но существует несколько пониманий объем:
этого понятия. Так, А.К. Каяндер относил к типу леса не толью
-14-
коренную экосистему, но весь сукцессионный ряд, включая
вторичные фитоценозы (всю смену растительных сообществ,
фитоценозов) на этой территории. Например, ельник черничник
включает в себя также березняк черничник, выросший после гибели
ельника.
Б.П. Колесников считает типом леса этап смены фитоценозов на
одном участке биосферы. Сам процесс смены - тип лесообразования.
В это понятие включаются естественные сукцессии (смены) лесных
пород - доминантов и формирование на разных стадиях
лесовозобновителього процесса разных типов лесов.
Таблица 1.3. Схема классификации биогеосферы
Биогеосфера
Типы биогеосферы
1. Лесной
I
| 2. Травяной
Подтипы лесной биогеосферы
1.1 Непрерывного метаболизма.
| 1.2 Метаболизма с паузой
Группа классов*
1.2.1 Гидропериодичные
1.2.2. Термопериодичные
1.2.1.1 Пустынные.
1.2.2.1 Тундровые
1.2.1.2. Саванны
1.2.2.2. Таежные
1.2.1.3. Муссонные леса
1.2.2.3. Широколиственные
1.2.1.4. Пойменные и мангровые
1.2.2.4. Пойменные
Классы
1.2.2.2.1. Вечнозеленые темнохвойные
1.2.2.2.2. Вечнозеленые светлохвойные
леса
леса.
Группа формаций (на примере 1.2.2.2, таежные леса.)
1.2.2.2.3 светлохвойные леса
| 1.2.2.2.4. смешанные леса
Формации
1.2.2.2.1.1. Плакорная тайга.
| 1.2.2.2.1.2. Крутосклонная тайга
Группы типов
1.2.2.2.1.1.1. Еловые.
1
| 1.2.2.2.1.1.2. Пихтовые
Типы БГЦ
Парцеллы
тессеры
микрозоны
экосистемы более низкого уровня
В настоящее время принято различать коренные и производные
типы леса. Вторые временно развиваются вместо коренных и в
естественных условиях уступают место коренным во втором или
третьем поколении деревьев (восстановительные сукцессии).
• 15-
Принцип экологического соответствия и
географическое распространение лесов
A.JI. Бельгард и А.П. Травлеев сформулировали приищи
экологического соответствия. Любые растения могут произрастать к
возобновляться как популяция только в экологически
соответствующих их требованиям условиях. Леса не представляю!
исключения. На поверхности суши выделяют три лесных пояса, гд<
естественным преобладающим растительным покровом являются
леса. Это лесная зона умеренного пояса, которая включает
лесотундру, северную, среднюю, южную тайгу, подзону смешанных
лесов и зону широколиственных лесов. Второй лесной биом
приурочен к субтропикам и представлен лесами Средиземноморского
(ксерофитные можжевеловые леса, маквис, чипорапь) и Колхидского
(влажные субтропические леса) типов. Третий пояс приурочен к
тропикам и его составляют саванны, муссонные леса и тропические
дождевые леса. Отдельно следует отметить пояс горных лесов,
который встречается практически во всех горных системах, за
исключением систем в пределах полярных пустынь. Однако, в эту
схему распространения лесов следует внести существенную
поправку. Леса, как экосистемы, состоящие из древесных растений,
встречаются во всех растительных зонах (рис. 1.1.)
Тундра тайга дубовые леса степи пустыни
Рис.1.1. Лесные биогеоценозы в разных природных зовах
В тундре эти леса представлены зарослями карликовой березой,
березой Миддендорфа, карликовыми ивами на подбурах, и торфяных
почвах. Они обладают всеми атрибутами лесного БПД, сомкнутостью
крон, наличием грибов, как компонента, спецификой травяного яруса.
Но высота деревьев в этих лесах достигает лишь 40-60 см.
-16-
В горах также встречается пояс низкорослых древесных
растений. Восточнее Байкала в субальпийской горном поясе
сформирован высотный сгланиковый пояс из кедрового и ольхового
стлаников. В альпийско поясе встречаются карликовые ивы
В лесотундре появляются деревья обычного типа (ель, сосна,
береза), но высота их в среднем достигает 3-4 м. Почвы под
деревьями подбуры, подзолы, торфяные.
В тайге основной почвенный фонд представлен подзолами,
бурыми лесными, дерново-подзолистыми почвами, вулканическими
(охристыми и андисолями )
Смешанные леса сформированы на бурой лесной; серой лесной;
дерново- подзолистой почвах
Широколиственные леса произрастают на серых лесных, бурых
лесных почвах, черноземах (моллисоли).
Маквис (маки)- леса средиземноморского типа развиты в
засушливых субтропических условиях на коричневых, бурых лесных
почвах, терра россе
Саванны приурочены к климатическим условиям тропиков с
периодической гидропаузой (сезоном выпадения небольшого
количества осадков). Почвы ферраллитные, вертисоли,
Дождевые тропические леса: ферраллитные почвы (красноземы,
плинтиты, латериты)
Степная зона. Леса распространены по балкам, западинам,
поймам (байрачные леса на серых лесных и лугово-черноземных
почвах, пойменные леса).
Леса пустынь - саксауловые леса из Haloxylon aphyllum и
др. видов высотою до б м, засоляющие и подщелачивющие почвы в
приствольных кругах. Распространены в местах с грунтовыми водами
на глубине 4-30м. Запасы биомассы до Зт/га. Пойменные и
мангровые леса. Пойменные почвы, вертисоли
Вторичные леса. Обычно измененные почвы первичных лесов с
хорошо развитым травяным ярусом и гор. Ад.
Кроме того, от лесотундры до сухих степей на песчаных и
супесчаных почвах произрастают сосняки. С севера на юг почвы под
ними изменяются от подбуров, подзолистых почв до боровых
песчаных и супесчаных, дерново-степных.
Причины роста и отсутствия лесов в разных регионах
обсуждаются давно.
В настоящее время все согласны, что на севере главным
фактором, определяющим отсутствие в тундре и лесотундре высоких
деревьев и распространение в тундре лишь карликовых лесов, служит
-17-
длительный период очень низких зимних температур, част
сопряженных с сильным ветром.
В степных, сухостепных, полупустынных и пустынных района!
отсутствие деревьев определяется плохим водоснабжением. Уже i
черноземной степи на плакоре часто для древесных растений м
хватает воды, поэтому, начиная с этой зоны они растут в поймах i
понижениях, где есть добавочное увлажнение в результате близкол
залегания фунтовых вод или верховодки и зимнего добавочнол
поступления воды с окружающей территории. Существует точи
зрения, что развитию лесов в степях мешает засоление почвы i
подпочвы. Но как показали исследования Е.С. Мигуновой, сред
древесных пород имеются виды разной степени солеустойчивости
Главная причина отсутствия деревьев в степях - недостаток воды
особенно во втором и третьем (по глубине) метре почвы. Такик
образом, в каждой природной зоне есть экологические условия,
способствующие росту древесных растений и мешающие их росту,
при этом последние в разных зонах различаются.
Общее изменение роста растений можно проследить hi
сосняках, развивающихся на песчаных и супесчаных почвах
Как видно из таблицы 1.3. к лесам с непрерывны»
метаболизмом относят вечнозеленые леса, сбрасывающие листв)
(хвою) равномерно по мере нарастания новой листвы, в частности,
тропические дождевые леса.
Хвойные таежные леса несмотря на сохранение хвои в зимний
период, все-таки относят к лесам с термопаузой . Зимой метаболизм
таежных экосистем резко замедляется. Северные леса - таежные
хвойные леса с примесью мелколиственных пород (береза, осина),
занимают также лесотундру.
Леса с прерывистым метаболизмом - имеют термо- или
гвдропаузу, во время которой они сбрасывают листву.
К ним относят лиственные леса умеренной зоны,
лиственничники, саванны.
Сюда входят широколиственные леса - из дуба, клена, бука,
граба, липы, ясеня, вяза и др., которые распространены в Европе до
Урала, в Сев. и Центр. Азии в Монголии и на Дальнем Востоке.
Развиты на серых и бурых лесных почвах.
В эту группу лесов входят смешанные леса, которые состоят из
хвойных и широколиственных пород (дубо-ельники, липо-ельники,
сложные сосняки с липой, кленом) и составляют основной лесной
фонд южной тайги. Мелколиственные породы (березы, осины) в
классификации не учитываются.
-18 -
По ландшафтной роли выделяют леса береговых склонов -
зональные леса, защищающие склоны от размыва, регулирующие
поступление осадков в реки со стоком.
В эту группу входят также леса заливаемые - пойменные и
мангровые. Пойменные представлены тополями, ивами, ольхой,
распространены повсеместно. Мангровые - солеустойчивые
тропические вечнозеленые деревья затопляемых приморских
участков. Характерны корни - ходули.
Тропические дождевые леса (гилея, джунгли) растут там, где
выпадает 2000-7000 мм осадков равномерно в течение года. В
экваториальных областях они занимает 6% суши (Ю. и Ц. Америка,
Африка, Ю-В Азия, Австралия). В них распространено свыше 4/5
всех видов растений, до 100 видов древесных пород.
Основные понятия и термины, связанные с лесом.
В лесу обитает множество растений (водоросли, лишайники,
мхи, высшие растения), микроорганизмы, грибы, беспозвоночные и
позвоночные животные.
Лесные водоросли - поселяются на стволах деревьев
(плеврококки, нитчатая трентеполия), среди мхов (бриофильные
диатомовые водоросли) и в почве (диатомовые, сине-зеленые).
Водоросли также развиваются в верхнем слое почвы и подстилке.
Биомасса водорослей в лесах достигает 20 кг/га
Животные, населяющие лес, представлены позвоночными и
беспозвоночными. Биомасса позвоночных - в лесах умеренной зоны
1-15кг/га, насекомых-фитофагов -2-60 кг/га, сапрофагов
(преимущественно, почвенные, питаются остатками мертвых
организмов) 200-1500 кг/га. Зоомасса лиственных лесов выше, чем
хвойных.
Для биосферы типично явление консорции - достаточно
жесткой связи организмов между собой. Определенные виды
насекомых опыляют и питаются определенными видами растений
обитают на них. Также травоядные животные предпочитают
определенные виды растений. Совокупность живых организмов
образуют трофические сети и трофическую пирамиду. Зеленые
растения (автотрофы) создают органическое вещество.Гетероторофы
потребляют это вещество. Сначала фитофаги(травоядные организмы)
поедают растения, а потом плотоядные животные поедают
фитофагов. Умершие организмы поедаются сапрофагами.
Кустарники - ярус в лесу из теневыносливых многолетних
древесных растений высотой до 6 м и продолжительностью, жизни до
40 л. образуют самостоятельные формации (маквис, чапарель).
Выделяют также кустарнички (высотою до 80см)- брусника, черника.
-19-
Климакс - заключительная стадия развития биогеоценоз!
когда он находится неопределенно долго в динамическом равновеси
со средой. Практически, климаксный лес - зональный лес, коне
сукцессии. Внутри климаксного леса происходят лишь сукцесси
(смена) парцелл
Леса играют важную роль в сохранении биоразнообразия
сохранение видового разнообразия водорослей, мхов, высши
растений, микробов, животных, грибов. Благодаря вывала!
происходит обновление популяций растений, смены парцелл
чередование экологических ниш
Обязательный компонент леса - деструкторы, грибы
микроорганизмы, беспозвоночные животные, разрушающие леснук
биомассу: ксилофаги, сапрофаги и пр. Они превращают растительнук
и животную биомассу сначала в детрит, а потом в почвенный гумус.
Экологические функции лесов весьма разнообразны. Леа
источник пищи и убежище для животных разного ранга. Среда да
лишайников, мхов, папоротников, высших растений, грибов
Смягчают микроклимат, увлажняет верхние слои почвы. Особа:
экологическая ниша для микробов и сапрофагов - подстилка. Б
запасы уменьшаются от тайги к северу и югу. К югу уменьшаете
количество подгоризонтов подстилки (рис. 1.2).
Е
В
Рис.1.2. Изменение строения подстилки с севера на юг в лесной зоне.
Человек широко активизирует рекреационные функции леса •
использование леса как место отдыха (лесопарки, пригородные леса
курортные леса). Обычно, эти функции требуют организации сети
дорожек, мест отдыха, постоянного ухода за почвой и деревьями,
подсадки деревьев.
-20-
Влияние человека на леса огромно. Рубки лесов, подсечное
земледелие с выжиганием порубочных остатков изменяют флору,
фауну, почвы (кирасы на красноземах, бурые почвы вместо
подзолов), типы лесов, уменьшают лесистость ландшафта.
Лес часто становится барьером для атмосферного загрязнения,
поступления веществ из атмосферы. Уменьшая скорость ветра лес
частично перехватывает загрязняющие вещества, в том числе
аэрозоли, пыль. Стекающие по стволам осадки часто подкислены и
обогащены загрязняющими и вымываемыми из растительных тканей
веществами. Задерживая поллютанты, лес очищает воздух.
Эбермайер еще в XIX в. установил, что ряд типов леса
увеличивают в атмосфере содержание озона.
Лесная подстилка, один из главных биогеоценотических
горизонтов леса, опад листьев (хвои). Выделяют горизонты
подстилки: 01, опац, детрит-02, и перегной - 03, образующих слой на
поверхности почвы. Запасы подстилки - от 2-4 до 30 т/ra и выше.
Подстилка богата микробами, беспозвоночными животными. Она
кладовая и источник питательных веществ для растений, сохраняет
влажность почвы. Выделяют грубогумусные (имеются горизонты
01+02) подстилки, (модер), мор (01+02+03) и муль (01).
В лесах постоянный спутник растений - микориза, совокупность
корневых окончаний и мицелия грибов у лесных растений. Белый
гриб образует микоризу с березой, осиной, елью, буком и др., с
различными хвойными породами связан рыжик. Одна порода дерева
образует микоризу со многими грибами.
Микроорганизмы в лесу представлены всеми группами
(бактерии, актиномицеты, микромицеты, водоросли). Наибольшее
количество микроорганизмов на растениях, в подстилке и верхнем
слое почвы (гумусовый горизонт). Микрофлора таежных и
тропических лесов сходна.
Лесные растения можно разделить на деревья (эдификаторы),
кустарники, травы, мхи, лишайники (доминанты напочвенного
покрова) типичные для лесов. Они определяют типовую
принадлежность леса (ельник-черничник, сосняк сфагновый и пр.).
Отдельно следует отметить роль пожаров в лесах. Низовые
пожары (горит напочвенный покров и отдельные деревья)
повреждают лес. Верховые пожары (огонь распространяется по
деревьям) уничтожают лес, сгорает подстилка, СОг поступает в
атмосферу. Погодные условия и почвы определяют восстановление
исходного леса на гари, или замена его другими экосистемами. Для
некоторых лесов (например, для секвойи) низовой пожар -
-21-
необходимое условие их существование. В этом случае уничтожаютс
конкуренты секвой, а сами они выносят небольшие низовые пожары.
Гидрологическая роль леса в том, что он потребляет больш
воды из глубоких, и меньше из верхних слоев почвы, чем травяны
экосистемы. Лес задерживает снег и его таянье, способству
глубокому промачиванию почвы. Он переводит поверхностный сто
воды в подземный.
Велика роль леса в циклах питательных элементов. На фок
равновесных циклов леса поглощают из атмосферы N, СОг, выводя к
на десятки лет из цикла, задерживают пыль, концентрируй
питательные элементы (Р, Mn, S) в подстилке и верхнем слое почвв
При пожарах и рубках происходит бурное освобождение все
элементов.
Роль леса в жизни человеческого общества чрезвычайно велик
Лес источник древесины, побочных полезностей (ягоды, грибь
лекарственные растения), организует ландшафт, уменьшает сил
ветра, способствует накоплению снега и переводит талые воды
фунтовый поток, способствует интеллектуальной деятельносп
(творчеству). 600 видов растений, произрастающих в лесах Росси»
служат лекарственным сырьем. Побочные полезности по свое
стоимости часто превышают стоимость древесины. Так, в ФРГ в 19$
гг. стоимость побочных лесных полезностей измерялась 53 млр;
марок, а древесная продукция лишь 17 (И.А. Алексеев и О.И
Полубояринов, 2006)
Лес участвует в формировании атмосферы: поглощает N, СОг и
воздуха, очищает атмосферу от аэрозолей и пыли, задерживая и
кронами, выделяет С02 . (до 20 кг/га час), увеличивая ег
концентрацию вблизи поверхности почвы, заболоченные лес
выделяют СН4 и Н2 S,
Лесные сукцессии - последовательная смена на одном и том ж
участке одних экосистем другими. Первичные сукцессии - зарастани
минеральных субстратов. Сукцессии приводят развитие леса i
устойчивому состоянию - климаксу.
Общая сукцессия • смена типов леса до восстановлени
зонального климаксного типа. После рубок и пожаров
восстановительная сукцессия до исходного типа леса.
Понятие лесные почвы достаточно сборное. К лесным относя
почвы, занятые естественными лесами: подзолистые, дерново
подзолистые, бурые лесные, серые лесные, ксероморфные черноземы
коричневые почвы, красноземы. Для них характерна анизотропиосп
тессеры, изменение свойств почв от дерева к фаницам кроны.
-22-
Лесные типы биомов - расчленение биосферы на крупные
участки. К лесным биомам относят темнохвойные леса, листопадные,
хвойно-широколиственные, субтропические, тропические дождевые,
тропические муссонные, саванны
Облесение - разведение леса на безлесной в данный момент
территории, создание искусственных лесов, помощь возобновлению
естественных лесов (по вырубкам и пашням). К облесению относят
также лесные полосы, зеленые изгороди и т.п.
Бонитет насаждения - показатель продуктивности древостоя,
зависящий от добротности условий роста леса. Оценивается по
высоте деревьев при определенном возрасте. Выделяют I (лучший) и
V (худший) бонитеты, кроме того наихудшие (V а, б) и наилучшие
(1а, б)
Все сказанное позволяет заключить, что лес - это особый
компонент биосферы, который характеризуется своей собственной
структурой, специфическим влиянием на окружающий мир. Лесные
почвы также имеют определенную специфику , играя особую роль в
биосфере. Они сохраняют лесные ландшафты и способствуют их
восстановлению после нарушения. Именно эта особенность лесных
почв определяет сохранение лесной биосферы на нашей планете.
-23-
ГЛАВА 2. МЕСТООБИТАНИЯ, ЛЕСНЫЕ БГЦ И ПОЧВЫ
МЕСТООБИТАНИЕ И KATEHA
В.В. Докучаев установил, что свойства почвы определяют
факторами почвообразования, или, если конкретизировать эт
положение, местообитанием, климатическими условиями и времене
воздействия этих факторов. Местообитание отражает совокупно
действие таких факторов, как материнская порода, рельеф и косвенн
живые организмы. Но еще до установления связи между почвой!
местообитанием было замечено, что в одних климатически
условиях состав древостоя и его состояние зависят от местообитанш
Фактически в значительной степени учение о местообитаниях был
создано раньше почвоведения и определенные разделы до сих nq
оторваны от него.
Одним из основоположников учения о местообитаниях следуе
считать, как справедливо полагает Е.С. Мигунова, А.А. Крюденер
Он построил первую классификацию местообитаний, легшую
основу всех последующих. Однако, самая первая классификаци
местообитаний принадлежит И.И. Гутовичу (табл. 2.1).
В ней отражены режим увлажнения территории (болото, согра
пр.), состав насаждений, притом с указанием состояния деревье;
рельеф местности, напочвенный покров, почвы. Важно отметить, чт
подход к почвам соответствует современным взглядам, хотя сам
почвы не детализированы и о них дается представление скорее в
типовом или даже более высоком уровне. Но автор классификаци
учитывает не только к деревьям, но и напочвенному покрову. Сред
компонентов напочвенного покрова большее внимание уделен
«лесным полезностям», - ягодам, грибам. Эта классификаци
предвосхищает типологию лесов А. Каяндера.
Таблица 2.1. Первая классификация местообитаний И.И. Гутовича (Ш
Местные
названия
Состав на¬
саждения
Топогра¬
фия
Напочвенный
покров
Почва
Примечание
Болото
Леса нет
или с коря¬
вой сосной
Верховые,
низинные,
равнинные
Мхи, клюква,
карликовая бе¬
реза, морошка,
костяника, ба¬
гульник
Торфяная
мощная
Рада
Корявая
сосна и ель
Низкое с
уклоном
Мхи, клюква и
пр
Торфяная
мощная
Более плот¬
ное болото
Согра
Корявая
сосна, ель,
береза
Тоже
Травянистый
Перегной¬
ная, кочко¬
ватая
Сенокоше¬
ние
-24-
Ровнядь
Ель с при¬
месью со¬
сны и бе¬
резы
Ровное
Кукушкин лен,
черника
Подзол
суглинис¬
тый
Лес плохой,
увешан ли-
шайни-ками
Холм
Ель с при¬
месью бе¬
резы
Возвышен¬
ное
Мох, грибы,
брусника, реже
черника
Серый суг¬
линок
Прекрасный
лес
Лог
Ель с бере¬
зой
Низкое, лог
Травянистый
Перегной¬
ная глубо¬
кая, кочко¬
ватая
Древесина
тяжелая,
красноватая
Бор
Сосна (+
ель)
Высокое,
Моховой и тра¬
вянистый, ино¬
гда мертвый,
брусника и го¬
лубика
Песчаная
сухая
Лес прекрас¬
ных качеств
Биль
Сосна и ель
Высокое,
сухое
Мхи, брусника и
черника, грибы
Глинистая,
беловатая
Лес высоко¬
ствольный
Суболоть
Сосна с
примесью
ели, березы
ровное
Мхи, багульник
Песчаная
сырая
Лес высоко¬
ствольный,
древесина
дряблая
Классификация А.А. Крюденера большее внимание уделяет
почвообразующим породам и другим компонентам ландшафта
(табл.2.2.)
Таблица 2.2. Главные типы почвенно-грунтовых условий и
соответствующие типы насаждений (по А.А. Крюденеру)
Внепойменные типы
Грансо-
став
Су¬
хие
Свежие
Свежие с более
значительным
увлажнением
Влажные
почвы
Периодиче¬
ски переув-
лаж-ненные
почвы
Кратко-
временое
затопле¬
ние
Песок,
боры
Су¬
хой
Свежий
наземи-
стый
Свежий кисло¬
перегнойный
Влажный
кисло-пе¬
регнойный
влажный на-
земистый
Илистый
Супесь.
субори
Свежая
наземи-
стая
Свежая кисло¬
перегнойная
Влажная
кисло-пе-
регнойная
Влажно-на-
земистая
Илистая
Суглинки
рамени
Свежая,
наземи-
стая (гру-
довая)
Свежая кисло¬
перегнойная
Влажная
кисло-пе-
регнойная
Влажная на-
земистая
Илистая
(ольсо-
вый
грунт)
Мелкие
супеси и
пески на
суглинах,
сурамень
Свежая
наземи-
стая
Свежая кисло¬
перегнойная
Влажная
кисло-пе-
регной-ная
Влажная на-
земистая
Илистая
-25-
Кроме того выделяют: мелкие пески и супеси на каменист
отложениях - мелкие субори, мелкие суглинки на каменисты
отложениях - мелкие рамени. Пойменные типы леса на периодическ
затопляемых почвах А.А. Крюденер делит на леса в логах и к
поймах, и трясины.
Подборье (на песках и супесях) и подраменье (на суглинкаи
образуют при заболачивании ряд (по степени нарастаю
заболачивания): пендус - согра - сум шара - мшара
При переменном увлажнении бор, суборь, рамень, сурамен
надболотные, (приболотные). При отсутствии перегнойны
горизонтов: сырые бор, суборь, рамень, сурамень.
Классификация А.А. Крюденера легла в основу классификаци
Алексеева-П.С. Погребняка. Последняя лишь упрощена
Учения о местопроизрастаниях (местообитаниях и i
древостоях), возникшие во второй половине XIX в., позволяю
лесоводам быстро и объективно, формализовано оценивать i
прогнозировать состояние древостоя. Недостаток этих учений -
ориентирование на выход древесины с единицы площади в
следовательно, игнорирование всего многообразия функций леса
Этот недостаток в значительной степени был исправлен Г. 4
Морозовым, разработавшим учение о лесе. В его типологии впервы
четко сформулирована мысль о связи местообитания, почвы и тип
леса. Многие таксаторы, ставившие во главу лесоводства состояни
деревьев и выход древесины, вначале не признавали типологии
Однако, как справедливо отмечал В. Н. Сукачев, по мере развита
лесного хозяйства становится важнее учет разнообразных природньв
свойств леса. Наиболее полно связь этих разнообразных свойств лес
с почвами и местообитанием вскрыта в учении В. Н. Сукачева о
биогеоценозах, в котором местообитаниям, их роли в жизни БГЦ
классификации, связи с распределением ассоциаций на поверхносп
Земли отводится одна из важнейших страниц.
Современные представления о местообитаниях были заложены
Г. Н. Высоцким, который первым вскрыл роль рельефа в чередованш
местообитаний. Его разделение местообитаний на плакоры, склоны i
долины как геоморфологические структуры со свойственными ии
комплексами почв затем было развито Д. Милном в учении о катена)
(от англ. катена— цепь, последовательность). Катена —
послдовательность почвенных разновидностей на элементе рельеф?
от плакора до долины, включая склон. Почвы формируются, ка«
правило, на одних и тех же материнских породах, но при разных
формах рельефа и характеристиках стока. В определении катены
заложены две дополняющие друг друга идеи. Во-первых, в пределах
-26-
катены обязательна смена местообитаний, отличающихся такими
важными для почвы и леса параметрами (условиями), как водный
режим и в меньшей степени режим питания (трофический уровень).
Во-вторых, сами катены при одинаковом в принципе изменении
рельефа могут отличаться друг от друга материнской породой, т. е.
прежде всего трофическим уровнем, водным режимом или, по
крайней мере, режимом влажности. (Водный режим почв -
поступление, расход и движение воды в почве, режим влажности почв
— изменение содержания воды в почве).
Катена включает в себя последовательность местообитаний.
В. Н. Сукачев не считал рельеф компонентом БГЦ, но отмечал,
что он имеет большое значение для первой ориентировки в лесных
БГЦ, их выделения и разграничения в природе; в пределах же
однородного рельефа наиболее показательный признак однородности
БГЦ—однородность растительного покрова. Иными словами, БГЦ
одного типа занимают сходные элементы рельефа, сходные
местообитания.
Дифференциация катены на местообитания сопряжена в первую
очередь с изменением водного режима. На плакоре (водоразделе) в
самой верхней части катены в зависимости от условий увлажнения
могут формироваться следующие типы водного режима: 1)
промывной; 2) сезонно-мерзлотный и мерзлотный промывной; 3)
периодически промывной; 4) болотный (верховое болото). Очевидно,
все они связаны со степенью дренированности верхней части катены.
С этим параметром в некоторой степени связана и трофносгь
плакорных местообитаний. При промывном водном режиме в
условиях хорошего дренажа почвы часто обедняются питательными
веществами и тем больше, чем лучше дренированность. Плохая
дренированность сначала способствует некоторому повышению
трофности почв, но в дальнейшем заболачивание территории,
особенно приводит к снижению трофности местообитаний. Кроме
указанных типов водного режима выделен периодически промывной
(промывной в отдельные годы), непромывной (вода осадков не
доходит до грунтовых вод) , десуктивно-выпотной (фунтовая вода
подходит к корневой зоне растений и расходуется на транспирацию),
выпотной водный режим - выход фунтовых вод в поверхностные
горизонты почвы.
-27-
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕСТООБИТАНИЙ
В лесной зоне склоны катен в верхней и средней части обьга
лучше дренированы, поэтому здесь могут формироваться другс
местообитания, часто более «сухие». Трофность их также зависит t
характера дренированносги всей территории, т. е. от того, насколы
вьфажен внугрипочвенный подток питательных вещесц
вымываемых из почвы верхних частей катены. В средней час)
катены почвенные и почвенно-грунтовые воды проходят транзит»
что и отличает эти местообитания от других. В нижних частях катя
(долины) водный режим и трофность могут резко отличаты
Первостепенное значение имеет водный режим долины—застойны
или проточный. Иными словами, здесь также важен харакк
дренированносги территории. В случае проточного увлажнен!
(хорошей дренированносги) образуются самые богатв
местообитания, оптимальные по увлажнению и трофности. Flf
застойном увлажнении (плохой дренированносги) формируют
местообитания болотного типа (низинные и переходные болота
сначала их трофность достаточно высока, а затем они превращают
бедные сфагновые болота. Указанная общая схема увлажнения
связанной с ним трофности более типична для лесотундровой
таежной зон. Она в меньшей степени применима для зон смешанш
и широколиственных лесов (в этих зонах на первый план выход
влияние лесной породы и поемных условий).
Изменение водного режима и трофности в пределах одно
катены и между разными катенами положено в основу классификаци
местообитаний. JI. Г. Раменским введен в почвоведение .
геоботанику метод ординации. В соответствии с этим метода
местообитания (земли) располагают в определенном порядке, по мер
изменения изучаемых свойств. На основании такой ординащ
построена классификация П. С. Погребняка, развивающая идеи Е. I
Алексеева. В этой классификации (табл. 2.1) по богател
местообитаний выделены четыре градации (группы) типов лв
(трофотопов): боры (наиболее бедные местообитания); простые
сложные субори, дубравы (наиболее богатые местообитания
Трофотопы обозначены буквами латинского алфавита (А, В, С, D);
пределах каждого из них на основе типа растений выделены б типо
увлажнения (гигротопов) — от сухих до очень влажны)
обозначенных арабскими цифрами (0,1,2,3,4,5).
Классификацию П. С. Погребняка, разработанную для лесо
Полесья, особенно широко используют на Украине, а в последни
годы и в других странах (РСФСР, Литве). Это объясняется четкость)
-28-
ординации, легкостью и удобством практического пользования.
Однако и с этой классификацией связан ряд проблем, особенно
заметных в последнее время. Во-первых, в ней почва заменена
местообитанием.
Во-вторых, вначале устанавливают характер растительности, а
по нему оценивают трофотоп. Зная растительность и свойственное ей
местообитание, уже после этого по местообитанию, даже лишенному
леса или занятому лесами вторичного происхождения, устанавливают
группу типов леса, для которой они характерны.
Итак, в лесотаксационных работах местообитание оценивается
фактически по составу и состоянию леса, а не бонитету леса в
зависимости от местообитания. Поэтому часто считают, что, если
местообитание можно установить по характеру леса и этой связи
вполне достаточно для понимания разных почвенных условий, то
изучение почвенного покрова — дорогостоящее и излишнее для
практических целей дело. К сожалению, при этом забывают, что типы
почв — это очень высокий таксономический уровень классификации.
Связь между почвами и типами леса следует искать на более низком
таксономическом уровне.
Словом, классификация местообитаний П. С. Погребняка в той
форме, в какой она распространена на Украине, представляет собой
региональную схему, а в целом — абстрактную схему без
конкретного содержания. Поэтому применение классификации на
практике приводит к «региональное™», известной субъективности и
трудности обобщения полученных в разных районах данных.
Как было отмечено выше, система создавалась для полесий, где
мало еловых лесов и, тем более, нет лиственничных. Однако,
классификация применялась лесоустроителями для всех типов леса,
для всех лесных формаций. Это приводило к тому, что для одного
местообитания можно было выделить самые разные почвы с разной
продуктивностью. Мало того, для лиственничников Сибири, сосняков
и ельников Европейской части России часто выделяют одни и те же
местообитания. Выделение типа местообитания может меняться в
зависимости от времени обследования (может создастся разное
представление об увлажнении местообитания).
-29-
Таблица 2.3. Классификация местообитаний по П.С. Погребняку
Гигротопы
Трофотопы
боры, А
субори,В
Сложные субори, С
дубравыБ
0-ксерофиль-
ные, очень су¬
хие)
Бессмертник,
кладония, со¬
сна
Песчаный ко¬
выль, бес¬
смертник, со¬
сна, дуб
Песчаный ковыль,
перловник, осока
волосистая, сосна
Перловник,
мелкие осою
осока волоа
стая, дуб
1 -мезо-ксеро-
фильные (су¬
хие)
Толокнянка,
сон-трава, со¬
сна
Звездчатка,
дуб
Звездчатка, липа,
сосна
Липа, дуб,
ясень
2-мезофильные
(свежие)
Брусника, зе¬
леные мхи,
береза, сосна
Медуница уз¬
колистная,
дуб, сосна,
липа
Медуница узколи¬
стная, ясменник,
липа, дуб, сосна
Дуб, липа,
клен
3 - мезо - гиг¬
рофильные
Черника, мо-
линия, береза,
сосна
Дуб, сосна
Медуница обыкно¬
венная, щитовник
женский, клен,
липа, дуб, береза
Медуница
обыкновен¬
ная, щитов¬
ник женски
дуб, липа,
ясень
4 -гигрофиль¬
ные (сырые)
Голубика,
сфагнум, бе¬
реза
Сфагнум,
ольха, сосна,
дуб
Таволга болотная,
дуб, липа, сосна,
клен, ольха
Таволга бо¬
лотная, бе¬
реза, дуб,
клен, ольха,
ясень
5-ультрагигро-
фильныс (бо¬
лота)
Багульник,
пушица, клю¬
ква, сосна
Сабельник,
ольха
Папоротник болот¬
ный, калужница,
береза, ольхао
Папоротник
болотный,
ольха
В настоящее время имеются более детальные разработки i
характеристике водобеспечениости растений в разны
местообитаниях. Так, Д.Ф. Ефремов и др. предлагает следующу!
более подробную характеристику типов водного режим
местообитаний.
Таблица 2.4. Классификационная схема типов водного режима почв
местообитаний
Класс
увлажнения
Дренаж
Тип гидрологических
горизонтов
Величина давления 1
почвенной воды, кПа
гидрологического !
горизонта
1. Мокрый
Очень плохой,
постоянно
затруднненный
Постоянно застойные,
кратковременно
поверхностно
десуктивные горизонты
0... -30
2. Сырой,
периодически
мокрый
Длительно застойный с
летним периодическим
иссушением до ППВ
0... -700
-30-
3. Сырой
Промывной,
периодически застойный
„0...-30
4. сырой,
периодически
влажный
Плохой,
периодически
затрудненный
Промывной,
периодически застойный
с летним
эвапотранспирационным
иссушением
0... -1500
5.Влажный
периодически
сырой
Средний,
периодически
сдержанный
Промывной,
периодически застойный.
0...-100
6. Влажный
Промывной
U)
0
1
о
о
7. Влажный,
периодически
свежий
Промывной с
периодическим
эвапотранспирационным
иссушением
-30..-1500
8. Свежий,
периодически
влажный до
сырого
Поверхностно -
промывной с
периодическим весенним
кратковременным и
летним ливневым
застойным
переувлажнением (до
ППВ)
о
о
9. Свежий
Хороший,
эпизодически
сдержанный
Поверхностно -
промывной с постоянной
влажностью выше ВЗ
-30...-1500
10. Свежий,
периодически
сухой до очень
сухого
Поверхностно -
промывной с
периодическим
иссушением ниже ВЗ
-30.. .<- 1500
11. Сухой,
периодически
свежий до
влажного
Поверхностно -
промывной с
иссушением почвы
большую часть
вегетационного периода
ниже ВЗ и с
кратковременным
переувлажнением
верхнего слоя до ППВ
при ливнях и таянии
снега.
-30... <-1500
12. Сухой
Хороший,
постоянно
промывной
Поверхностно -
промачиваемый с
иссушением ниже ВЗ в
течение большей части
лета
-30.С-1500
13. Сухой,
периодически
очень сухой
Поверхностно -
промачиваемый с
периодическим
иссушением ниже ВЗ до
МГ
-30 ...«-1500
-31-
Поверхностно -
14. Очень
промачиваемый с
сухой
постоянным иссушением
ниже ВЗ до МГ
Примечание: ППВ -предельная полевая влагоемкость (синоним -НВ, наимены^
влагоемкосгь), ВЗ - влага завядания, МГ - максимальная гигроскопическая влажное]
Влажность оценивается для вегетационного периода для верхнего горизонта почвы.!
|
В разных местообитаниях могут произрастать леса разщ
типов, находящиеся в той или иной стадии развития. В отделыя
случаях это может сказаться на принадлежности местообитад
определенному гигротопу, а возможно, и трофотопу. Поэт»
реальную оценку состояния местообитания можно получить с учета
стадии развития растительного покрова местообитания. Эту мыа
следует пояснить. Еще Г. Ф. Морозов выделил коренные, близкие и
особенностям своей жизни к зональным типы леса и производи
(временные). Ясно, что вторые произрастают в тех i
местообитаниях, что и коренные, но почвы и почвенный покров моц
существенно различаться вод ным режимом (в производных леса
возможно заболачивание почв), содержанием гумуса и питательна
веществ, плотностью почв, количественным составом почвенга
комбинаций (рис.2.1).
Сукцессия и изменения подзолистой почвы
Рис. 2.1 Изменение почв при сукцессии. Ги бель леса - травяные
ценозы - вторичный лес — первичный лес. Появление и сработка
гумусового горизонта
-32-
i
Определенное единство коренных и производных типов леса в
свое время вызвало к жизни классификацию местообитания по
коренному типу независимо от того, какой из них занимает
местообитание в данный момент. Как вариант этого типа
классификации можно назвать классификацию А. К. Каяндера (о
которой упоминалось выше), где название местообитания дано по
преобладающим растениям травяно-кустарникового и напочвенного
ярусов. Б. П. Колесников включает в тип лесообразования (тип
местообитания) вместе с коренным все возрастные состояния и все
фитоценозы, последовательно сменяющиеся на данном
местообитании, например, после пожара. Для дальневосточных лесов
пожары, по его мнению, обязательная стадия, а общий цикл развития
лесообразовательного процесса охватывает 500—600 лет. Типом леса
Б. П. Колесников называет этап, или звено,
лесообразовательного процесса, протекающего в границах некоторого
типа лесорастительных условий (экотопа) и определенного физико-
географического региона за отрезок времени, равный
продолжительности жизни хотя бы одного поколения
лесообразующей древесной породы.
ЛЕСНАЯ ТИПОЛОГИЯ
Связь местообитаний с ассоциациями (типами леса) раскрыл В.
Н. Сукачев в эколого-фитоценотической классификации. В ельниках
тайги, послуживших исходной моделью классификации, он выделил
пять групп типов леса, соответствующих пяти типам местообитаний.
I. Ельники-зеленомошники — в хорошо дренированных
местообитаниях, на супесчаных, суглинистых или глинистых не
заболоченных почвах.
II. Ельники-долгомошники—местообитания слабо дренированы,
почвы такие же, но уже несколько заболочены.
III. Ельники сфагновые—местообитания не дренированы, почвы
заболочены.
IV. Ельники болотно-травяные—заболоченное дно логов с
проточной водой.
V. Ельники сложные — местообитания с богатыми, хорошо
дренированными почвами, часто с близким залеганием известняков.
В каждую группу входит несколько типов леса, например, в I —
ельник-кисличник, черничник и брусничник (широко распространены
и переходные между ними типы леса), однако один из них является
как бы стержневым, наиболее полно выражающим свойства данной
группы, а остальные связаны с другими группами. Такой подход
-33-
позволяет дать схему связи разных типов леса (рис. 2.2). На эк
рисунке четко выделяются несколько рядов.
Рис. 2.2. Система эколого-фитоценотических рядов типов ельника,
группы типов: I—сфагновые; П—долгомошные; Ш—зеленомошные
IV — болотно-травяные; V — сложные; типы: 1 — брусничный; 2-
кисличный; 3 — приручьевой; 4 — сфагновый; 5 — долгомошный; I
— черничный; 7 — липовый; 8 — дубовый; 9 — осоково-сфагновый
10—сфагново-травяной.
Зависимость бонитета от типа леса
брусничник зеленомошник
Тип леса
Рис.2.3. Зависимость бонитета ели и сосны от типа леса
Стержневая группа — ельники зеленомошные, стержневы
типом которой являются ельники кисличные. От этого типа
стержневого для всех еловых лесов тайги, идут ряды А, В, С и О. Ря
-34-
А характеризует возрастание сухости почв к ельнику брусничному без
повышения плодородия почвы; 3 — возрастание влажности и
ухудшение аэрации почв к ельнику черничному— долгомошному —
сфагновому; С — повышение плодородия почв и улучшение их
аэрации (через липо-ельник к дубо-ельнику); О—увеличение
увлажнения проточной водой к ельнику приручьевому.
Указанная схема послужила основой для разработки
обобщенной системы связи типов леса, включающей и другие типы
формаций (лиственничники, сосняки, дубравы). В этой схеме (рис.
2.3) используется идея А. К. Каяндера о сходстве и диагностической
ценности напочвенного покрова каждого типа местообитания. Для
тайги выделены 11 типов местообитания, земель или циклов:
кисличные, черничные, долгомошные, липовые, дубовые, сфагновые
и брусничные, лишайниковые, приручьевые и сфагновые болота,
известняковые и меловые.
В основу обобщенной схемы взят стержневой цикл Oxalidosa —
кисличник (центральный член схемы). От него отходят четыре ряда
остальных циклов: к лишайниковому возрастает сухость почвы
(верхний ряд), к сфагновому болоту с сосной—заболачивание (левый
ряд), к известняковым и меловым местообитаниям—плодородие
(правый ряд), в нижнем ряду к приручьевому циклу—влажность без
застоя воды (богатство воды кислородом).
Рис. 2.3. Обобщенная схема эколого-фитоценотических ареалов
древесных пород [89]:
I—пихтарники; II, V—лиственничники (л. сибирская и л. даурская); III—
ельники; IV—кедровники; VI — сосняки; VII—дубравы; циклы: 1 —
лишайниковые; 2 — брусничные; 3 — кисличные; 4—приручьевые; 5—сфагново¬
болотные; 6—сфагновые; 7—долго-мощные; 8 — черничные; 9 — липовые; 10—
дубовые; 11 — известковые и меловые
-35-
На схеме четко обозначены экологические условия разш
групп формаций, включая дубравы. Тесная связь тип
местообитаний и типов леса четко просматривается на во
приведенных схемах. Но, как ни странно, в меньшей crenei
оценивается связь почв с указанными местообитаниями. Почвеннь
фактор в этой схеме фигурирует в виде «богатства почв
оцениваемого по данным гранулометрического (механическоп
состава и в некоторой степени минералогии (известнякови
местообитания).
В настоящее время для лесов России и прилегающих страна
(исключая южные и горные леса) построены типологии
соответствии с принципами В. Н. Сукачева. (Табл.2.5-2.7).
-36-
Таблица 2.5. Наиболее распространенные типы леса на Севере европейской части России
(Лесотаксационный справочник, 1973)
Напочвенный покров
Редкий — кошачья
лапка, олений мох
Брусника, черника,
вейник, зеленые мхи
Кислица, майник,
ягодники, копытень,
зеленые мхи
Черника, брусника,
зеленые мхи,
кукушкин лен
Кукушкин лен,
брусника, черника, в
пониженных
голубика, местами
фагнум
Подлесок
Отсутствует или
редкий —
ракитник, дрок
Редкий — рябина,
крушина, ракитник
Отсутствует или
редкий — рябина,
жимолость,
бересклет
Редкий — рябина,
крушина, ива
Редкий — ива,
рябина
I '—
Возобновление
Отсутст-вует
или редкое
Сосна — редкое
групповое
Ель — средней
густоты
.
Ель — в окнах,
редко сосна,
береза
Редкое — сосна,
береза, ель
Почва
Сухие и тощие
; пески
Песчаная сухая
Супесчаная или
Легкосуг¬
линистая свежая
Песчаная, под¬
золистая, влажная
Песчаная, серая
X
X
<и
*
О
эК
X
- 31
* £ 5
X и» S
3
ш
со
§
2 ©
if
X
iM
X
н
о
2 ж «
х з
4**5
4>
О
X
X
g -е-з
о
G
a I S
|р§
Ш ы со
* 1
а> х
* й
и а
-11
с s а
0 X § |
в ш с 3
сл се X О
ГО О. X X
Щ 2 Ё
ё аа
4 £
9 *
V * ®
i 8 |
П
о
i
iS И V
О. О С
с §•
5
о
LQ
ш
ш
Ш
м
се
2 i
* g
vo
III (IV
(III) и
§
п)И1
III (IV
л
о
о
s
2
X
3
«С
3
3
X
3
к;
с
S
11 *
S
X
X
ST
X
о
3
о
Н
§ a g
о х S
о
>»
А
5
X
X
о.
и
CJ ч §
ш
:г
§
Кассандра,
багульник, подбел,
сфагнум, кукушкин
лен
Осоки, подбел,
пушица, сфагнум
Богатый, разнооб¬
разный
Средней густоты —
крушина, шипов-
кислица, майник, чик
Черника, брусника
кислица, майник, ива
зеленые мхи, ку¬
кушкин лен
Осока, пушица,
голубика, Кассандра,
сфагнум
Мощный густой —
таволга, крапива,
хвощ, зеленые мхи,
кукушкин лен
Развит, но меньше
ива крупнотравья
Редкий — ива
Нет
Отсутствует или
редкий: липа,
рябина
Редкий — рябина,
сныть, зеленые мхи
Отсутствует или,
редкий—рябина,
Отсутствует или
редко — ольха, ива
Средней густоты —
рябина, ива
Редкий — ольха.
редкое — сосна
То же
Отсутст-вует
Редкое — ель,
пихта
Групповое —
ель
Редкое, небла¬
гонадежное
Редкое
групповое —
ель
Редкое — ель
Торфянис-тая
..
Торфянистая,
мокрая
Супесча-ная
свежая и влажная
Среднеподзолист
ые суглинки
Оподзоленные
суглинки с
оглеением
Торфянис-тая
Торфяни-сто-
иловатая. влажная
Торфяно-глеевая
Запади-ны
Заболо¬
ченные
западины
Пологие
склоны
Возвы-шенная
на водораз¬
делах и
склонах
Нижние части
склонов,
понижения
Заболоченные
западины
Долина ручьев
с проточной
водой
Пони-женные
части рельефа
с
*=;
е;
с
и
О
О
US
V о
о
О
1
1
ш
и
и О
О
ш
>
/—
'л'
>V
>
>
ев
>
5г
е
>
В
>
Ч
«
о
э5
Jb 3
1
Ё
* £
>s
2
X
а
§
6 3
S о ^
и
&
*
а
X
ы
S
£ к
* CQ
|
S
о в S
* fa г
О.
Я
ос
в
& X
UJ X
о
=2 «в
ш е-
S
к
а
S
о Й S
о *0" о
О О W
лог
(Гф!
1
ТаОлнца 2,о. наиоолее распространенные типы леса на у рале ^л«си ■ ямяцииппьт сирявилпт^ 17^;
Единичный — жи¬
молость, шиповник,
рябина
Липа, жимолость,
волчье лыко
Г рупповой — ши¬
повник, рябина,
малина
Шиповник, малина,
рябина, можже¬
вельник
Ольха, черемуха,
рябина, малина
Багульник,
Кассандра, ива
Багульник,
Кассандра, ива
Орляк, вейник,
земляника
Сныть, вейник,
медуница
Густой разнооб¬
разный — сныть,
герань, рогоз
Зеленые мхи,
черника, кислица,
иван-чай
Высоко-травный
густой — таволга,
крапива, дудник
Кукушкин лен,
сфагнум, хвощ,
черника
Сфагнум, осоки,
пушица, хвощ
Неравно¬
мерное, слабое
— сосна, редко
ель, листвен¬
ница, береза
Удовлетвори¬
тельное —
сосна, липа,
береза, осина
Неравномерное
— сосна, редко
береза, пихта
Удовлетвори¬
тельное — ель,
пихта, редко
береза, сосна
Удовлетворител
ьное — сосна,
береза, редко —
кедр, ель
Редкое
куртинное —
сосна, ель, кедр,
осина, береза
Редкое угне¬
тенное — сосна,
береза, ель
Средние и
нижние части
склонов
Ровные дрени¬
рованные участки
Ровные при¬
поднятые участки
Ровные водо¬
разделы, слабые
возвыше-ния
Дренирс ванные
придолин-ные
склоны
Плоские участки,
слабодре-
нирован-ные
Низкие поймы и
котловины
Дерново-
подзолистые
супеси на
суглинках
Дерново-
подзолистые
окарбо-
наченные
суглинки
Дерново-под-
золисгые
суглинки
п
С §
8 3 ?
oh®
я 2 «
5 я <D
!§ 1
Дерново-
глеевые
суглинки
Торфянисто-
глеевая
тяжелая
Мощная тор¬
фянистая
£2
It-tll
III-IV
>—<
>
1
>
У-Уа
Лц
|
из «=:
я
*=:
Ю"
X
С
ш
3
из
*л из
5й
ш
*3
w
’’орляковый
травяно-ли-
повый
разнотравный
мшисто¬
черничный
Высокотрав¬
ный
долгомошно-
хвощево-
сфагновый
осоково¬
сфагновый
Таблица 2.7. Наиболее распространенные типы леса в Восточной Сибири (Лесотаксационный справочник, 1973)
Подлесок
Спирея, шиповник,
жимолость
Тоже
Спирея, шиповник,
можжевель-ник
Рябина, жимолость,
шиповник
Редкий — шиповник,
рододендрон
!
Напочвенный
покров
Осоки, костяника,
герань
Вейник, брусника,
костяника
Брусника, вейник,
чина, мох
Черника, брусника,
дикранум
Толокнянка, сон-
трава, брусника
Возобновление
Редкое, со сменой
пород — сосна,
лиственница,
береза, осина
L. .
Средней густоты
— сосна, ли¬
ственница, береза
Средней густоты,
благонадежное —
сосна, кедр, ель,
лиственица
Средней густоты
со сменой пород
— сосна, кедр,
ель. пихта
Средней густоты
без смены пород
— сосна, береза
Положение
Пологие южные
склоны
Среднекру-тые
южные склоны
Крутые и сред¬
ние северные
склоны
Вогнутые водо¬
разделы,
пологие склоны
Террасы,
южные склоны
Почва
Суглинис-тая
свежая подзо¬
листая
То же
Свежие подзо¬
листые
суглинки и
супеси
Свежие подзо¬
листые
суглинки
Суглинки
сухие и
свежие, силь¬
ноподзол¬
истые
Класс
бонитета
7
I
5
3
>
При-месь
древесных
пород
Лц, К, Б
я
*=5
Лп, Б
Б, Ос, Лц
Тип леса
Сосняк:
злаково-раз-
нотравный
Разнотрав-но-
бруснич-ный
бруснично-
зеленомош-
ный
черничный
толокнянни-
ковый
i
л
Средней густоты—
ольховник, шиповник
•
Редкий — ольха, ива
Редкий — ива
Редкий — шиповник,
спирея, кизильник
Средней густоты —
спирея, кизильник
Спирея, жимолость,
рябина
Осоки, черника,
голубика,
кукушкин лен
Брусника, прострел,
мох Шребера
Багульник, голуика,
сфагнум, мох
Шребера
Осоки, багульник,
сфагнум
.
Чина, горошек,
грушанка
Вейник,
костяника, мятлик,
чина
Брусника, чина,
вейник, зеленый
мох
СрсднеИ густоты
без смены пород
— кедр, ель,
береза,
лиственница
Средней густоты
— осока, сосна
Средней густоты
— сосна, ель,
кедр, береза
Редкий без смены
пород — сосна,
береза, ель
Средней густоты,
со сменой пород
— береза,
лиственница
Густой, со сменой
пород — береза,
лиственница,
сосна, осина
Средней густоты
— кедр, ель,
пихта, сосна
Ложбины,
нижние части
склонов
Песчаные
террасы, гряды,
дюны
Слабосточ-ные
ложбины и
склоны
Пониже-ния
Южные
выпуклые
склоны
Пологие склоны
всех экспози¬
ций
То же
ВШные '
суглинки, тор-
фянисто-пере-
гнойные
Супесчан-ая
слабодер¬
ново-
подзолис-тая
Торфянис-то-
перегной-но-
Подзолис-тая
Торфянис-тая,
мокрая и
сырая
Суглинис-тая,
свежая
дерновая,
лесная
Суглини-стая
и супесчаная
свежая
То же
>t
ов
>
1
>
>
>
•
1
ьс
и,
d
1
«=!
ш
1
1
3
£
I
>к
5 «5
П *4
1 3
•
о в *5
3 о *5
Oil
О V
О Си X
И
4 *
1“
5 о
£
о
*0*
1 «1
IM
s S 3
1 ^
И
If
к ^
8 11
Ч SB
ей ч х
о
*=: х о
п X
и ю х
Шиповник, ива,
ольха
Смородина, рябина,
ива
Редкий — шиповник,
ива
Редкий — рябина,
шиповник, ольха
Средней густоты —
спирея, жимолость,
рябина
Средней густоты —
ольха, шиповник,
смородина
Средней густоты —
рябина, шиповник,
ольха
Тоже
Редкий — рябина,
[шиповник, ива
Осоки, грушанка,
зеленые мхи
Хвощ, осоки,
кукушкин лен
Багульник,
голубика, сфагнум
Осока, вейник,
ветвистый мох
Брусника, майник,
кислица, ветвистый
мох
Осоки, вейник,
хвощ, черника
Черника, брусника,
кислица, майник
Кукушкин лен,
зеленые мхи, осоки,
брусника
Кукушкин лен,
осоки, брусника,
голубика
Средней густоты
— кедр, ель,
береза, лист¬
венница
То же
Редкий — кедр,
ель, лиственница,
береза
Густой, возможна
смена пород —
пихта, кедр, ель
Средней густоты
— пихта, ель,
кедр
Тоже
Средней густоты
— пихта, кедр,
ель, береза
Тоже
Средней густоты
— ель, кедр,
пихта.
Нижняя часть
северных
склонов
То же
*
Водоразделы и
пологие южные
склоны
Южные склоны
Северные поло¬
гие склоны и
водораз-делы
Водораздел
верхняя часть
северных
склонов
То же
Нижние части
северных
склонов
Суглини-стая,
влажная и
сырая
То же
Торфяни-сто-
перегной-ная
сырая
Суглини-стая
свежая и
влажная
Суглини-стая
свежая и
влажная
Суглини-стая
торфяни-сто-
перегнойная
Суглинис-тая
свежая и
влажная
Суглини-стая
влажная и
сырая
То же
>
ИМУ
ев
>
1
>
7
1П-1У
£
i
111-1У
ИМУ
1У-У
ttf
и
ш
Ш
ш
4
Лц, П
с
uS
to
4
s?
а
е=:
ш
долгомошно-
зеленомош-
ный
ОСОКОВО-
хвощевой
багульнико¬
вый
Кедровник
ё
со
О
а &
Брусничный
ольховый
черничный
ii
1
ill
долгомошный
сосняк
i л
В *
i х
Т*
' В
SI
Средней густоты—
ива
Средней густоты —
спирея, шиповник,
жимолость
То же
Шиповник,
смородина, ива,
рябима
Шиповник,
смородина, ольха
Редкий — ива,
смородина
Средней густоты—
ива
ягуянояг,
голубика, брусника
Осоки, сфагнум,
хвощ, брусника
Брусника, черника,
вейник, мох
Черника, брусника,
майник, мох
Шребера
Осоки, вейник,
борец, хвощ
Хвощ, осоки,
зеленые мхи
Багульник, голу¬
бика, осоки
Сфагнум, голубика,
осоки, багульник
срсдмся густоты I
— ель, кедр,
пихта
Редкий — кедр,
ель
Средней
густоты—ель,
кедр, пихта
Возможна смена
пород
Редкий — ель,
кедр, пихта
То же
Редкий — ель,
кедр
То же
нижние части
северных
склонов
Пониже-ние с
избыточным
увлажнением
Пологие
северные
склоны
То же
Вдоль рек и
ручьев
То же
Пониже-ния
вдоль рек
|
g S
(la
£ | §*
Г S о
То же
Свежие и
влажные
суглинки
То же
Перегной-ная
сырая глеевая
То же
Торфя-
нисто-
перегной-ная
сырая
Торфянистая
мокрая
Л—AI
У-Уа
>
ев
>»
>
1У-Уа
и
U
То же
К, Лц
То же
К, Лц, Б
То же
•
багульнико- I
вый
осоково¬
сфагновый
1 Ельник: ]
Бруснич-ный
черничный
Приручьевой
осоково¬
хвощовой
Багульнико¬
вый
сфагновый
В таблицах указаны почвы по классификации Е.Н. Иваново!
Н.Н. Розова. В настоящее время используют другие классификао
почв, а ряд почв вообще выведен из подзолистого типа.
Эта типология четко показывает различный подход
выделению почв под разными типами леса в общих и региональш
классификациях. В общих классификациях указывают механичесю
(гранулометрический) состав почвы, наличие торфянисто
(торфяного) и глеевого горизонтов. В региональных типологш
(например, для Урала) выделяют соответствующие почвы для разни
типов леса (бурые, дерново-подзолистые, разной crenel
щебнисгости и карбонатности). Гранулометрический состав почв в
этом случае служит важным диагностическим признаком
выделению типов леса и местообитаний.
Выделенные В. Н. Сукачевым циклы, как и местообиташ
другими авторами и земли JI. Г. Раменским, при обще
фитоценологической характеристике (одинаковом соега
фитоценоза) могут резко отличаться по почвам, поэтому их следу!
относить к совершенно разным БГЦ. Так, Н. В. Дылис привод!
пример ельников черничных, которые могут формироваться «
темноцветных почвах (Родопские горы, Болгария), и на дернок
подзолистых (южная подзона тайги), и подзолистых (северная тайга
В этом случае, один фитоценоз еще не приводит к тождеству БП
Последние совершенно разные, в частности по общей биологически
продуктивности. В то же время бывают случаи, когда разнк
фитоценозы составляют один БГЦ. Например, смена видового состав
древесной породы (лиственниц курильской или даурской) может ив
вызвать изменение какого-либо компонента БГЦ или процесс
сохранение всех связей между компонентами БГЦ в тех я
количественных выражениях и позволяет объединить эти разнк
фитоценозы в один БГЦ.
Все сказанное вновь возвращает нас к главной мысли, что
реальных природных условиях конкретному типу местообиташ
соответствуют свои группы типов леса и типов почв (рис. 2.4).
-46-
Схема В.Н. Сукачева
для ельников
Торфянисто¬
подзолистые
Торфяно-
глевые,
торфяно-
подзолисто-
глевые
трофность ж
Бурые, |
С подзолистые,
олотно- дерново-
вяныс подзолистые
Бол
ГЩ1
ПерегнойнФ-глевые
мР-ГЛ
Рис.2.4. Почвы и типы леса в зависимости РТ влажности и трофности.
Раньше, когда леса использовали в основном как источник
древесины, сложная типология их и не требовалась, бонитет
местообитания (леса) давал полное представление о выходе
древесины. Теперь же, когда широко используют другие функции
леса (защитные, побочные полезности и др.), необходима более
детальная оценка его, и в этом случае типология предоставляет
’практикам те критерии, по которым можно прогнозировать наиболее
оптимальное использование леса. Типология дает представление о
трофических ’связях в лесу, о фитокомпоненте—первом звене этой
трофической цепи, определяющем численность и видовой состав
зоокомпонента (в частности, охотничью ценность леса).
Большое значение в прогнозировании использования типа леса,
включая особенности восстановления его после рубки, имеют почва,
почвенный покров, почвенный компонент леса. Важность учета
почвы в лесной типологии подчеркивали Г. Ф. Морозов, В. Н.
Сукачев, С. В. Зонн и многие другие исследователи. В. Н. Сукачев
вводил название почв наряду с названием фитоценоза в название типа
БГЦ. Но в то же время анализ ряда показателей развития древостоя, в
частности прироста по высоте и диаметру, показал, что иногда нет
прямой связи мевду ними и почвой. Такой постоянной и прямой
связи нет и между этими же параметрами древостоя и местообитаний
(различные местообитания могут иметь одинаковый класс бонитета, а
идентичные—разный). Отсутствие тесной связи, очевидно,
-47-
сопряжено с тем, что не учитывается в должной мере почвенны
покров местообитаний.
Почвы и местообитания также связаны между собой, но эн
связи в ряде случаев не такие явные. Например, почти на все
местообитаниях Московской обл. (южная подзона тайги), л
исключением песчаных и супесчаных террас, пойм и долин мелки
речек, формируются почвы, дифференцированные на аккумулятивно
элювиальную и иллювиальную толщи. Если учесть, что верхни
горизонты почвы неодшлфатно перемешиваются животными i
ветровалами, то иллювиальные горизонты накапливают воздействи
всех элювиальных горизонтов, формировавшихся здесь н
протяжении голоцена. Верхние же аккумулятивно-элювиальны
горизонты в большей степени связаны с воздействием современной
БГЦ. Как уже указывалось выше, смена поколений деревьев I
естественных лесах сопровождается педотурбациями, поэтому каждое
поколение как бы заново формирует верхние горизонты почв (рис
2.4). Очевидно, именно поэтому их свойства, включая содержали)
гумуса и мощность гумусового горизонта, обменные основания и pH
коррелируют с типом леса, но меньше с его производительностью. В
то же время оценка всей толщи почвы обычно коррелирует t
приростом древостоя.
Запасы гумуса и питательных элементов в верхних горизонтах
часто являются функцией данного типа БГЦ, данного типа леса. Они
образуются в результате поступления и разложения опада. Поэтом)
обратная зависимость (корреляция содержания гумуса и другик
компонентов в горизонте А1 с типом леса) бывает чаще, чем пряма]
(зависимость текущего прироста от свойств данного горизонта). Связь
между местообитанием, почвой и типом леса (вернее, фитоценозом)
прослеживается по следующей схеме: местообитание определяет тип
фитоценоза, последний формирует в данных климатических условиях
тот или иной почвенный покров, но его в значительной степени
определяет и местообитание. В соответствии с этой схемой
местообитание— одно из главных условий, определяющих и почву, н
фитоценоз; главное, но не единственное. Не менее важный фактор
климат («макроклимат»),- но в условиях одной катены он более или
менее одинаков.
При оценке лесорастительных условий по местообитаниям их
определяющая роль в развитии фитоценоза позволяет выявим
возможности данного типа леса. Поэтому-то при классификации
местообитаний, как правило, ограничиваются общими придержками,
избегая конкретных оценок. В результате такого подхода (оценка
лесорастительных свойств по местообитаниям) раскрывается картина
-48-
потенциального развития лесных БГЦ в условиях изученных катен,
но в меньшей степени отражается действительное состояние
изучаемого леса.
Классификация местообитаний помогает оценить возможную
потенциальную продуктивность леса в конкретных условиях главным
образом по выходу древесины. Но, как уже отмечалось, другие
функции леса (побочные пользования, защитная, санитарно-
гигиеническая, рекреационная и др.) не отражаются в существующих
классификациях местообитаний. Типология В. Н. Сукачева, если
использовать последовательно принципы биогеоценологии, позволяет
оценить и указанные аспекты.
Разброс классов бонитета деревьев в пределах местообитания
хорошо иллюстрируют данные Н.Ю. Гончарук по Центрально¬
лесному биосферному государственному заповеднику (табл. 2.8).
Таблица 2.8. Связь местообитаний с типами леса, классами бонитета и
почвами, Тверская обл., южная тайга (данные Н.Ю. Гончарук)
Тип
место¬
обита¬
ния
Тип леса
Бони¬
тет
Почвы
А2
сосняк липняково-ясменни-
ковый(гар?г по ельнику с со¬
сной)
I,IUV
дерново-подзолистые (д.-п.), д.-п.
контактно огленные (ко), палево-
нодзолистые к.о., палевоподзолистые
грунтово оглеенные (г.о.)
АЗ
сосняк кисличный (гарь по
ельнику с сосной)
1,11,1V
палевоподзолистые г.о.и к.о., отор-
фованные подзолистые г.о., торфя¬
нисто-подзолистые
поверхностно глееватые (п.г.)
А5
багульниковый сфагновый,
хвощево-сфагновый
IV,V,V
а
торфяные верховые различной мощ¬
ности, торфяно-глеевые верховые
В2
кислично-сфагново-чернич¬
ный, сфагново-черничный,
кислично-черничный, чер¬
ничный
Г,П,Ш
торфянисто-подзолистые
п.г.,торфянисто-подзолистые по¬
верхностно иллювиально-гумусовые
грунтово глееватые, оторфованные
подзолистые г.о., подзолистые ил-
лювиально- (гумусово) железистые
ВЗ
мертвопокровно-чернич-
ный,хвоцево-сфагновый,
сфагново-чернич¬
ный,черничный,ччернично-
кисличный
1,11,III,I
V
подзолистые иллювиально- (гуму¬
сово) железистые, верховые тор¬
фяно-глеевые, торфянисто (торфяно)
подзолистые оглеенные, оторфован¬
ные подзолистые г.о.
В4
долгомошный, кислично-
сфагново-черничный, сфаг-
ново-хвощевый, сфагново¬
черничный,сфагновый, чер¬
ничный,
II,III,
IV,V
торфянисто (торфяно)-подзоли-
стые,верховые торфяно-глее¬
вые,подзолистые иллюви-
ально(гумусово)железистые, вер-
хоаве торфяные
-49-
В5
осоково-сфагновый, сфаг-
ново-хвощевый, сфагново¬
черничный, сфагновый, тро¬
стниковый
>
S >
торфяные верховые мало- и средне
мощные, верховые торфяно-глеевы
торфянисто (торфяно) -подзолиста
оглеенные
С2
чернично-кисличный, кис¬
личный, злаковый, снытье*
вый, липняково-ясменнико-
вый, кислично-неморальный
1,П,Ш
оторфованные подзолистые г.о.,
палевоподзолистые г.о. и к.о., д-п.
к.о., буроземыоподзоленные
СЗ
ильмово-пролесниковые,
кисличный липняково-яс-
менниковый неморально¬
кисличный, папоротниково-
таволговый снытъевый, зла¬
ковый, чернично-кисличный
д.-п., д.-п. к.о. и г.о., палевоподзол*
стые г.о. и к.о. перегнойно-подзол»
сто- глеевые, оторфованные подзо¬
листо г.о.,
С4
неморально-кисличный, па-
поротниково-таволговый,
хвощево-папоротниковый,
разнотравно-папоротнико-
вый, чернично-кисличный
1,и,ш,I
V
д.п. г.о., слабодерново-подзолистые
поверхностно и грунтово глееватые,
перегнойно-подзолистб-глеевые,
торфянисто-подзолистые поверхно
стно иллювиально гумусовые, тор*
фянисто-подзолистые потечно гум-
ксовые
С5
неморально-кисличный, па-
поротниково-таволговый,
хвощево-папоротниковый
1,п,ш,I
V
д.п. к.о. и г.о., слабодерново-подзо-
листые поверхностно и грунтово
глееватые, перегнойно-подзолисто-
глеевые, торфянисто-подзолистые
поверхностно иллювиально гумусо¬
вые, торфянисто-подзолистые по¬
течно гумкеовые
D3
ильмово-пролесковый, кра¬
пивный липняково-ясменни-
ковый, неморально-кислич-
ный
1,и,ш
д.-п. г.о., псрегнойно-подзолисто-
глеевые,д.-п., д.п. к.о.
D4
крапивный страусниковый
i,ii,iii
Перегнойно-подзолисто-глеевые,
дерново-глеевые
Одному местообитанию соответствует несколько почв, разбро
классов бонитета на 3-4 градации.
Таблица 2.9. Типы леса и классы бонитета в ЦЛГБЗ, Тверская обл.,
южная тайга (Н.Ю. Гончарук)
Группа типов леса
Класс бонитета
I
П
III
IV
V
Неморальные
24
60
16
0
0
Кисличные
12
45
38
5
0
Черничные
5
27
60
8
0
Папоротниковые
0
5
27
66
2
Сфагновые
0
4
20
53
23
-50-
Аналогично ведут себя типы леса, но при этом просматривается
закономерный сдвиг класса бонитета по группам типов леса от
неморальных (наибольшая доля лучших классов бонитета к
сфагновым (наибольшая доля наихудших классов бонитета).
Можно сделать вывод, что типы леса более информативны, чем
типы местообитания, но оба эти подходы оправданы и можно вполне
использовать при оценке лесов: как типы местообитания, так и типы
леса. Необходимо переходить на количественные методы оценки
местообитаний, типов леса и почвенного покрова, включая поиски
функциональных связей между этими природными компонентами. Но
в случае облесения бывших ландшафтов трудно установить тип
местообитания и леса, бывших в ландшафте до сведения леса. В этом
случае представления о возможном состоянии будущего леса могут
дать только почвы.
-51-
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Лес как природное явления оказывает заметное влияние
окружающую среду. Он влияет на состав атмосферы, гидросфер
почвы, биологический и геологические круговороты. В том числе <
влияет на климат.
3.1 Влияние леса на климат
Климат - это распределение ряда типов погоды в многолетв
цикле. Влияние леса на погоду не приводит к заметным отличит
погоде лесных и безлесных территорий в одной климатической за
Но ряд параметров погоды заметно различаются в лесу и
безлесных участках. >
Влияние леса на поступление солнечной радиации
Лес задерживает солнечный свет, достижение которого почк
весьма ограниченно (табл. 3.1.)- Разные типы леса различают
незначительно по освещенности поверхности почв. Освещенной
почвы неодинакова в зависимости от высоты точки, от положения!
отношению к кроне и пр.
Таблица 3.1. Освещенность (люкс) в лесу на разной высоте (м) от поч
(по А. А. Молчанову, 1961)
Тип леса
На почве
0.3
1.3
Ю ;
Снытевая дубрава
628
884
1676
20680:
Липово-осоковая дубрава
1248
1676
2347
21689?
Снытево-осоковая дубрава
1543
1994
5119
24689 i
Открытое место
65000
6500
6500
6500
Можно видеть, что освещенность почвы в лесу на два поря»
меньше, чем на открытом месте. Меняется освещенность также п
высоте. Следовательно, можно ожидать, что и другие климатическ*
параметры окажутся различными в лесах и на открытых местах.
3.1.1. Влияние леса на поступление осадков
Многие авторы считают, что над лесом увеличивает
вероятность выпадения осадков, и что в лесу осадков выпадае
больше, чем на безлесной территории. Достоверных данных о така
влиянии леса нет. Установлен опушечный эффект леса, где обычм
скапливается максимум снега. Кроме того, опушка леса задерживав
-52-
Горизонтальные осадки. В то же время под пологом леса, глубине
лесного массива, поверхности почвы достигают заметно меньше
Ьсадков, чем на безлесной территории. Часть осадков в лесу
Одерживается кронами деревьев и испаряется в атмосферу, не
Достигая поверхности почвы (рис.3.1).
Задержание осадков (25 мм)в
зависимости от полноты сосняка
!*
943 552 510 447 364 шт/га
Рис.3.1. Влияние леса на климат
Небольшие осадки малой интенсивности задерживаются почти
нацело (более 90%). Более продолжительные дожди и дожди с
большой интенсивностью задерживаются кроной леса в меньшей
степени (5-50%). Зимой, часть снега, задержанная кронами хвойных
пород, сублимируется (испаряется) непосредственно в атмосферу. В
среднем, в чаще леса запасы снега и воды в нем меньше на 10 -50%
по сравнению с открытым местом (полем, лугом). Таким образом, в
лесу поверхности почв достигает в среднем всего 83-94% от осадков,
выпавших на открытом месте.
В летние месяцы относительная влажность воздуха в лесу
обычно измеряется 80%. На открытом месте относительная
влажность ниже на 15-20% (она достигает 60-65%). Такие различия
-53-
означают, что испарение воды из почвы в лесу идет медленнее, чен
открытом месте.
Лес потребляет больше воды, чем травяные ценозы, что!
сведении леса часто приводит к временному заболачиванию а
(формированию застойного типа водного режима) на равнинах
горах (и на склонах) лес способствует переводу поверхностного ci
воды во внутрипочвенный. В результате такого пере»
увеличивается влажность почв. Благодаря этим двум особенное!
водного режима лесных почв Г.Н. Высоцкий сформулировал а
знаменитый афоризм: лес сушит равнины и увлажняет rq
Последующее поселение леса на равнинных почвах, в резулы
энергичного потребления воды деревьями, снимает застой!
режим.
3.1.2. Влияние леса на температуру воздуха и почвы
Лес сглаживает температуру воздуха внутри древосл
Меньшее проникновение солнечного света под полог л
определяет более низкую летнюю температуру воздуха внч
массива леса. Зимой, наоборот, лес уменьшает теплоизлучении
результате чего температура воздуха в лесу зимой в первую половч
несколько ниже, а во вторую - выше, чем на поле.
Таблица 3.2. Средняя температура воздуха в Теллермановском
лесничестве (no А.А. Молчанову)
I
II
III
VI
V
VI
vn
VIII
IX
X
XI
лее
-9.1
-10.0
-4.5
6.0
15.7
18.7
19.8
19.2
12.9
6.0
-2.9 I
вырубка
-9.1
-10.2
-5.4
6.1
15.5
20.6
21.2
20.0
12.9
5.6
-3.4
поляна
-9.3
-12.1
-5.5
7.3
17.9
24.0
23.7
22.4
14.4
6.6
-2.9
Меньшее проникновение солнечных лучей летом под полог jm
приводит к тому, что температуры воздуха в лесу меньше, а пот
прогревается меньше, чем в поле (табл.3.3).
Таблица 33. Средняя разница между температурой почвы на выруб
и в лесу
Месяц
Глубина, см
0
5
10
20
30
50
80
100
120
150L
Май
2.6
7.8
8.4
8.6
8.6
8.4
8.3
8.1
7.0
6.6
Июнь
2.0
7.0
7.2
8.3
8.4
7.6
6.7
6.7
6.6
6.4
Июль
0.9
5.0
4.8
5.6
5.2
5.6
5.5
5.5
5.1
4.4
Август
3.0
3.6
4.2
3.8
3.6
3.4
3.7
3.7
3.6
3.2
Сентябрь
1.0
3.2
2.3
2.1
2.4
2.6
2.2
2.2
2.8
2.4
Октябрь
0.4
0.8
0.6
1.1
1.1
0.7
1.1
1.1
2.1
2.3
-54-
В то же время зимой почва под лесом часто промерзает меньше,
чем почва под травяными ценозами (до глубины 50 см почва под
лесом теплее на 1-2°С). Глубже - почва теплее на безлесной
территории. Сказывается более сильное прогревание в летние месяцы.
В южной тайге почва в лесу часто не замерзает или замерзает только с
поверхности, в то время, как в поле почва промерзает до глубины 40
см и больше.
Оттаивание почвы и таяние снега в лесах идет, обычно,
медленнее, чем на полянах и открытых пространствах.
3.2. Влияние леса на влажность почвы и почвенно-грунтовые
воды.
Вынос разных соединений из почвы в значительной степени
направлен в почвенно-грунтовые воды. В них содержатся
органические соединения, ионы кальция, магния, натрия, калия,
фосфора, карбонаты и многие другие. Вынос веществ определяет тип
водного режима и глубина залегания грунтовых вод. Проведенные на
Почвенном стационаре МГУ им М.В. Ломоносова многолетние
наблюдения за поступлением влаги из лизиметров площадью 4 кв. м
(через слой модельной дерново-подзолистой почвы мощностью 1,5 м)
показали (табл. 3.4) , что в летние месяцы в 70-80% случаев за
пределы полутарометровой толщи проникает не больше 20 мм воды.
Более 20 мм вода за пределы той же толщи фильтруется в 20-30%
случаев в марте- апреле и сентябре-ноябре, т.е. при весеннем
снеготаянии и в осенний период, когда прекращается транспирация и
'увеличивается поступление осадков. В зимние месяцы (январь-
февраль) фильтруется очень мало воды, в основном меньше 5 мм.
За пределы второго метра вероятность поступления
значительных порций воды еще ниже, хотя водный режим почв -
явно промывной.
Медленное передвижение воды в летние месяцы увеличивают
значение диффузии веществ, которые будут передвигаться
независимо от направления движения воды по градиенту
концентрации.
-55-
Таблица 3.4 Условная вероятность оттока разных количеств води
(миллиметров) за пределы 1,5 м в суглинистых почвах гумидной зо*
(дерново-подзолистые почвы Московской области, по данным
А.Б. Умаровой)
Месяц
Частота оттока разного количества воды (мм)
<5
6-20
21-40
>40
I - II
0,9
0,08
0,02
0
III
0,59
0
0,07
0,34
IV-V
0,3
0,34
0,18
0,18
VI-VIII
0,51
0,20
0,19
» 0,10
IX-XII
0,48
0,25
0,18
0,09
за год
0,53
0,20
0,15
0,12
Полученные многочисленные данные показывают, ч
лизиметры характеризуют, как правило, химический cool
горизонта, из которого непосредственно вытекают растворы (таб
3.5). Средняя величина концентрации (4,88 мг/л при амплитуде 6,8
4,10 мг/л Са), например, почти не зависит от сезона и от количеств
просочившейся воды.
Порядок величин для концентрации Са в лизиметричесй
водах стационара, расположенного в Москве, в городской черте, i
же, что и в водах из лизиметров в Центрально-Лесном Биосферш
заповеднике. Это, возможно, определяется близости
почвообразующей породы (моренного суглинка).
Таблица 3.5 Вероятность разных концентраций Са и Mg в
лизиметрических водах (мг/л) ниже 150 см (по данным А.Б.Умарово!
Сезон
Са
Mg
<10
11-20
>20
<6
6-7
8-9
>10
Зима
0,48
0,32
0,20
0,60
0,20
0,08
0.12
Весна
0,62
0,15
0,23
0,60
030
0,10
0
Лето
0,46
0,28
0,26
0.80
0,20
0
0
Осень
0,90
0,10
0
0,93
0,07
0
0
Анализ осадков в ЦЛГЗ показал, что с ними в почву постущ
2- 10мг/л Са, 1-5мг/л Mg.
Концентрация Мп в осадках - 0,05-0, 150 мг/л. Zn в осадках
0,01-0,16 мг/л. Fe с осадками поступает мало: в среднем 0,01 мг/л
-56-
Кислотность осадков в среднем близка к нейтральной (рН=6).
Кислотность почвенных растворов соответствовала pH горизонтов,
хотя и обнаружила некоторую динамичность.
Содержание химических элементов в лизиметрических водах, а
также поступление воды в лизиметры заметно варьирует для каждой
глубины. Концентрация Fe в лизиметрических водах наибольшая в
.верхних лизиметрах, где она превышает концентрацию Fe в осадках в
[3-10 раз. На глубине 40 см концентрация Fe в осадках и в
лизиметрических водах выравнивается, на глубине 80 см она в
лизиметрических водах часто ниже, чем в осадках. Содержание Си
больше в осадках, чем в лизиметрических водах, что позволяет
предположить ее закрепление в почве. Одновременно снижается
поступление соединений меди в почвенный раствор. Концентрация
Zn заметно повышается в почвенно-лизиметрическом растворе,
особенно в гумусовом горизонте. Концентрация Mg и в осадках в
поле, и в лесу, и в лизиметрических водах до глубины 40 см близка.
Даже характер изменений концентраций совпадает: максимум
приходится на начало августа. Но в горизонте В на глубине 80 см
концентрация Mg резко возрастает, и её изменения совершенно не
совпадают с динамикой этого элемента в осадках и в верхних
горизонтах почвы. Возможно, что Mg в толще 0-40 см напрямую
связан с поступлением его с осадками, а также проявляет высокую
миграционную способность в еловом биогеоценозе (БГЦ).
Концентрация Са в лизиметрических водах скорее отражает их
относительную концентрацию в почвенном поглотительном
комплексе, чем поступление Са с осадками.
Содержание свинца, его соединений в осадках и в почве,
показывает, что главный источник свинца - экзогенный, он поступает
в почву с осадками. Концентрация Hg и Cd в осадках и в почве почти
нулевая, как правило, за пределами чувствительности прибора.
В данном случае специально был выбран участок педосферы,
удаленный от загрязнителей (Биосферный заповедник). Ясно, что
техногенное загрязнение усилит поступление элементов в педосферу,
грунтовые Приведенные данные показывают, что с осадками в
педосферу поступает заметное количество разных элементов в виде
различных соединений. Но в почве этих соединений содержится
значительно больше, и избыток воды, поступающий в почву и
попадающий в почвенно-грунтовые воды, вымывает из почвы
заметно больше соединений, чем поступает с осадками.воды, а с ними
и в другие компоненты гидросферы.
-57-
Таблица 3.6. Средние концентрации веществ в природных водам
течение 1992 -1996 гг (мг/л)
Объект
РЬ
Fe
Си
Mg
Са
Ш
Осадки поле
0,039
0,060
0,0069
0,185
1,97
0,044
Осадки лес
0,044
0,067
0,0093
0,788
3,53
0,153
Почва, 3 см
0,087
0,036
0,0051
1,749
7,95
0,291
то же, 20 см
0,044
0,232
0,0079
1,987
4,18
0,266
то же, 40 см
0,047
0,056
0,0084
2,442
6,80
0,04л
то же, 80 см
0,054
0,042
0,0073
3,929
12,87
0,056
В зонах степей, полупустынь и пустынь обычно педосфе[
характеризуется непромывным типом водного режима и выпотнн
(когда грунтовые воды подходят к поверхности почвы). Чао
грунтовые воды этих регионов засолены (плотный остаток Достиг»
десятков г/л) и если эти грунтовые воды связаны с морски»
акваториями, то вынос в моря солей достигает большой величины.
Итак, лесные почвы активно взаимодействует с гидросферо!
влияя на поступление в гидросферу разных элементов (в зависимой
от типа водного режима почв и климатической зоны).
Водный режим почв
Многие исследователи отождествляют водный режим с водны
балансом почв, считая его синонимом водного режима. Это1
совсем правильно. Водный баланс лишь один из параметра
характеризующий водный режим, а именно, соотношение стап
прихода и расхода воды в почве и общие объемы воды, участвуют
в водообмене.
Формула баланса:
Вл. = Ос + Гр.в. + Конд. - Ис -Тр. - Отг - Ср,
где Вл. запасы воды, в данном слое почв, Ос - вод
поступающая в почву с осадками, Гр.в. - вода поступившая t
грунтовых вод, Конд - сконденсированная из почвенного воздуха
почве, Ис- вода, истраченная на испарение, Тр.- вода, пошедшая!
транспирацию, Огг- вода, оттекающая из данной толщи почвы, Ср
смачивание растений экосистемы. В поливных условиях к стап
прихода добавляется вода полива.
Сама формула баланса говорит о потенциальной возможное!
тренда к высыханию почвы (если статьи расхода потенциальв
превышают статьи прихода) и, наоборот, к переувлажнению по<п
при повышении статей прихода над статьями расхода. Однако,:
первом случае запасы воды в почве будут стремиться i
минимальному значению (воздушно-сухая почва), а во втора
• 58 ■
L
случае в конечном итоге почва затопиться водой и образуется
болото (озеро).
В естественных почвах водный баланс в многолетнем цикле
компенсированный, т.е. расход и приход воды в годовом отрезке
времени в среднем равны. Он не компенсирован лишь в ряде
поливных почв, где вода может поступать в грунтовые воды и
увеличивать их мощность и запас воды в почвенно-грунтовой толще,
и при направленном изменении климата.
Таким образом, водный баланс характеризует главную черту
водного режима почв, его цикличность. Любой запас влаги,
отмечающийся в данной почве, восстанавливается через
определенное время, в пределах которого расход и приход воды в
конечном итоге уравнивается. Поэтому, оценка водного режима почв
по балансу влаги не может служить достоверной его
характеристикой. Она говорит лишь об объеме воды, прошедшей
через почву в течение гидрологического года. (Гидрологическим
годом обычно называют отрезок от октября предыдущего года до
сентября следующего года). Более характерна роль отдельных статей
прихода и расхода воды, но ряд почв облазают принципиально
одинаковым балансом в смысле участия разных статей прихода и
расхода.
Водный баланс необходимо обязательно оценивать в динамике,
в изменении прихода и расхода воды в течение всего
гидрологического года и отдельных его периодов.
Учение о потенциале почвенной влаги отражает ту особенность,
что подвижность почвенной влаги в почве, испарение и транспирация
определяются разностью потенциалов воды в почве и растении, в
почве и атмосфере, в растении и атмосфере (рис. 3.2).
-59-
Распределение потенциала в
системе почва - растение, кПа
По Н.А. Взнуздаеву
Рис. 3.2. Влияние дерева на водный потенциал почвы
Между разными породами деревьев существую различия
разнице потенциалов между почвой и деревом, т.е. существу
различие в потреблении воды, следовательно, в потенциале, мт
разными пордами деревьев (рис. 3.3)
Варьирование влажности в
пределах одного БГЦ
РнсЛ.3
-60-
Таблица 3.6а ОГХ исследуемых оочв
Горизонт А. Дубрава
Горизонт А. Березняк
Ск.
Центр.
Об/Мин.
-Ф. Дж/кг
Влажн..
%
Ск. Центр.
Об/Мин.
-Ф. Дж/кг
Влажн.. %
100
0,03
57,58
100
0,03
58,34
200
0,37
48,48
200
0,37
54,61
300
1,05
47,62
300
1,05
53,6
400
1,97
46,32
400
1,97
53,04
600
4,67
41,99
600
4,67
51,3
800
8,43
38,96
800
8,43
48,53
1000
13,27
37,23
1000
13,27
44,57
2000
53,57
29
2000
53,57
31,19
3000
120,74
24,24
3000
120,74
24,8
4000
214,78
22,51
4000
214,78
21,6
5000
335,68
19,91
5000
335,68
18,68
Горизонт А. дубрава
Горизонт АЕ. Дубрава
Ск.
Центр.
Об/Мин.
-Ф. Дж/кг
Влажн..
%
Ск. Центр.
Об/Мин.
-Ф. Дж/кг
Влажн.. %
100
0,03
47,43
100
0,03
54,05
200
0,37
41,03
200
0,37
49,39
300
1,05
39,94
300
1,05
49,08
400
1,97
38,06
400
1,97
48,3
600
4,67
34,94
600
4,67
46,12
800
8,43
32,95
800
8,43
43,17
1000
13,27
30,74
1000
13,27
40,38
2000
53,57
26,53
2000
53,57
28,57
3000
120,74
22,92
3000
120,74
22,36
4000
214,78
20,92
4000
214,78
19,72
5000
335,68
18,56
5000
335,68
16,77
-61 -
ОГХ гор.АЕ дубрава
-Ф, Дж/кг
ОГХ гор.В березняк
-Ф, Дж/кг
16 36 5%лажностъ.%
Кривые ОГХ для дерново-подзолистой почвы под разных
породами
Аналогичная разница потенциалов определяет движение вод
из одной точки почвы в другую. Изменение температуры почвы (
воды) приводит к изменению потенциала, что может вызвя
частичное передвижение воды в почве. Кроме потенциала почвенно
влаги ее движение определяется также влагопроводностью почв (И.1
Судницын, 1979, А.Д. Воронин, 1986, Е.В. Шейн и др. 2006).
Для насыщенных водой почв движение воды с большей или
меньшей точностью характеризуется законом Дарси: Q = К h/1, где Q
- количество воды, h - напор воды (разница между верхней и нижней
границей водного столба, 1 расстояние, пройденное водой, К
коэффициент водопроницаемости.
В ненасыщенных водой почвах К переменная величина, которая
зависит от влажности почвы (т.е. от потенциала почвенной влаги).
Формула в этом случае сохраняет свой вид: Q = -K(Q)grad Ф, но К
становится переменной в зависимости от влажности почвы
величиной.
Оценка движения воды важная составная часть анализа водного
режима почв. Но уже из этого краткого обзора можно увидеть, что
движение воды, его скорость заметно меняется с изменением
влажности почвы и потенциала воды.
Следующий важный параметр, характеризующий водный
режим почв гидрологические горизонты и гидрологический профиль.
Гидрологический профиль почв
Понятие о гидрологическом горизонте ввел А.А. Роде (1965).
Он считал, что часть профиля почвы, в котором поведение воды
близко, можно считать гидрологическим горизонтом. Эту идею
развил Г.В. Еруков (1978). Он выделил на основании качественных
показателей ряд гидрологических горизонтов (табл. 3.7).
В этой классификации гидрологических горизонтов введено
несколько новых гидрологических констант, определение которых
затруднено: ИНВ, ППВ, ПВ - их трудно отделить от НВ.
Независимо от Г.В. Ерукова идея гидрологических горизонтов и
гидрологического профиля, опираясь на А.А. Роде (1965) и Л.Г.
Раменского (1938), разрабатывали Д.Ф. Ефремов, А.Д. Воронин и др.
(1986).
По представлениям Д.Ф. Ефремова и др. гидрологический
профиль можно легко выделить на основании количественных
характеристик. Гидрологическим горизонтом они называют часть
почвенного профиля почвы, которая характеризуется на момент
исследования одинаковым потенциалом почвенной влаги или
одинаковой близостью влажности почв к определенной
гидрологической константе.
-63-
Табл. 3.7. Гидрологические горизонты песчаных почв (по Г.В.
Ерукову, 1978)
Г идрологический горизонт
Интервал
влажности
Категория почвенной влаги
Промачивая ия
ПВ - МГ
Капиллярно-разобщенная
Рассасывания
ППВ-ИНВ
Капиллярно-подвижная
Наименьшего насыщения
НВ
Устойчивого выравнивания
Иссушения
НВ- ВЗ
Стыковая и конденсационная
Капиллярного насыщения
КК
Капиллярно-подпертая
Зависания влага
кк-нв
Капиллярно-подвешанная
Почвенно-грунтового насыщения
ПВ
Гравитационная
Примечания: ПВ- полная влагоемкость, ППВ- предельная полевая влагоемкое
ИНВ- истинная наименьшая влагоемкость, ПВ- наименьшая (полевая) влагоемкое
КК- капиллярная кайма, МГ- максимальная гигроскопическая влага, 83 -м
завядания.
Ясно, что в слоистых почвах влажность песчаного (
суглинистого слоев может различаться в несколько раз. Оцеи|
влажности почв с помощью гидрологических констант уточни!
диапазон подвижности воды обоих слоев. Потенциал почвенной влаз
оценивает принадлежность слоев к одному гвдрологическо*
горизонту. Соответственно, гидрологический профиль - я
совокупность гидрологических горизонтов.
Выделяют следующие гидрологические горизонты (Ефремов'
др.,1986, Воронин и др., 1990 ) S
1. Застойного увлажнения, влажность почвы выше НВ и близ*
или равно ППВ. Потенциал почвенной влаги > -10 кПа.
2. Промывной горизонт, влажность почвы около НВ, потенцш
воды -10...-30 кПа.
3. Десуктивный горизонт, влажность которого лежит в предел*
НВ...ВЗ, а водный потенциал измеряется - 30...-1500кПа для злаков!
-30...-2400кПа для большинства древесных пород. Ниже эта
предела растение воду потреблять не может.
4. Эвапорационный горизонт - влажность почвы ниже ВЗ, ниже
1500 (для деревьев -2400) кПа. Потеря воды из горизонта идет тощ
в результате физического испарения. !
5. Выпотной горизонт, связан с верховодкой или грунтовый
водами. Влажность в пределах ППВ...НВ. потенциал >-30 кПа.
6. Конденсационный горизонт может обладать любо!
влажностью. Для него характерно периодическое увеличен»
влажности почвы при отсутствии осадков. Может встречаться i
разных глубинах и связан с разностью температур между отдельный
морфологическими горизонтами или слоями почвы.
-64-
Экологическая классификация водного режима почвы
Сочетание гидрологических горизонтов и гидрологических
профилей охватывает все возможные изменения влажности в почвах,
определяемые как водный режим почв (табл. 3.8).
Предложенная схема гидрологических горизонтов и
гидрологических профилей, как совокупности горизонтов, позволяют
представить водный режим почв как систему гидрологических
профилей во времени. Для всех почв, развивающихся в умеренном
климатическом поясе, характерно U-образное изменение запасов
влаги, связанное с увеличением ее расхода на эвапотранспирацию в
летние месяцы.
Таблица 3.8 Характеристика водного режима подзолистой почвы по
наличию гидрологического горизонта (гг)
Почва:
Пара¬
метр
Десук-
тивный
Эвапора-
ционный
Конденса¬
ционный
Выпотной
промывной
Подзолис¬
тая
Т
VII
VIII
X-IV
VII - VIII
VIII - IV
Р
1,0
0,8
1,0
1,0
1,0
Н, см
50
20
0-20
50
>200
Примечание: Т-период года, месяц, Р- вероятность, Н, см - глубина горизонта
Четко прослеживается весеннее увлажнение части или всего
профиля до НВ (-10...-30 кПа), а иногда и до ПВ (0 кПа). Весной
формируются застойные, промывные и некоторые выпотные
гидрологические горизонты. Это связано со снеготаянием, с
образованием верховодки (табл. 3.9). Елово-волосисгоосоковая и
дубово-медуничная парцеллы сформированы в дубо-ельнике
волосистоосоковом, елово-мшистая и дубово-медуничная - в ельнике
мшистом.
В первом типе леса весенний запаса и расход воды несколько
больше, чем в ельнике мшистом. Это связано с несколько более
тяжелым гранулометрическим составом (но классификационная
градация его та же) и большим бонитетом ели (1-й по сравнению с III-
м, что свойственно ельнику мшистому). Зимне - весенние осадки в
подзоне южной тайги можно не учитывать. Они насыщают верхний
метр почв до величины НВ, а в некоторые периоды снеготаяния до
полной влагоемкости. Избыток воды стекает в грунтовые воды.
Представление о величине оттока дают лизиметрические данные
(см. табл.3.4)
-65-
Таблица 3.9 Запасы воды (мм) в метровом слое дерново-подзолиста
суглинистой почве разных парцелл, Малинки.
Объект
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
Рас*
1
388
309
255
264
246
253
141
2
377
322
312
297
283
286
1
3
320
288
262
257
250
242
7!
4
347
305
295
248
267
267
i
Примечание. Парцеллы: 1. Елово-волосистоосоковая; 2-дубово-медуничная парцеля
3- елово-мшистая парцелла; 4-то же, елово-липовая парцелла.
Весенний отток пополняет фунтовые воды, создает верховоду
выщелачивает ряд катионов из почвенного поглощающего комплекса
Но, обычно, весеннее увлажнение почвы не создав
восстановительных условий в почвы, т.к. снеговая вода' богап
кислородом, а микроорганизмы - потребители кислорода еще к
начали свою активную деятельность. 1
Так, в течение года за пределы 1,5-метрового профиля почвй
поступает, в среднем, до 267 мм осадков. Из оставшихся 488 щ
осадков, поступивших в почву, 80-150 мм идет на осенне-весенне;,
увлажнение почв до полной влагоемкости. Столько же вдет м!
эвапотранспирацию.
В зависимости от гранулометрического состава (что проявляете
в величине НВ) можно составить два уравнения водного баланса да
исследованных почв. i
Для дубо - ельника волосистоосокового формула б алана
выглядит следующим образом (все в мм); 755 (осадки) = 267 (отток з*
пределы метрового профиля) + 118 (эвапотранспирация) + 111,
(увлажнение почвы до НВ после летнего иссушения) + 253 (потер!
осадков на смачивание деревьев и травяного покрова).
Для ельника мшистого, расположенного в 3 км от дубо -
ельника, ниже по очень пологой катене, уравнение водного балана:
выглядит несколько иначе:
755 (осадки) = 323 (отток) + 88 (эвапотранспирация) + 81
(увлажнение почв до НВ после иссушения) + 236 (задержано полоток
растений, потеря на смачивание деревьев и мохового яруса).
Заметны различия в водном балансе под разными породам
деревьев, что связано как с некоторыми отличиями в свойствах пои
(степень оподзоленности), так и с водопотреблением разных пород
деревьев. Для еловой парцеллы в ельнике волосистоосоковом водны!
баланс выражен следующим уравнением:
755 (Ос) = 267 (Отток) + 144 (Эвапотранспирация) + 144!
(Пополнение до НВ) + 200 (Потеря на смачивание растений). }
-66-
Для дубово-медуничной парцеллы балансовое уравнение
несколько другое:
755 (Ос) = 324(Отток) + 88 (Эвапотранспирация) + 88
(Пополнение запасов влаги в почве до НВ) + 180 (Потеря на
смачивание деревьев и травяного яруса).
Аналогичные различия отмечаются и в ельнике мшистом.
В елово-мшистой парцелле уравнение баланса выгладит так: 755
(Осадки) = 325 (Отток)+ 70 (Эвапотранспирация) + 70 (увлажнение
почв после иссушения до НВ) + 290 (Потеря на увлажнение
растений).
В елово-липовой парцелле уравнение баланса имеет вид: 755
(Осадки) = 401 (Отток) + 80 (Эвапотранспирация) + 80 (Увлажнение
почвы после максимального иссушения до НВ) + 194 (Потеря на
увлажнение растительного яруса, кустарников липы и деревьев ели).
К статьям прихода воды в почву следует добавить конденсацию
паров воды в почве. Оценить реальный вклад этой статьи прихода
пока невозможно, но наличие такого поступление воды в почву
подтверждает суточная динамика потенциала почвенной влаги в
почве даже в отсутствии дождей. Они - весьма заметны (табл. 3.10) в
верхнем слое почвы (до 20 см) и их нет в более глубоких слоях почвы.
Таблица 3.10. Динамика потенциала почвенной влаги, гПа, в ельнике
сложном, дерново-палево-подзолистая почва, в течение суток
Глубина,
см
21.07
1245
22.07
945
22.07
2022
23.07
930
23.07
2010
24.07
Ю30
20
-796
-784
-736
-772
-768
40
-643
-668
-666
-634
-678
-669
80
-43
-44
-45
-46
-44
120
-13
-13
-14
-15
-15
-15
Расчеты вели по данным года с поступлением осадков выше
среднего. При среднем поступлении (550 мм) уменьшится задержание
воды кронами и отток (на те же 200мм), но рассчитать эти величины
конкретно пока не представляется возможным
Возможное уравнение баланса в этом случае имеет следующий
вид:
550мм (Осадки) = 207 мм (Отток) + 120 мм
(Эвапотранспирация) + 120 мм (Восполнение потери воды до НВ) +
103мм (Потеря на увлажнение растений).
Главный итог оценки водного баланса исследованных экосистем
в том, что удалось выявить количество воды, идущее на
-67-
водоснабжение растений. Оно равно 80 - 120 мм в зависимости
типа парцеллы (экосистемы).
Запасы воды в почвах (в метровом слое) в течеа
гидрологического года колеблются от 320 - 388 (весной) до 246 -J
мм (в период наибольшего иссушения).
3.4. Влияние леса на свойства почв
Для лесных почв характерны определенные различия
соответствующими почвами лугов (травяных ценозов) и паш
(табл.3.11). Эти отличия проявляются в меньшей плотности леею
почв, несколько повышенной (достоверной) их гумусированноа
более высокой водопроницаемости, пористости и пр. Даже в леею
полосах на каштановых почвах проявляются аналогичные различи
свойствах почв под лесом, пашней и травяным ценоза
Однотипность различий свидетельствует о том, что лес сам измена
свойства почв, делая их более благоприятными в лесорастительш
отношении. Следует отметить, что в естественных условиях лв
занимают самые плотные почвы, с высокой удельной массой почт
Сосняки распространены на песках (плотность почв - 1.3-1J
дубравы на юге (Кубань) произрастают на слитых почвах (плотное
1.5- 1.9).
Антропогенно уплотненные почвы в лесной зоне обыч*
начинают восстанавливаться при поселении на них древесш
растений. Травы очень долго не могут занять такие участки. Стад
грунтовая дорога на суглинистых дерново-подзолистых поч4
зарастает уже в течение более 40 лет и до сих пор не заросла. Наш!
пока еще образовались небольшие куртинки трав. Лучше зараста*|
бровки дорог и колеи. В то же время сенокосы в лесной зоне noai
прекращения косьбы быстро зарастают деревьями (в течение 20 лет)
Таблица 3.11 Свойства разных почв под лесом, целиной н пашней (к
Н.С. Орешкиной), значения из 16-100 повторностей)
Средние оценки для слоя 0 - 30 см
Тип
угодия
плотность, г/см3
почвы тв. фазы
порис-тость,
%
объема
удельная
повер¬
хность, м2,г
Скорость
впиты¬
вания,
мм/мин
тущ
ш
дерново-подзолистая почва, Малинки,
Московская обл
луг
1,37
2,64
48
неопр
2
3,4
лес
1,19
2,62
54
46
130
1,1
поле
1,47
2,62
44
54
17
не оа
-68-
черноземы типичные, Курская обл
целина
1,08
2,62
56
114
68
4,5
лес
1,05
2,59
58
94
148
5,4
поле
1,17
2,65
54
91
83
2,9
темно-каштановая почва, Джанибек, Зап.Казахстан
целина
1,06
2,58
60
122
2
3,7
лес
1,08
2,62
58
неопр
190
3,9
поле
1,30
2,66
51
137
12
3,1
Однако благоприятные лесорастительные свойства не
обязательно сопровождаются формированием лесовозобновительных
'свойств. Последние определяются характером экологических
функций почв в данной экосистеме, данном БГЦ в целом,
экологическим соответствием почв лесным ценозам.
Структурно-функциональная организация лесных экосистем и их
почвенного покрова
Структура любого фитоценоза определяется тремя группами
факторов: условиями внешней среды (не только общими условиями
зоны или ландшафта, но также и элементами микрорельефа,
пестротой геологических пород, на которых формируются почвы и
т.п.), фитогенными полями растений, составляющих экосистемы
(рис.3.3), и воздействием животных.
PrcJ.3. Парцеллярная структура леса
Но если даже смена поколений в лесу
проходит без вывала, то меняется
следовательно изменяется почва.
-69-
Климат определяет мощность и гумусированность верхнего
зонта почв (А), и запасы лесной подстилки (рис.3.4).
Рис.3.4. Почвенный ветровальный комплекс
На все эти факторы накладывается вероятность проявления еп|
те или иные периоды, которые могут оказаться весьма важными д
растений или, наоборот, в эти периоды воздействия животных е|
геологических пород не оказывают существенного влияния I
фитоценоз. Можно ожидать, что в любом биогеоценозе (БГ|
совокупность всех факторов в первую очередь проявится в особойа
структуре. Структура БГЦ должна определять его устойчивость
любому, в том числе и антропогенному воздействию на БГЦ. и
может подсказать типы наиболее приемлемых сочетаний растении
парках и ботанических садах. Знание структуры почвенного покга
позволяет грамотно отбирать образцы почв, подстилок, напочвещ
покрова при исследовании лесов.
Определяющим структуру фитоценоза фактором все-та
следует признать фитогенные поля растений. Данное понял
впервые сформулировал А.А. Уранов, который вкладывал в него я
смысл, что фитогенное поле определяет конкуретные отношен*
между двумя и более растениями. Однако реальная оценка струкщ
БГЦ показала, что фитогенное поле влияет не только на соседе
растения, но создает биогеоценотические условия для возникновещ
экосистем. Поэтому целесообразнее фитогенное поле в экосистем
считать биогеноценотическим. Каждая эдификаторная груга
растений имеет биогеоценотические поля соответствующе
порядка: для деревьев радиус поля измеряется п... 10 п м, ж
кустарников - 10п см...п м, для кустарничков и трав 10 п см ...по
-70-
t
Такой радиус биогеоценотического поля диктует размеры
яруктурных подсистем в экосистемах. Моховой покров, где
генные поля каждого индивидуального растения накладываются
на друга, образует сплошное фитогенное поле “ покровного”
с вектором воздействия вниз, на почву. В лесных БГЦ деревья
{создают парцеллярную структуру, которая определяется в
пространстве по эдификатору (организатору) экосистемы и
доминантам растительного покрова. Например, в дубо-ельнике
южной тайги на дерново-подзолистых суглинистых почвах можно
выделить следующие группы парцелл: дубовые, еловые, осиновые,
Березовые, отличающиеся запасами подстилки, суммой опада,
свойствами верхних горизонтов, в том числе выраженностью
[умусового и подзолистого горизонтов (рис. 3.5).
В пределах каждой группы парцелл выделяют собственно типы
парцелл по доминантам растительного покрова. Так, в упомянутом
дубо-ельнике выделяют мертвопокровную, березово-еловую
разнотравную, дубово-медуничную, осиново-снытевую,
крупнопапоротниковую в окне и пр. В ельнике волосистоосоковом
можно встретить ведущую парцеллу, фоновую для типа леса, елово¬
волосистоосоковую, и дополнительные: березово-еловую. Парцеллы
образуют горизонтальную структуру леса, определяют долговечность
естественного БГЦ, поскольку внутри типа леса даже в климаксных
лесах постоянно осуществляется чередование, смена парцелл в
пространстве. Именно парцеллярная структура - залог устойчивости
типа леса. В случае посадок монокультур (ели, сосны, березы и пр.)
если не будет последующего вмешательства человека, то второе
поколение леса будет обладать зональной для данного типа леса
парцеллярной структурой.
В пределах парцеллы можно выделить микрозоны (около
ствола, под кроной, на границе кроны и за пределами кроны). В
идеале они должны представлять собой концентрические окружности
около ствола дерева.
Изменение мощности подстилки и
гумусового горизонта
SLLL
N
Рис.3.5. Изменение мощности подстилки, мощности подзолистого i
гумусового горизонтов от тайги до сухих степей
На практике структура микрозон искажается под воздействие
разных условий (влияние соседнего дерева, освещенность, истор
растения, включая различные случайности в его росте, и пр.).
Таблица 3.12. Парцеллярные различия в свойствах дерново-
подзолистых суглинистых почв ельника волосистоосокового,
Московская обл, Малинки
Глуби¬
нами
Гори-зонт
Гумус,%
№>бщ,%
Обменные, м-экв/100г
pH*
Са | Mg | А!
Дубово-медуничная, опад -247; подстилка - 600 г/и1
1-7
А1
2,75
0,20
5,2
1,7
0,5
6,4
7-20
А1А2
1,20
0,08
1,3
2,9
0,9
5,4
20-30
А2В
0,59
0,04
3,3
2,1
1,6
s;
30-47
В1
0,18
0,04
7,6
3,0
1,3
5,4
47-79
В2
неопред.
10,5
. 4,8
3,5
5,9
79-168
ВС1
П 1»
13,5
4,7
2,3
6,1
168-182
С2
И II
10,5
6,4
1Д
6,1
Елово-волосистоосоковая, опад-437 ; подстилка 1150г/м2
5-10
А1А2
2,23
0,14
4,0
3,0
3,6
5,4
10-20
А2В
1,04
0,13
2 Л
1,7
2,7
5,0
-72-
3040
А2В
0,48
0,07
4 Л
2,1
3,8
5,1
40-54
В1
0,19
0,02
5,5
. АО
5,7
4,6
" 54-68
В2
не опред.
8,4
3,8
8,4
4,9
68-90
С
" •
."
6,8
3,4
5,9
_ 5,5
90-100
D
" -
м
9,3
1,1
5,4
5,6
Близкий к идеалу случай представляют отдельно стоящие
деревья с равномерно развитой кроной, или наиболее старое дерево в
лесу, типа 300-летней ели в ЦЛГЗ (табл. 3.13).
Таблица 3.13. Изменение свойств гор.А1 А2 палево-подзолистой почвы
(ЦЛГЗ) по радиусу от 300-летней ели (царнца-ель в ельнике
приручьевом). По данным Ф.В.Карташева
Растояние,
м
Г умус,%
pH
Обменные, мг-экв/100г почвы
Са
Mg
Н
А1
0,5
2,79
4,46
2,88
0,79
1,70
1,10
1,5
2,83
4,40
2,18
0,65
1,54
1,16
2,0
0,36
4,83
0,19
0,14
0,92
1,21
3,5
1,00
4,46
0,23
0,05
0,70
2,45
4,0
1,67
4,61
0,86
0,80
1,30
1,76
5,0
2,13
5,26
1,12
0,49
1,30
1,35
6,0,
2,70
4,66
0,24
0,75
0,90
3,00
7,5
1,79
5,51
1,36
0,80
1,00
0,60
8,5
2,10
4,40
1,10
0,50
1,40
2,10
9,5
2,06
4,49
0,47
0,24
0,95
3.05
10,5
0,86
5,04
0,40
0,19
0,80
0,70
11,0
0,98
4,08
0,45
0,23
1,17
1,13
12,0
1,20
4,13
0,52
0,50
1,44
2,56
Примечание: на 12 м от царицы - ели стоит 100-летняя ель. Под ними часто
напочвенный покров резко отличается от покрова за пределами кроны. Но и в этом
случае господствующие ветра, перераспределяя осадки и опад, могут внести
определенную коррективу в конфигурацию микрозон.
Мелкие поля травянистых растений накладываются друг на
друга и превращают, особенно, как было сказано выше, в случае
мохового покрова, в общее биогеоценотическое поле, сумму
отдельных полей. В их пределах при отборе мелких образцов можно
также выделить микрозоны, но для этого необходима другая система
отбора образцов, включая заметное уменьшение их размера. Даже
работы по влиянию корней на почву обычно не учитывают
биогеоценотическое поле. Корни могут выходить за пределы кроны, к
тому же они могут распространяться в виде отдельных корневых 66
лап”, между которыми могут функционировать корни других
растений.
-73-
При пестроте почвенных условия (особенно, геологичеа
пород) отдельные корни могут находиться в благоприятных услон
скажем по извлечению из почвы воды, другие - кальция, калия, ая
и тд. В этом случае растения не будут испытывать заметно
угнетения, несмотря на общие неблагоприятные условия i
существования. Это явление хорошо заметно в лесных полосах!
каштановых почвах, где корни берут воду из слоя 200- 300 cmi
поверхности, сохранившуюся после зимне - весеннего увлажнея
почв, хотя верхние горизонты иссушены до влажности, заметно ни
влажности завядания. Аналогично ведут себя ель и липа в знамении
Кологривском лесу, где подзолистые почвы с глубины 2
подстилаются карбонатной мореной, что дает возможность ели и ли
получать достаточное количество минеральных питательны^ вещее
несмотря на подзолистый горизонт верхней толщи почвы. Выш
деревьев в этом лесу достигает 40 см.
Постоянный элемент естественных лесов - ветровалы®
почвенный комплекс (Е.Б.Скворцова и др.). Он образует особу
структуру почвенного покрова (рис.3.4)
Случайный для данной парцеллы проход кабана, лося, зайв
крота может внести существенное изменение в состояние парцелл
но в целом такие измененные парцеллы составляют лш
незначительную долю от общего числа парцелл. Следует отметил
что парцеллярное строение БГЦ отмечалось давно, и парцел!
выдвигались под названиями: растительные группировв
фитогруппы, микроценозы, микрогруппировки и пр. Теорию парца
первым детально разработал Н.В. Дылис, который отмен
биогеоценотическую их природу, считал их биогеоценотическ»
структурным элементом БГЦ. Действительно, по ряду параметр)
парцеллы отличаются друг от друга: составом растений, запасом!
составом подстилки, свойствами почвы, динамикой биоты. Имега
эти теоретические положения послужили основой для анали
структурно-функционального строения лесных БГЦ.
Изучение почв, образованных из суглинистых отложен!
(Малинки, Биогеоценотический стационар, Московская обл.,
Центрально-лесной государственный биосферный заповедно
Тверская обл.) показало, что они достаточно сенсорны к фитогеннъо
полям.
В то же время почвы, образовавшиеся под данным лес»
способствуют возвращению исходного леса и соответствующе
почвы при сукцессиях (рис. 3.6 и 3.7). В случае вмешательства эрозЕ
эта цепь может нарушиться, но в любом случае сформируется леею
почва.
-74-
Циклическое изменение подзолистой
почвы через дерновую
Рис.3.6. Эволюция почв при вырубке и последующем восстановлении
леса
Эволюция бурой почвы и
квазицикличность в результате
эрозии подзолистой почвы
Бурая лесная подзолистая эродированная подзолистая
ставшая бурой лесной
Рис. 3.7. Восстановление бурой лесной почвы при сукцессиях
Дерново-подзолистые почвы ельников четко демонстрируют
свою анизотропность в зависимости от типа тессеры. Тессерой (гр.
мозаика) вслед за Г. Иенни в работе называют объем почвы,
сформированный данным конкретным фитогенным полем дерева.
Обычно тессера занимает пространство от ствола дерева до границы
-75-
кроны. Даже у одного дерева тесееры могут отличаться в зависима
от экспозиции ее, формы кроны, уклона поверхна
господствующих ветров. Анализ ельников в Малинках и Ц1
показал, что около ствола ели обычно формируется наибольпш
мощности подстилка, заметный гор.А1, мощный и хора
выраженный гор.А2 (Е). Под кроной ели мощность горюш
подстилки и гор.А1 заметно ниже вплоть до полного их исчезновея
По своему профилю почва в этой позиции больше принадлежи
типу подзолистых, чем дерново-подзолистых почв. На границе кра
формируется более мощная подстилка, но уступающая по зал»
подстилке около ствола ели. В пределах тессеры изменяются та
такие свойства почвы, как pH, содержание гумуса, сумма обменн
оснований. Характер этих изменений определяется породой
возрастом дерева, характером кроны, и прочими условия
существования данного эдификатора. Радиус тессеры достигает 2 к
среднеполнотных и высокополнотных ельниках, но в тропичеся
лесах радиус тессеры может достигать сотни м. Анизотропное
почвы создает определенное почвенное разнообразие и тем саш
набор экологических ниш для растений и животных. Са
анизотропность если и не определяет биологическое разнообразие
лесных БГЦ, то сильно этому способствует. В свою очередь травяи
растения, поселившиеся в лесном БГЦ, изменяют пот
непосредственно около себя, в пределах своего биогеоценотическа
поля. В результате в почвах создаются различия в твердое
плотности, pH, гумусированносги, что еще больше увеличим
биологическое разнообразие БГЦ. При этом взаимоотношеи
травяных и древесных растений достаточно сложные. Hanpmq
эпифитные лишайники поглощают из растворов, стекающих о
стволам деревьев, такие питательные элементы, как кай
Освобождающийся из подстилки калий очень быстро вовлекаете!
биологический цикл и его содержание в rop.Al в присутсти
травяных растений чаще выше, чем без них (в мертвопокровш
парцеллах или же при удалении из парцелл травяного полол
Растения травяного яруса как бы сидят на перехвате пота
питательных элементов. При их удалении максимум питателым
веществ наблюдается на глубине 10-20см, что связано с их выносом
осадками. Древесные растения в конкурентной борьбе с травянн
ярусом в зоне южной тайги действуют достаточно успешно. Они
первую очередь поглощают питательные вещества, находящиеся
равновесном состоянии в почвенном растворе. При окопке учасп|
леса площадью 2 х 2 м на глубину 50 см травяные растенш|
изолированные от влияния древесных корней даже при том i
-76-
затенении кронами заметно улучшают свое состояние: в них
(А.Ю.Журалева) увеличивается содержание питательных элементов
(азота, калия, фосфора), хлорофилла (рис.3.8). Обогащается видовой
состав площадки. Заметно интенсифицируется деятельность
мезофауньь Аналогичную роль играют вывалы деревьев. Они сразу
приводят к снятию конкуренции со стороны деревьев и даже в
мертвопокровных лесах происходит при этом заселение вывалов
травяными растениями и обновление их популяции.
Роль корней деревьев в развитии травяного покрова
Рис.3.8. Влияние корней деревьев на развитие травяного яруса в
мертвопокровной парцелле. Изоляция участка почвы 2x2 м приводит
к появлению травянистых растений.
Роль тессеры проявляется в возобновлении деревьев. Так, в
елово-пихтовой тайге Среднего Урала возобновление пихты на 70 %
вдет под елью, в то время как возобновление ели почти на 100 %
происходит под пихтой (рис.3.9). Анализ почв не позволил выявить
факторы, влияющие на такое распределение проростков пихты и ели
(С.Е. Дядькина). Очевидно, в почве накапливаются какие-то вещества
- ингибиторы подроста данной породы (ели или пихты).
-77-
Экологические особенности
лесных почв при лесовозобновлении
Рис. 3.9. Возобновление пихты под елью и ели под пихтой в пил»
ельнике, Висимскнй заповедник, Урал.
О такой возможности свидетельствуют опыты О.А.Ляли
показавшего, что корни растений часто выделяют ингибитор
подавляющие жизнедеятельность корней других растений и растя
того же вида. Плодосмен, происходящий в результате там
возобновления, способствует сохранению БГЦ в течение достаточ
долгого срока. В других еловых лесах пихту по ее влиянию!
возобновление заменяют другие породы (береза, липа, дуб),
ельниках возобновление ели часто приурочено к окновым парцелл
и парцеллам, образованным лиственными породами
Теоретически можно ожидать, что песчаные почвы будут мен
сенсорны к воздействию биогеоценотического поля деревк
Высокая водопроницаемость малая влагоемкость песчаных ш
приводит к выравниванию почвенных условий. Но и в соснян
сформировавшихся на легких почвах, сохраняется парцелляри
структура и также выявляются хорошо выраженные тессеры. Та
около стволов сосны в сосняке беломошном вероятной
формирования подзолистого гор.А2 более высокая, чем в окнах и ш
кроной. Сейчас выделены основные парцеллы в главных тип
исследованных лесных БГЦ и составлен список этих парцеп
(Московская обл, Карелия, Архангельская обл., Урал и др.). Леси
формации, которые развивается на легких почвах (сосняки, некотора
-78-
лиственничные БГЦ, а в условиях близких жестких грунтовых вод
или тяжелых по гранулометрическому составу прослоек и ельники)
достаточно широко распространены на территории России. Известно,
что песчаные почвообразующие породы некоторые исследователи
(АА.Роде, А.Г. Гаель) рассматривают как надтиповой таксон,
полагая, что почвообразование на песках принципиально отличается
от почвообразования на суглинистых породах. Гаель предложил
особую классификацию песчаных почв, отражающую их зональные
особенности. Малая сенсорность песчаных почв приводит к тому, что
в них слабо проявляется парцеллярная дифференциация почвенного
покрова в зависимости от биогеоценотическош поля, но даже в
чистых сосняках лишайниковых может ожидать дифференциации
почвенного покрова под влиянием воздействия сосны. Следует
ожидать приуроченности подзолистого горизонта, залегающего
непосредственно под подстилкой, около ствола дерева. Он может
исчезать за пределами кроны сосны. Соответственно будут
различаться такие параметры почвы, как содержание гумуса, pH
состав и сумма обменных катионов. Очевидно, парцеллярная
организация лесного БГЦ достаточно общая для всех древесных
насаждений ситуация. В зависимости от породы дерева,
почвообразующей породы, гидротермического режима, поступления
минерального субстрата в почву (аэральный принос, делювиальные,
аллювиальный процессы с накоплением мелкозема и нарастанием
почвы кверху) дифференциация может отличаться от классической
схемы. Тессеры могут быть асимметричными, неправильной формы,
общая тенденция осложняться побочными факторами, случайными
воздействиями других компонентов БГЦ.
Наблюдения за водным режимом почв показывает, что
потенциал почвенной влаги заметно различается в еловой тессере.
Различается он и под отдельными травянистыми растениями
напочвенного покрова. Поэтому сам принцип полевой оценки
потенциала почвенной влаги позволяет оценить возможную
направленность почвенных процессов. Так, в пределах верхнего слоя
почв в ельнике сложном потенциал почвенной влаги колеблется в
период наибольшего иссушения почвы от 400 до 800 гПа.
Исследования почв с недифференцированным профилем
(буроземы Урала, Сихотэ-Алиня) показали, что и в этих условиях
отмечается более высокое содержание гумуса около стволов деревьев
(кедра, лиственницы, дуба, пихты) и на границе кроны. Заметно
различаются запасы подстилки, которые также наибольшие около
ствола деревьев. На распределение подстилок влияет крутизна
горного склона: очень часто на склоне более 5 - 7 о подстилка и опад
-79-
накапливаются у ствола дерева сверху по склону. Проведении
предполагаемые исследования позволяют выдвинуть гипотез;
биогеоценотической структуре лесного БГЦ и ее рощ
функционировании системы. Парцеллярная структура свойсш
любому лесу, даже самому чистопородному. В лесу обязага
образуются окна, вывалы, которые приводят к формироп
соответствующих парцелл. Парцеллярная структура лесных!
приводит к тому, что формируются разновозрастные парцелл
пределах одного типа леса и в течение существования данного!
БГЦ / в отсутствии катастрофических сукцессий/ происвд
микросукцессии внутри БГЦ. Такая система смен парцелл опреда
долговременное существование (в течение тысячелетий) данногоп
леса, Особенно это хорошо заметно в тропических, лесах. I
длительность существования одного типа леса в пределах ландо)
подтверждается данными по исследованиям таежных лесов. II
Кологривский лес, состоящий из сложных ельников с я
существует на данном месте не менее 1000л , а вернее, все 50001
лет. Никаких следов деградации почв в этом ельнике не наблюдая
Парцеллярная структура создает разные экологические ниши i
растений и животных и тем самым определяет биологичеа
разнообразие почв и биоты. Анизотропность почв в пред
парцеллы, приводящая к формированию тессеры, также создает)
разных экологических ниш и также способствует увеличеа
биологического разнообразия, но в меньшей степени, i
парцеллярная структура БГЦ. Тессеры характерны для любого дере
следовательно, для любого леса и они составляют тот почвеш
покров в лесных БГЦ, изменение которого сопряжено лишь
смертью данного дерева. Это значит, что почвенный покров в л
динамичен и все время меняет свое строение, конфигуращ
композицию, но сохраняет распределение почв по таксономичео
рангам. Сохраняется соотношение профилей подзолистых, дерна
подзолистых, бурых лесных почв в пределах данного типа леса.
Роль корней в почвообразовании
Со времен П.А. Костычева корни рассматриваются как основа!
источник почвенного гумуса. Имеются данных об изменении поч»
ризосфере, которые оценивают как влияние корней i
почвообразование. Корни берут из почвы питательные веществ»
воду. В таежной зоне деревья своими корнями отсасывают воду|
почвы, осушая ее (десукционно - выпотной тип водного режим
Считают, что образование глубокогумусных почв определяй
-80-
хорневыми системами растений, проникающими в глубокие слои
дочвы. Все эти гипотезы и трактовка фактов отражают наше
представление о роли корней в почвообразовании, но часто эти
представления так и остаются гипотезами.
Масса корней в почве зависит от климатической зоны, растений,
щюизрастающих в этой зоне на этих почвах, свойств почв. В среднем,
запасы корней в почвах измеряются 5-30 т/га, что составляет менее
1% от массы почвы (слой 0-50см). В верхнем слое почвы (0-20 см)
масса корней измеряется 1-20 т/га, что составляет 0,5 - 5%. массы
горизонта. Запасы корней сопоставимы с запасом в почве гумуса, но
в цепом намного меньше их. Корневые системы имеют разную
архитектонику: масса корней равномерно убывает книзу,
распределена по отдельным направлениям, имеет максимумы не
только вверху, но и внизу и так далее. Хотя объем и масса корней,
составляет незначительную часть почвы (табл. 3.14), но объем, в
котором корни распространены значительно больше (до 3-10 м3 на
одно дерево, рис.3.10).
ОБЪЕМ ПОЧВЫ С КОРНЯМИ ВЯЗА В РАЗНОМ ВОЗРАСТЕ
1 2 17л
Рис.3.10. Объем почвы с корнями, куб. м.
При анализе роли корней необходимо учитывать следующие
параметры: объем корней, объем почвы, в котором распространены
-81-
корни, и объем почвы, непосредственно соприкасающийся с коря
Исследования с помощью ионитов показали, что поглоща
питательных веществ растением происходит из объема почвн
расстоянии 3-5 мм от поверхности активного корня. Ki
непосредственно реагирует с относительно небольшим обьа
почвы (2-5 м3), распределенным вдоль корней. В дерновом гория
корней намного больше, и они более равномерно пронизывают м
Там обитает основная часть биоты, и идет про»
гумусообразования. Растения с вероятностью >0,7 поддерживав
естественных условиях уровень гумусирования пи
непосредственно около растения. Смена растения приводя
заметному изменению содержания гумуса. Масса корней рая
толщины не связана с содержанием гумуса в этом корнеобитаа
слое. Корень участвует в гумусировании почв только в ризоф
Остальная часть гумусового поверхностного горизонта обогащая
органическом веществом в результате работы биоты с о падок
перемешиванием его с почвой.
Таблица 3.14. Масса корней (г в 1500 мл почвы) под елью на дерни
подзолистой почве (сподосоль)
Корни, мм
У ствола
Иод кроной
На г]
ранице ш
0-10
10- 20
20-30
0-10
10-20
20-30
0-10
10-20 И
<0.3
2.3
0.6
0.2
2.0
0.8
0.3
1.0
0.7 QJ
0.3- 0.5
0.5
0.1
0
0.5
0.2
0.1
0.5
0.2 0J
0.5-1
0.7
0.4
0
0.5
0.3
0.2
0.3
0.2 01
1-2
0.3
0
0.2
1.3
0.3
0
0.3
0 01
2-3
0.3
0
0
0.2
0.5
0
1.8
0.5 0
3-5
0.6
0
0
1.5
0
0
0.3
2.4 0.1
>5
0
3.3
0
0
0
0
5.8
0 0
мертвые
1.8
2.0
0.3
1.3
0.5
0.4
3.1
1.7 03
лещина
196
155
29
859
427
0
182
14 1
кустарнички
437
0
0
554
0
0
297
0 0
осока
235
90
3
857
17
1
1189
24 3
травы
35
0
0
99
53
0
165
0 0
Запасы тонких корней трав и кустарников превышают зал»
аналогичных корней ели (табл.3.14), хотя анизотропность до
определяется деревом - эдификатором (у ствола ели почва замел
кислее и содержит больше гумуса, табл.3.15 и 3.16).
. Содержание гумуса, сумма и состав обменных катионов, pHi
коррелируют ни с одной фракцией корней. Аналогичная карм
прослеживается для березы и сосны.
-82-
Таблица 3.15. Изменение pH в суглинистых дерново-подзолистых
почвах под ельником (1)9 сосняком (2), березняком (3)
Глубина взятия образца, в см
0-5
5-10
10-15
15-20
20-30
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
V
4?9
4,4
V
5,1
4,5
4,5
5,0
4,6
4,9
5,2
4,6
5,0
5,0
4,8
4,1
5,0
4,8
4,4
5,2
4,8
4,6
5,2
4,9
4,7
5,2
4,8
4,9
5,2
4,9
4,3
5,1
5,0
4,2
5,3
5,1
4,7
5,1
5,3
4,8
5,3
5,7
5,0
5,2
5,3
V
5,0
5,0
4,7
5,1
5,0
4,8
5,1
5,1
4,8
5,2
5,1
5,0
5,1
5,1
V
5,0
4,9
V
5,1
5,0
5,0
5,2
5,1
4,9
5,0
5,1
5,0
5,1
5,1
4,4
4,9
4,9
4,6
5,2
5,0
4,8
5,2
5,1
4,9
5,2
5,1
5,0
5,1
5,1
4,2
4,9
4,9
4,5
5,1
4,7
4,7
5,2
5,0
4,9
5,2
5,1
5,0
5,1
5,1
V
5,1
4,6
5,0
5,1
4,8
5,3
5,1
4,9
5,2
5,1
5,0
5,2
5,1
4,6
4,8
5,1
4,6
5,0
5,0
4,9
5,1
5,2
4,8
5,1
5,2
5,0
5,0
5,1
4,8
4,9
5,1
4,9
5,0
5,0
5,0
5,2
5,2
4,9
5,2
5,1
5,3
5,0
5,1
4,7
4,9
5,2
4,6
5,0
5,1
4,9
4,9
5,1
4,9
5,0
5,1
5,2
5,1
5,1
4,5
5,1
5,2
4,6
5,1
4,9
4,8
5,2
4,9
4,9
5,2
5,0
5,0
5,2
5,1
4,9
5,3
5,3
4,7
5,3
5,1
4,7
5,2
5,0
4,9
5,2
5,1
5,1
5,1
5,2
4,8
5,2
4,5
5,1
4,8
5,0
5,0
5,3
5,1
5,1
5,1
4,4
5,2
5,0
4,5
5,1
5,1
4,7
5,1
5,0
4,8
5,2
5,1
4,9
5,2
5,1
4,4
5,1
4,9
4,7
5,1
4,9
4,7
5,2
4,9
4,9
5,3
5,1
5,2
5,1
5,3
4,5
4,9
4,5
4,8
4,6
5,0
4,9
5,1
5,0
5,2
4,6
4,6
4,7
4,7
4,9
Пробы почв брали по трансекте между деревьями каждые 15
см. Точки 1 и 18 расположены у стволов. Общая протяженность
трансекты - 270см. В этих точках у ели и сосны отмечены
наименьшие значения pH. Под краем кроны значения pH у верхних
слоев почв- наибольшие. Гумус и pH почв коррелируют с
положением разреза в пределах леса, но не с содержанием любых
фракций корней в данном образце почвы.
Таблица 3.16. Содержание гумуса (% от массы почвы) под елью (1),
сосной (2) и березой (3) на разной глубине, см.
0-5
5-10
10-15
15-20
20-25
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
8.1
7.2
7.2
4.1
3.7
1.6
2.9
2.9
1.4
1.2
1.5
1.3
0.6
0.8
0.6
9.5
4.2
3.1
4.7
2.9
2.4
2.9
2.1
1.7
1.3
1.3
1.2
0.7
0.6
0.6
8.9
7.0
3.3
3.4
4.5
2.3
2.5
2.9
1.8
1.4
2.1
1.8
0.8
1.1
0.7
7.0
6.3
3.9
3.9
3.5
2.8
2.1
3.4
1.8
1.2
2.0
1.5
0.9
1.0
0.7
9.2
7.6
2.7
3.6
4.8
2.2
1.2
3.1
1.6
1.6
1.1
1.2
0.8
0.4
0.5
7.8
7.2
1.9
2.9
5.1
3.2
1.7
1.8
1.5
1.2
2.0
1.0
0.8
0.8
0.5
4.9
7.0
3.4
2.2
4.2
2.3
1.7
2.9
1.4
1.0
1.4
1.0
0.8
0.6
0.3
5.4
6.2
4.6
2.1
3.9
2.7
1.4
3.1
1.4
1.0
1.8
1.9
0.6
0.4
0.6
61
7.3
3.9
2.3
4.3
1.5
1.2
2.8
1.1
1.5
1.1
0.8
0.6
0.7
0.6
6.9
8.2
3.5
1.7
5.4
2.0
1.2
4.1
1.2
0.8
1.8
1.0
0.4
1.1
0.5
-83-
11
4.2
6.3
3.9
1.9
3.4
1.5
1.3
3.9
0.9
1.1
2.7
0.4
0.5
0.7
12
5.2
8.5
4.4
2.2
6.4
2.8
1.2
2.7
2.4
1.0
3.9
0.8
1.1
9.4
13
4.1
6.4
4.1
7.1
4.8
2.4
2.2
2.6
1.8
1.7
1.4
1.3
1.1
.
14
9.1
-
3.2
2.4
-
1.4
1.4
-
2.3
1.1
1.3
1.1
0.5
0.9
15
3.8
9.0
2.9
1.9
4.8
1.8
1.3
3.8
1.6
1.3
2.8
1.5
0.4
0.9
16
8.4
7.9
2.9
1.9
4.7
1.9
1.1
3.7
1.5
1.0
0.6
0.8
0.6
-
17
7.3
-
4.0
2.2
-
2.2
1.2
-
1.6
0.6
-
0.9
0.6
-
18
10.3
7.1
-
3.2
-
-
1.8
-
-
1.3
-
0.7
0.7
Ср
7.0
7.2
3.4
3.0
4.4
2.2
1.7
3.1
1.6
1.2
1.9
1.1
0.6
0.7
Содержание гумуса в большой степени коррелирует с
увеличением поступления опада около ствола дерева. Можно
заключить, что на химические свойства почвы корни не оказываю!
существенного влияния, в большей степени действует наземная часп
растений и перераспределение ею осадков, опада и биоты.
Можно подытожить, что влияние корней на почвы проявляете!
в ее иссушении, образовании специфического
микрорельефа,изменение свойств почв в ризосфере. Но на общую
морфологию и химические свойства почв влияние корне!
значительно меньше влияния подстилки и опада.
Выделение углекислого газа из лесных почв
Лес представляет собой как источник, так и резервуар стока
углекислого газа. Закрепление С происходит в гумусе, торфе,
подстилке и самом древостое. Ежегодно в лесах закрепляется 5-30
т/ra С. В то же время из почвы выделяется 2 -30 т/га С (рис.3.11).
Выделение углекислого газа в т/га за вегетационный период
90
80
70
60
50
40.
30
tittfrrl-
тундра ю.тайга n/пуст желтоз.
Рис. 3.11. Выделение углекислого газа из почв в течение
вегетационного периода, т/га.
-84-
Выделение углекислого газа варьирует по парцеллам (рис.3.12)
Выделение СОг за дневные часы
вегетационного периода, г/га
ель дуб береза осина окно
Рис.3.12 Выделение углекислого газа из почв разных парцелл
ельников, т/га
В целом, леса умеренной зоны играют большую роль в
закреплении углекислого газа в биосфере. Они выделяют в атмосферу
значительно меньше С02, чем тропические леса. Если учесть запасы
подстилки и гумуса в лесах умеренной зоны, то эта роль окажется
еще выше. Скорее всего, именно таежные леса следует считать
легкими нашей планеты. Они очищаю воздух от пыли, задерживают,
замедляют цикл С, сохраняют почвенный покров и виды растений и
животных
Заключение
Лес влияет на климат территории. В целом он на более
длительное время задерживает воду в ландшафте (замедляет таяние
снега, сток воды по поверхности почвы).
В то же врем, поверхности почвы в лесу достигает меньшее
количество воды, чем на безлесных территориях.
Лес больше расходует воды на транспирацию, чем травяные
биогеоценозы
Для леса важно, чтобы во втором метре почвы содержалась
доступная для деревьев вода. Потенциал влажности завядания для
почв под лесом измеряется 2400кПа (для луговых растений - 1500
кПа).
-85-
Лес выравнивает температуры воздуха и почвы. Летом в лесу
температура ниже, а зимой выше, чем в поле.
Относительная влажность воздуха в лесу обычно выше, чем в
поле на 10-15% и более.
Почва в лесу в сухие жаркие периоды может конденсировать
воду в ночное время, увеличивая ее запасы в слое 0-20 см
Парцеллярная структура леса характерна для всех лесов любой
зоны и на любых по гранулометрическому составу почвах.
Все деревья в лесных БГЦ образуют тессеры, в пределах
которых отмечается закономерная для данной породы дерева,
анизотропность почв. Она наиболее хорошо выражена у спелых
деревьев и почти не просматривается у подроста.
В естественных лесах возможная деградация почв под
непрерывным воздействием одной породы снимается чередованием
парцелл внутри лесного БГЦ.
-86-
ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
Как всякое самостоятельное тело почвы имеют свой облик, свое
строение, свои свойства. Часть этих свойств унаследована от
почвообразующих пород. Но ряд свойств характерны только для
почв, они позволяют отличить почву от других природных тел. В
первую очередь почва имеет свой профиль: совокупность почвенных
слоев - горизонтов, образующих разные профили почв (в зависимости
от условий залегания почв). Именно выделение профиля почвы
(рис.4.1) отличало подход Докучаева от подходов агрогеологов (в
частности, Беренда).
Основные профили мировых почв
1 2 3 4 5 6 7
1 - гистосоль; 2 - аридисоль; 3 - слодосоль; 4 -
альфисоль; 5 - моллисоль; 6 - оксисоль; 7 -
энтисоль
-87-
Редзина Дерново-подзолистая почва
Краснозем (ферраллитная почва) Чернозем
Ферраллитная почва (краснозем)
Дерново-подзолистые почвы
Рис. 4.1. Основные профили мировых почв по российской и
американской классификации
-88-
Существуют два пути формирования почвенных профилей:
постепенное углубление их к низу (экзогенез) и нарастание в
результате поступления мелкозема сверху с ветром, водными
потоками, извержениями вулканов, техногенным загрязнением
(бергинизацтя).
1. Экзогенез - углубление почвы вниз по профилю породы
2. Бергинизация - нарастание почв к верху
Выбор места для проведения исследования.
Положение разреза на местности
Для выявления типа почвы и характера ее строения в полей
условиях закладывают почвенный разрез (синонимы: шурф, ям)
Обычный разрез вырывают на глубину 2 м. В случае, eci
необходимо уточнить строение лишь верхней толщи почт
вырывают полуяму (глубиною до 1 метра). Для разреза выбирая
площадку. В старых руководствах указывалось, что площадка доли
бьггь типичной, т.е. обладать выровненным рельефом, находится!
преобладающей растительной ассоциации. В настоящее вреш
прежде всего, ориентируются на цель исследования. В зависимости
этого и выбирают место для заложения разреза. Если масшт4
исследования достаточно мелкий, то действительно выбираи
наиболее ярко выраженную преобладающую зональну»
растительную ассоциацию. Если же исследователя интересуя
почвенный покров всего биогеоценоза (БГЦ), то закладывают сери»
разрезов в основных парцеллах (структурных единиц БГЦ)- В леснш
экосистемах необходимо охватить исследованием все почвенное
пространство от ствола дерева до границы кроны, поскольку дм
верхних горизонтов лесных почв характерно заметная анизотропная
(изменение свойств почв в радиальном направлении от ствола
включая и морфологию почв).
Многие исследователи рекомендуют закладывать разрезы тац
чтобы передняя стенка разреза освещалась солнцем. Друщ
напротив, считают, что передняя стенка должна находиться в тени
Следует признать, что эти рекомендации потеряли свою
актуальность: в настоящее время почву изучают на всех трех стенки
и хотя бы одна из них освещается солнцем, а другая находится в тени,
что позволяет оценить все цветовые и морфологические нюансы
строения почв. В лесу эти рекомендации вообще не имеют смысла,
так как все стенки находятся в тени, как и сам разрез.
Профиль почвы
В естественных экосистемах обычно заметен горизонт ш
поверхности почвы, состоящий из растительных остатков (травяно!
войлок, лесная подстилка из листьев и (или) хвои).
Под растительным войлоком, опадом, лесной подстилко!
формируется горизонт, в котором скапливаются растительны!
остатки (детрит), перегной, гумус. Часто горизонт пронизан корням
травяных растений или мелких кустарничков. Когда корней нет, его
-90-
называют перегнойным и обозначают АО, когда же он пронизан
корнями травяных растений, то его называют дерновым и обозначают
Ад. В случае если горизонт пронизан корнями мелких кустарничков,
его можно назвать кустарничково-корневым аккумулятивным
горизонтом (Акк). Обычно ниже залегает горизонт А). Лишь у
северных почв - подзолов вместо А1 формируется горизонт А2 (или
по современному обозначению Е - элювиальный), горизонт
вымывания, из которого выносятся соединения железа, кальция и др.
Ниже горизонта А и, если он есть, горизонта А2 (Е) идет горизонт В.
Он считается переходным к материнской породе, иллювиальным.
Если в него вмываются соединения железа, гумус, по отдельности и
вместе, то его называют железо-, гумусо-, или гумусо-железисго-
иллювиальным. Ниже горизонта В залегает горизонт С, почти
незатронутая почвообразованием почвообразующая порода. В
зависимости от климатической зоны горизонт С может не содержать
карбонатов кальция (умеренно-холодный пояс), или быть
карбонатным (умеренно-теплый пояс, степи), или даже содержать
гипс (сухие степи) и растворимые соли (сухие степи, пустыни) В
зависимости от особенностей горизонта к его заглавному индексу
добавляют другие строчные индексы: f - обогащенный соединениями
железа, h - содержащий гумус, ш - обогащенный илом, Са -
содержащий карбонаты и пр. Кроме того, вводят сложные
обозначения для переходных горизонтов: АВ, ВС - между ясно
выраженными основными горизонтами. Если почвенный профиль
подстилается другой породой, различающейся с почвообразующей, то
ее обозначают как горизонт D. Приведенное строение почвенного
профиля характерно для так называемых минеральных почв,
основного компонента почвенного покрова суши. Но в природе
широко распространены также органогенные почвы, торфянистые и
торфяники. Они сложены торфом, который обозначается буквой Т. В
случае, если поверхностный торфяной горизонт имеет мощность не
более 30 см, почву называют торфянистой, при мощности от 30 до 50
см - торфяной, свыше 50 см - торфяником. Ниже приводится список
диагностических горизонтов, выделяемых в классификации почв
России (JI.JI. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.Н. Лебедева), в целях
выявления классификационного положения почвы. Как правило, во
всех классификациях мира выделение горизонтов, тем более
диагностических, одинаково и в этом одно из главных достижений
Докучаевской школы.
-91-
Диагностические горизонты почв
Естественные горизонты
О - Подстилка. Поверхностный органогенный слой мощности
до 10 см. Состоит из остатков растений и в меньшей степа
животных. Содержание органического вещества более 35%. Делии
на 3 подгоризонта: 01 - опад, не разрушенные листья и хвоя; 02'
труха, слой состоит из разрушенного материала, фрагментов листа!
хвои, веток, часто его называют ферментативным; 03 - горизоп
состоит из перегноя, в который превратились все растительнк
остатки, в зарубежных классификациях его называют слое
гумусирования.
Т - Торфяный. Органический материал, степень разложения»
больше 45%. Содержание органического вещества >35%. Мощного
слоя выше 10 см. В течение большей части вегетационного перио*
насыщен водой.
TJ - Сухоторфянистый. Законсервированные остатки растенй,
скрепленные корнями травянистых растений (дерново '
сухоторфянистый) или корнями кустарничков (багульник, карликов»
береза, черника - кустарничково-корневой сухоторфянистый)
большую часть вегетационного периода находящиеся в сухо*
состоянии, разложенные на 45% и меньше, больше 35К
органического вещества.
TR - Торфяно-минеральный. Торфяной горизонт к которому
примешен линзами, прослойками минеральный субстрат. Зольного
субстрата > 30%
ТО Торф олиготрофный, или сфагновый. Зольность ниже 10%
ТЕ - Торф эутрофный. Зольность больше 10%, состоит ш
разных растительных остаток, в которых сфагновых мхов м
преобладает.
Н - Перегнойный. Темно-коричневый до черного, мажущийо,
органическое вещество утратило свою форму, его содержание 20 •
35% от массы.
АТ Грубогумусный. Органические остатки разной степей
разложения (<35%) в смеси с минеральным субстратом. Можно
выделить два вида этого горизонта: дерновый, пронизанный корням!
трав, и кустарничково-корневой, пронизанный корнями мелш
кустарничков (брусника, голубика, карликовая береза)
AY Светлогумусовый. Светло-серого, буровато-серого цвета,
гумус фульватный или гуматно-фульватный.
-92-
AU -Темногумусовый. Серый до черного с бурым или
коричневым оттенком. Гумус -фульватно-гуматный или гуматный.
W -Органогенный слаборазвитый (гумусовый,
грубогумусовый), мощностью до 5 см
Е - Белесый до белого. Не агрегирован, или состоит из
пластинчатых, листоватых, чешуйчатых агрегатов. Часто пластинки
разламываются на более тонкие пластинки, при этом, на нижней
поверхности пластинок более темная окраска (из-за
микроортштейнов). Обычно более легкого гранулометрического
состава, чем нижележащий горизонт (в песчаных почвах это не всегда
заметно).
EL - Элювиальный. Отличается от Е более темной окраской
(сероватой, палевой, буроватой). Может содержать гумус до 1,5%
АЕ (в последней классификации обозначают AEL). Гумусово¬
элювиальный. Светло-серый, серый, содержит больше 1,5% гумуса,
комковатый, комки могут разламываться на пластинки.
BHF - Гумусово-железисто-иллювиальный, или
альфегумусовый. Обогащен вмытыми соединениями железа и гумуса.
Много кутан и пленок по призмовидным агрегатам и минеральным
зернам. Кофейно-коричневого или желто-охрисгого цвета.
ВТ -Текстурный. Бурый или коричнево-бурый. Ореховатые,
ореховато-призматические и призматические агрегаты. На
призматических агрегатах обычно хорошо выражены кутаны. Иногда
кутаны прекрываются скелетанами (“кремнеземистой присыпкой”).
Содержание ила в 1,4 раза больше, чем в верхнем элювиальном
горизонте. Если превышение в содержании ила в горизонте меньше
1,4, то горизонт выделяют как
BI -илисто-иллювиальный.
ВМ - Метаморфизованный горизонт бурого, коричневого цвета,
отличающийся от вышележащего обычно большим содержанием
гумуса при отсутствии следов элювиирования в вышележащем слое.
Иногда горизонт называют горизонтом внутрипочвенного
выветривания, сиаллитного выветривания.
Вса-Аккумулятивно карбонатный. Палевый или буровато¬
палевый. Содержит максимальное количество карбонатов в профиле
(не считая подстилающую карбонатную породу). Карбонаты
представлены белоглазкой, псевдомицелием, прожижами и т.п.
BSN - Солонцовый. Столбчатые агрегаты тяжелого
гранулометрического состава, часто выражены кутаны. Могут
распадаться на призмы с кутанами по граням. При более легком
гранулометрическом составе представлен ореховато¬
-93-
призматическими агрегатами. Обычно обогащен обменным N
(свыше 15%от суммы обменных катионов). Щелочная реакция среди
S -Солончаковый. Обогащен растворимыми солями (свыше If
от массы почвы), в сухом состоянии горизонта образующие налета
прожилки, корочки и пр.
V - Слитой. Тяжелый суглинок или глина, вязкий во влажно*
состоянии, очень твердый в сухом, плотность от 1,5 до 1,9. Пц
высыхании образуются широкие и глубокие трещины. В почвенно!
массе встречаются зеркала скольжения и кутаны набухания.
TUR- турбированный. Состоит из перемешенных в результак
механического воздействия (землерои, вывал) фрагментов разньс
горизонтов)
G- Глеевый. Более 80% площади горизонта имею
морфохроматические признаки оглеения (синеватую, голубоватую,
сизую окраску с локальными ржавыми пятнами).
Q - Криптоглеевый (гидрометаморфический). Оливковый,
грязно серый или стальной оттенок. Творжистая структура, пропита
гумусом, затвердевшие натеки карбонатов по трещинам.
F- Рудяковый, пропитан соединениями железа, образуя
прослойки, плиту, скопление ортштейнов, занимающих более 5W
объема.
ML - Мергель луговой, сплошная карбонатная пропитка npi
выходе кальциевых грунтовых вод.
KR Криотурбационный-. Видны признаки перемещенш
почвенных масс в результате замерзания и оттаивания почвы. Обычно
тиксотропный, много фрагментов растительных остатков.
RU -Горизонт из наноса гумусированного и RY - нанос из не
гумусированного материала.
Горизонты, преобразованные деятельностью человека
Р-агрогумусовый. Светло-серый пахотный горизонт,
включающий плужную подошву, неагрегированный иди слабо
комковатый, порошистый, глыбистый.
PU - агротемногумусовый. Серый до темно-серого, встречают
агрегаты, в том числе копролиты., но в целом глыбистый или
порошисто-комковатый.
РВ (PC) - агроабразионный. В окраске преобладают цвел
бурые, красноватые (включения гор. В)
РТ-агроторфяный. Темный, серовато-коричневый, с сильноразло
разложившийся органической частью.
-94-
PTR-агроторфяноминеральный. Разложившийся торф с
значительной примесью минерального субстрата (песка, глины и пр.)
X -любой химически загрязненный горизонт.
Одноименные горизонты разных почв отличаются по
физическим, химическим и морфологическим признакам. В поле
почвенные горизонты в первую очередь выделяются по цвету, затем
по структуре, гранулометрическому составу, новообразованиям. Цвет
почвы очень зависит от ее влажности. Под структурой почвы обычно
понимают форму и размеры агрегатов, составляющих почву.
Перегной от почвенного гумуса различается при растирании:
перегной образует однородную илистую массу, в то время как в
гумусовом горизонте преобладают зерна минералов.
Основные профили почв мира
Сочетание разных горизонтов приводит к формированию
различных почвенных профилей, которые можно разделить на две
группы Слабо и резко дифференцированные по строению.
К первой группе относятся профили, в которых
дифференциация в основном проявляется в распределении
органического вещества в почве, в присутствии в верхней части
почвы гумусового горизонта (Ад, Акк, или АТ в новой
классификации, и А1, в новой классификации AY и AU). К этой
группе относят черноземы, дерновые, каштановые, бурые и серые
лесные почвы, сероземы, ферраллитные почвы (красноземы).
Гумусовый горизонт в этих почвах плавно переходит в горизонт АВ, а
затем сменяется гор. В. Они различаются мощностью гумусового
горизонта. Так, в черноземах мощность горизонтов А+АВ достигает
70—120 и даже 200 см (в кубанских черноземах). Напротив, в самых
маломощных почвах недифференцированного типа, в сероземах,
мощность гумусового горизонта едва достигает 10-15 см. Другие
почвы дифференцированы по структуре: так солонцы
характеризуются горизонтом В столбчатой структуры, над котором
залегает горизонт А1, с неясно листовато-пластинчатой структурой.
Для подзолистых почв и солодей характерен горизонт А2 (Е),
элювиальный, обедненный илом. Именно эти почвы
дифференцированы по гранулометрическому составу (более легкие
горизонты А1 и А2(Е) подстилаются горизонт В, более тяжелого
гранулометрического состава. Иногда, в почти
недифференцированных серых лесных, или по новой номенклатуре,
серых почвах, появляется белая присыпка (ее называют
кремнеземной, хотя, на самом деле, она состоит не только из
-95-
кремнезема, но и из зерен полевых шпатов и других минералм)
Дифференцированы по цвету и часто по гранулометрическое
составу почвы с глеевым горизонтом. Многие исследоватад
отмечают, что у некоторых бурых лесных и коричневых почв«
глубине 40-60 см залегает метаморфический горизонт, более тяжели!
по гранулометрическому составу, чем верхние горизонты, хотя»
цвету, толща этих почв почти не дифференцирована. Друг от друп
почвы в первую очередь отличаются морфологическими свойствами
а затем уже физическими и химическими, что позволяет относить в
к разным типам, подтипам, родам и видам.
Морфологические свойства почв
Одноименные горизонты разных почв отличаются ш
физическим, химическим и морфологическим признакам. В пок
почвенные горизонты в первую очередь выделяются по цвету, затек
по структуре, гранулометрическому составу, новообразованиям.
Описание почвы
Рекомендуются следующая последовательность при описании
почвенного профиля. Разделить почвенный профиль на генетические
горизонты. Определить границу вскипания от 10%-ой НС1. Мощносп
горизонтов определить по передней и боковым стенкам разреза. Дли
этого через каждые 10 см провести вертикальные линии от
поверхности до дна разреза. Из всех промеров рассчитать среднюю
мощность каждого горизонта. Наметить глубины взятия образцов, а
также глубины "рабочих" площадок по генетическим горизонтам
(рабочая площадка - выровненная поверхность генетической
горизонта, на которой будут определяться физические свойства
почвы).
В дневнике зарисовать почвенный профиль (цветными
карандашами или штриховкой) в определенном масштабе. Показан
на рисунке границу и особенности генетического горизонта •
выраженность структуры, распределение корней, видимые
новообразования и включения.
Соблюдается следующая последовательность в описании
генетических горизонтов: влажность, цвет, гранулометрический
состав, структура, сложение, новообразования, включения, переход!
следующий горизонт.
В полевых условиях при описании почвы используют
визуальные методы. Так предварительно определяют
-96-
гранулометрический состав, влажность. При тщательном выполнении
методики эти субъективные приемы позволяют получать результаты,
которые близко совпадают с результатами, полученными
аналитическими методами.
Описание следует начинать с определения влажности, так как от
степени увлажнения зависит цвет почвы, твердость, выраженность
структуры и т.д.
Влажность почвы
(визуальное определение по Н.А.Качинскому)
Сухая - влажность ниже максимальной гигроскопической; почва
пылит;
Суховатая - не формуется, но и не пылит; при сжатии
междупальцами на образце почвы остается след пальца, что
соответствует влаге завядания растений;
Сыроватая - формуется слабо и неустойчиво; при
раскатываниираспадается; влажность соответствует приблизительно
50 % от полевой влагоемкости;
Сырая - хорошо формуется - раскатывается в шнур, от воды не
блестит; влажность оптимальная для обработки почвы;
Весьма сырая - блестит от воды, но вода не выжимается; глина и
суглинок хорошо формуются, высокая липкость; влажность
соответствует полевой влагоемкости;
Мокрая - вода выжимается (сочится из стенок разреза).
Цвет почвы
Окраска почвы изменяется в зависимости от освещенности,
влажности, распыленности: сырая • более темная; растертая и
измельченная светлее, чем в ненарушенном сложении. Поэтому в
дневнике нужно отметить, при каких условиях и в каком состоянии
увлажнения проводилось описание почвы. Дать определение цвета по
влажному и сухому образцу.
Приступая к описанию, нужно отметить, однороден или не
однороден по окраске генетический горизонт, какой цвет является
основным; как выражена неоднородность - затеками (карманами),
пятнами; их размеры, происхождение.
Цвет почвы во все периоды исследования почв был первым
признаком, на который обращали внимание почвоведы. Именно по
цветовому признаку были названы такие почвы, как чернозем, подзол,
краснозем, серые лесные, каштановые, бурые, палево-подзолистые,
-97-
терра-росса (красноцветные почвы субтропиков и теплого умеренно»
пояса на известняках, красно-бурые почвы), терра-фуска (бурая поч»
на известняках), подбуры, сероземы, коричневые и пр.
По С.А. Захарову, наиболее важными в почве являются ip
группы соединений: перегнойные вещества, соединения окиси I
загаси железа, углекислая известь, каолинит, кремнекислота.
Перегнойные вещества (органические и органоминеральные]
обусловливают черную окраску, в небольшом количестве - серук
разной интенсивности.
Соединения окиси железа при различном их количеств!
придают почве красную, ржавую, оранжевую, желтую окраску.
В условиях избыточного увлажнения и недостаточной аэрации
глубинные горизонты имеют сизоватые, голубоватые, грязно¬
зеленоватые тона, что связано с наличием соединений закисного
железа.
Кремнекислота, углекислая известь и каолин, гидрат окна
алюминия в большом количестве обусловливают белую и
белесоватую окраску.
Цвет почвы зависит от минералов, составляющих массу почвы,
степени дисперсности почв, содержания гумуса, формы соединений
железа. Так, многие алюмосиликаты и силикаты определяют светлые
тона почвы (полевые шпаты, кварц, другие оксиды кремния. Гумус в
соединения марганца создают в почве серые и темносерые тона, так
же, как влажный торф. Высохший торф приобретает бурую окраску.
Коричневый и бурый цвета в почве создают гумус, растительные
остатки, соединения железа типа аморфной гидроокиси, геткга,
особенно если соединения железа образуют пленки на других
минеральных зернах. Красный оттенок (цвет) в почве создают
соединения железа: гематит, ферригидрит. Охристые тона также
создают соединения железа (аморфные гидроокиси, тонкодисперсный
гетит). Для более объективного определения цвета почвы сейчас
используют шкалу Манселла.
В системе Манселла выделяют три важных параметра: цвет
(hue), яркость (value), тон (chroma). Цвет ранжируется для почвы от
красного (R) до желтого (Y). Красный цвет без желтого в этой
системе обозначается 10R, красно-желтые и желто-красные цветовые
смеси при нарастании желтизны имеют ранги: 0YR (равен 10R);
2,5YR; 5YR; 7,5YR; 10YR (равнозначен 10Y), 2,5 Y; 5Y. Яркость
ранжируется фактически по поглощению и отражению света - от
черного до белого (от 1, чернота, до 8, белизна). Аналогично
ранжируется тон цвета (бледный, интенсивный и т.п.) от 1 до 8.
Общая формула выглядит так: цвет - яркость - тон, или 10R 6/4, где 6
-98-
- яркость, 4 - тон. Ниже приводится сводная таблица 4.1 оценки
цветов в обычной форме и по шкале Манселла. При переводе
цветовых терминов использовали следующие термины: pale-
бледный, light - светлый, weak - слабый, dark - темный , dusky -
интенсивный.
Таблица 4.1. Шкалы Манселла и традиционные названия цветов.
IpXDCTb
.value
Тон,
chroma
Основной цвет почвы (hue)
10R
2,5YR
5YR
7,5YR
10YR
2,5Y
5Y
91-
КО)
-
-
белый
белый
белый
белый
белый
2
-
-
белый
розовато-
белый
белый
белый
белый
3
-
-
бледно-
желтый
розо¬
вый
Очень
бледно¬
бурый
-
бледно
желтый
4
-
-
бледно-
желтый
6
-
-
желтый
красно¬
желтый
желтый
желтый
желтый
S
-
-
7/-
1(0)
-
-
Светло¬
серый
светло¬
серый
Светло¬
серый
Светло¬
серый
светло¬
серый
2
-
-
розово¬
серый.
Светло-
ОЛИВКОВ
о-серый
3
-
-
бледно-
желтый
-
Очень
бледно¬
бурый
-
бледно-
желтый
4
-
-
розовый
бледо-
желтый
6
-
-
желтый
красно¬
желтый
желтый
желтый
желтый
8
-
6/-
1(0)
красно¬
серый
серый
серый
серый
серый
серый
Светло¬
серый
2
бледно¬
красный
Бледно¬
красный
Светло-
оливков
о-серый
розово¬
серый
светло¬
буро¬
серый
светло¬
буро¬
серый
светло-
оливков
о-серый
3
-
бледно¬
олив¬
ковый
нет
бледно¬
бурый
светло-
буро-
серый
бледно.
оливков
ый
4
Свело-
красно-
бурый
светло-
бурый
светло-
желто-
бурый
светло¬
желто¬
бурый.
6
светло-
красный
светло-
красный
оливков
0-
желтый
красно¬
желтый
буро-
желтый
оливков
0-
желтый
оливков
0-
желтый
8
5/-
1
красно¬
серый
серый
серый
серый
серый
серый
серый
-99-
2
слабо¬
красный
оливков
о-серый
серо¬
бурый
Серо¬
бурый
олимп!
о-серш
3
слабо¬
красный
-
бурый
бурый
-
олив*!
овыЛ!
4
красно. -
бурый
олив¬
ковый
желто¬
светло-
оливков
о-бурый
■ " -ji
6
красный
красный
Интенсив
но бурый
бурый
4/-
1
темно¬
красно¬
серый
Темно-*
серый,
серый.
темно¬
серый
темно¬
серый
темно¬
серый
темно¬
серый
темво*
серый
2
слабо¬
красный
оливков
о-серый
темно¬
серо¬
бурый
темно¬
серо¬
бурый
одивкп
o-cepid
3
Слабо¬
красный
-
Олив¬
ковый
бурый
бурый
темно¬
серобур
ый
Оливю
во*
серый
4
Красно-
бурый.
-
оливко»
ый
6
красный
красный
-
интенсив
но бурый
темно-
желто¬
бурый
оливков
о-бурый
3/
1
Темно-
красно¬
серый
Очень
темно¬
серый
Очень
темно¬
серый
Очень
темно-
серый-
очень-
темно-
серый
Очень
темно¬
серый
черны»
2
интенси
вно
красный
интенси
вно
красный
темно-
оливков
о-серый
бурый
очень
темный
серо¬
бурый
очень
темный
серо¬
бурый
3
Темно¬
красный
Темно¬
красный
темно-
бурый
-
2/-
0
красно¬
черн
черный
черный
черный
Темно¬
желто¬
бурый
черный
2
очень.
интенси
вно
красный
оченьин
тенсивн
0.
красный
Очень
темно¬
бурый
черный
4
-
Темно¬
красно¬
бурый
Очень
темно-.
бурый
6
Темно¬
красный
темно¬
красный
Ниже дается сравнительная таблица для цвета почвенных
горизонтов, используемых в диагностике российских почв и
соответствующие им индексы Манселла (табл. 4.2).
-100-
Таблица 4.2. Сравнение традиционных цветовых признаков почв и
шкалы Манселла
Цвет почвы
Индекс по Манселлу
10R
2,5YR
5YR
7,5YR
10YR
2,5Y
5Y
Белый
-
-
8/1 ..2
8/1
8/1..2
8/1..2
8/1..2
Розовато-белый
-
-
-
8/2..3
-
-
-
Желтый
-
-
8/6.
8/6,
7/6.
8/6
8/6,
7/6.
8/6
Палевый, розово-
желтый
-
8/3..4,
8/6.8
-
-
-
-
-
Светло-серый
-
6/1,5/1
Темно-серый
-
-
4/1
Темно-серо-
бурый
-
-
-
-
4/2
4/2
-
Серо-бурый
-
-
-
-
5/2
5/2
-
Бурый
-
-
-
4/2, 5/1
5/3
-
-
Темно-бурый
5/6
4/6
Коричневый
5/4,4/4
Красный
4/6,3/1,3/3
Черный
2/0
2/0
3/0
3/3
В последнее время (Д.С. Орлов, Ю.Н. Водяницкий) используют
отражающую способность почв для оценки как цвета почвы, так и
содержания отдельных компонентов (гумуса, соединений железа).
Структура почвы
Описание морфологической структуры должно быть сделано по
генетическим горизонтам. При описании каждого горизонта нужно
ножом, стамеской или лопатой ваять из него небольшой образец и на
лопате или в руках встряхнуть несколько раз. Если горизонт
структурен, то образец легко распаляется на отдельности (агрегаты,
педы). Чётко прослеживается структура отдельных горизонтов при
выбросе на поверхность во время копки разреза. В дневнике нужно
отметить выраженность структуры; структура ясно или неясно
выражена. Отметить тип структуры, размер агрегатов, выраженность
граней, налеты на гранях, пористость внутри агрегатов и другие
особенности. Дать оценку структуры пахотного слоя с точки зрения
агрономической: по крупности отдельностей, их пористости,
механической прочности и водопрочности.
Механическая прочность, или связность, оценивается по
усилию, которое требуется для раздавливания структурной
отдельности пальцами. Причем, определение нужно сделать при
полевой влажности и подсушив агрегат до воздушно-сухого
состояния.
-101-
Для определения водопрочности отобрать несколько агрегата,
положить в стакан и залить водой (воду наливать осторожно по
стенке сосуда), слой воды на. 0,5 см выше слоя агрегата. Записать,»
сколько минут агрегаты распадутся. В результате, одним из самых
диагностических признаков строения почв - характер агрегатов, m
которые делится почвенная масса. В почвах встречаются следующие
по формам и размерам агрегаты: комки, глыбы - свойственны
пашням, пахотному слою, порошистые, зернистые, ореховатые,
крупноореховатые, призмовидные, столбчатые, плитчатые
чешуйчатые (табл.4.3). Кроме того в почвах встречаются такие
структурные элементы, как новообразования (ортштейнц
карбонатные стяжения). Рад исследователей считает, что структур»
почвы в принятом смысле - это структура порового пространства.
Именно в порах живут и передвигаются корни, животные, грибы i
микроорганизмы. Как в кружевах, для почвы важен воздух ,
пространство пор, а не сама по себе твердая фаза почвы. В твердой
фазе активна лишь поверхность почвенных частиц (матрица), она
определяет взаимодействие корня и почвы, потребление корнем воды
и питательных элементов. Составляя мкм по своей толщине, она
представляет собой главный объект экзогенеза (преобразование
геологической породы под влиянием внешних факторов)
Таблица 4.3. Группы и виды почвенных агрегатов [Захаров, 1931|
№
группы
Группы
агрегатов
Особенности строения
Виды агрегатов
Размеры
агрегатов, ю
Кубовидная - равномерное
развитие по трем осям
I
Глыбистая
Грани и ребра плохо
выражены
Крупноглыбистые
>100
Мелкоглыбистые
100-50
П
Комковатая
Тоже
Крупнокомковатые
50-30
Среднекомковатые
30-10
Мелкокомковатые
10-0,5
Ш
Пылеватая
Тоже
Пылеватые
<0,5
IV
Ореховатая
Грани и ребра хорошо
выражены
Ребра острые
Поверхность граней
ровная
Крупноореховатые
>10
Ореховатые
10-7
Мелкоореховатые
7-5
V
Зернистая
Округлые, грани
шероховатые,
матовые, иногда
гладкие,
блестящие
Крупнозернистые
5-3 !
Зернистые (крупитчатые)
34 1
Мелкозернисгые-
порошистые
1-0,5
Призмовидная - развитие преимущественно по вертикальной оси (размеры по главной оса)
VI
Столбови¬
дная
Неправильная форма
Слабо выраженные
грани
Округлые ребра
Крупностолбовидные
>50
столбовидные
50-30 j
Мелкостолбовидные
<30
-102-
vn
Столбчатая
Грани и ребра выражены
Округлый верх
Крупностолбчатая
>50
Столбчатая
50-30
Мелкостолбчатая
<30
vm
Призмати¬
ческая
острые ребра, часто
глянцевые
грани
Крупнопизматические
>50
Призматические
50-30
Мелкопризматические
<30
Плитовидная - развитие преимущественно по горизонтальным осям. Размс]
ры по высоте
IX
Плитчатая
Слоеватая, с
горизонтальной
“спайностью”
Сланцеватые
>5
Плитчгые
5-3
Пластичатые
3-1
Листоватые
<1
X
Чешуйчатая
С небольшими
изогнугами
плоскостями и острыми
ребрами
Скорлуповатые
>3
Грубочешуйчатые
3-1
Мелкочешуйчатые
<1
В песчаных и слитых почвах агрегаты отсутствуют. Такие
почвы называют неагрегированными. Для суглинистых и более
тяжелых почв свойственны микроагрегаты, размером 0,25-0,1мм,
Важно представлять, в каких почвах и какие структурные элементы
преобладают и на какие элементы структуры природой наложен
запрет (табл. 4.4).
Таблица 4.4 Сопряженность типов почв и почвенных агрегатов
(агрегатной структуры)
Тип почвы
Гориз
Плитч
Столб
Призмов
Орехов
Зернис
Комков
Глыбис
Пыле
Микроа
онт
атая
чатая
идная
атая
тая
атая
тая
ватая
грегаты
Подзол
Е
X
-
-
-
-
X
X
X
-
В
-
-
X
-
-
-
-
-
X
Дерново-
А1
X
-
-
-
X
X
X
X
X
подзолистая
В
-
-
X
-
-
-
X
X
X
Солодь
АЕ
X
-
X
-
-
X
-
X
-
В
-
*
X
-
-
X
-
X
Солонец
А
X
-
X
-
-
X
X
X
X
В
-
X
X
-
-
-
X
-
X
Серая лесная
А
В
;
-
X
X
X
X
X
-
-
X
X
Чернозем
А
В
;
-
X
;
X
X
X
X
X
X
X
X
Каштановая
А
-
-
-
-
X
X
X
X
X
В
-
-
X
-
-
-
-
X
X
Серозем
А
В
-
-
X
-
;
X
X
X
X
X
X
X
X
Краснозем
А
В
-
;
;
X
X
X
X
X
X
X
А
_
_
X
X
X
X
X
Бурая лесная
В
-
-
X
-
X
X
X
X
Примечание, х - присутствие агрегатов данного типа
-103-
Естественные агрегаты в морфологии называют педами. Они
представляют собой образования, характеризующиеся определенным
размером, водоустойчивостью, другими свойствами. При обработке, в
пахотном горизонте они переходят в комковато-глыбисто-
порошистые структурные отдельности. Все агрегаты состоят из
элементарных почвенных частиц, но механизмы образования
агрегатов из этих частиц пока гипотетичны. Теоретически
элементарная почвенная частица - это минерал, обломок породы, их
осколки, коллоиды, остатки растений. Именно элементарные
почвенные частицы определяют гранулометрический состав почв,
который также можно детально характеризовать при полевых
описаниях почвенного профиля.
Гранулометрический состав
Гранулометрическим составом определяются почти все
физические свойства почвы - адсорбционная, структурообразующая
способность, плотность, влагоемкость, тепловые и физико¬
механические свойства. Глинистые и суглинистые почвы, например,
содержат больше гумуса, и питательных веществ, чем почвы
супесчаные и песчаные.
Почвы легкого гранулометрического состава весной раньше
прогреваются, и обработку их можно начинать в более ранние сроки.
Все почвенные исследования, проводимые в целях решения, разных
задач, обязательно сопровождают определением
гранулометрического состава. При полевом морфологическом
описании используются визуальные методы, а в лабораторных
условиях дается точное определение гранулометрического состава
исследуемых почв принятыми методами анализа. Визуально
гранулометрический состав определяется "сухим" и "мокрым”
методами.
"Сухой" метод. Небольшое количество сухой почвы (несколько
зерен) размять пальцами и растереть на ладони руки. В почвах
тяжелых по гранулометрическому составу - глинистых,
тяжелосуглинистых - структурные отдельности ребристы,
раздавливаются с трудом; при растирании большая часть втирается в
кожу ладони, а при сбрасывании получается пыльное "облако".
Структурные отдельности почвы более легкого
гранулометрического состава легко раздавливаются, при растирании
лишь небольшая доля частиц втирается в кожу ладони, ощущаются
песчаные частицы, при сбрасывании не пылит.
-104-
"Мокрый" метод. Основан на свойстве пластичности почвы.
Небольшое количество почвы (4-5 г) смочить водой до состояния гус¬
той пасты, тщательно перемешать и раскатать на ладони ребром дру¬
гой руки в шнур диаметром 3 ми. Шнур свернуть в кольцо диаметром
3 см.
Шнур сплошной, кольцо без трещин - глина
Шнур сплошной, кольцо с трещинами - суглинок тяжелый
Шнур сплошной, при свертывании в кольцо распадается на дольки •
суглинок средний
Шнур раскатывается, но трескается - суглинок легкий
При раскатывании шнур распадается на дольки - супесь
Шнур раскатать невозможно - песок
Практически их состав и размер определяют после дезагрегации
почв (гранулометрический состав). Однако нет уверенности, что все
используемые для этого методы дают истинный выход элементарных
частиц. Об этом говорят различия в результатах, полученных при
использовании разных методов диспергации почв. В естественных
почвах размеры и форма агрегатов (педов) устойчивая характеристика
и иногда самая диагносгичная. Так, чернозем от темно-серой лесной
почвы различается зернистой структурой агрегатов, в то время как
горизонт В темно-серой почвы - ореховатой. Все остальные признаки
очень близки и диапазон их колебаний перекрывают их различия.
В пахотных горизонтах всех типов почв суглинистого
гранулометрического состава и выше встречаются комковатые и
глыбистые агрегаты. Одним из главных факторов, определяющих
формирование агрегатов - их гранулометрический состав. Наличие
или отсутствие некоторых агрегатов определяется кроме типа почвы
ее гранулометрическим составом. Поэтому целесообразно
представить зависимость встречаемости агрегатов и других
структурных элементов от гранулометрического состава почв (табл.
4.5).
Можно заметить, что в супесчаных и песчаных почвах не
образуются кутаны, трещины, ортштейны, не формируются
ореховатые, зернистые, столбчатые, призмовидные агрегаты, зато в
почвах тяжелосуглинистых и глинистых не встречаются ортзанды,
псевдофибры, плитчатые и чешуйчатые агрегаты.
Агрегатное состояние играет очень заметную экологическую
роль в жизни и растений, и животных. Обычно, естественные почвы,
как правило, хорошо агрегированы. Исследования показывают, что
-105-
одним из главных свойств, отличающих почву от почвообразующей
породы - это гумус и структура: новообразования и агрегаты.
Так, ореховатая структура горизонта В отличает серые лесные
почвы от всех других почв, столбчатые агрегаты типичны дли
солонцов, пластинчатая структура - для подзолистых почв и солодей.
Все это позволяет говорить о структуре, как важном диагностической
признаке почв. Распашка почв приводит к разрушению естественно!
структуры и формирование общих для многих пахотных слоев
комковато-глыбистой структуры.
Естественные агрегаты, их называют педами, позволяют корням
растений быстро осваивать верхний слой почвы, создают
межагрегатные поры, по которым передвигаются корни и животные.
В 30-х гг. после работ А.Г. Дояренки, В.Р. Вильямса было
установлено, что физические свойства почв в значительной стелет
определяются агрегированностью верхнего слоя. А.И. Ахромейко
показал, что влияние агрегатов достаточно противоречиво.
Таблица 4.5. Схема связи форм структурных элементов и
гранулометрического состава почв
Типы структуры и
агрегатов
Содержание частиц <0,01 мм, % от массы
<10
песок
11-20
супесь
21-30
легкий
суглинок
31-40
средний
суглинок
41-50
тяжелый
суглинок
>50
глина
Неагреги
рованная почва
Раздельночастичная
X
X
Пылеватая
-
-
X
X
-
-
Слитая
-
-
-
-
X
X
Новообразованные элементы структуры
Трещины
-
-
-
X
X
X
Ортштейны
-
X
X
X
X
X
Псевдофибры и
X
X
X
ортзанды
Манганы
-
-
-
X
X
X
Пленки вокруг
X
X
X
.
_
минералов
Кутаны
-
-
-
X
X
X
Типы агрегатов
Призматический
-
-
-
X
X
X
Ореховатый
-
-
-
X
X
X
Зернистый
-
-
X
X
X
X
Комковатый
-
-
X
X
X
X
Глыбистый
-
-
-
X
X
X
Плитчатый
-
-
X
X
-
-
Чешуйчатый
-
-
X
X
-
-
-106-
Одна и та же почва, в естественном состоянии по сравнению с
растертым образцом в опыте А.И. Ахромейки способствовала лучшей
всхожести семян. Но в условиях вегетационного опыта при
постоянной оптимальной влажности почвы урожай на растертых
образцах был достоверно выше, чем на естественной почве. Отсюда
был сделан важный вывод, что агрегированная почва способствует
лучшему прорастанию семян, но затем питание растений несколько
ухудшается из-за слабого контакта корней с почвой.
Сложение почвы
Под сложением понимают внешнее выражение степени
плотности, характера пористости и трещиноватости почвы. Оно
зависит от гранулометрического состава, оструктуренности почвы,
размера и формы отдельных гранулометрических и структурных
элементов, их группировки относительно друг друга. Сложение
связано также с деятельностью почвенной фауны и корней растений,
которые образуют ходы различного диаметра, формы и направления.
По величине и форме пор и полостей различают следующее
сложение почвы.
Пористость внутри структурных отдельностей или в сплошной
почвенной массе: 1) тонко-пористое - поры диаметром менее I мм ; 2)
пористое - 1-3 мм ; 3) губчатое - 3-5 мм; 4) ноздреватое (дырчатое) -
5-10 мм; 5) ячеистое - крупнее 10 мм.
По степени пронизанности порами почвенная масса может быть:
1) слабопористой - поры редкие, расстояние между ними 1,5-2 см; 2)
пористой - расстояние между порами около 1 см; 3) сильнопористой -
расстояние между порами 0,5 см и менее,
Полости между структурными элементами или отдельностями:
1) тонкотрещиноватые - ширина трещин менее 3 мм, узкие, обычно
вертикальные (горизонты с мелкими структурными отдельностями);
2) трещиноватые - трещины 3-10 мм (для горизонтов с
призматической и столбчатой структурой); 3) щелеватые -
вертикальные полости размером более 10 мм (столбчатые горизонте
солонцов).
Полости, особенно тонкие, ясно видны лишь при сухом
состоянии почвы. Во влажной почве в результате набухания они
слабо или совсем не различимы.
По плотности сложения в сухом и свежем состоянии различают
следующие степени.
-107-
1. Весьма плотное (слитое) сложение - лопата не входит в почву.
Требуется применение кирки или лома (уплотненные горизонт
слитых черноземов, столбчатые и карбонатные горизонты солонцов)
2. Плотное сложение - лопата с большим трудом входит в почву
(глубокие иллювиальные горизонты многих почв).
3. Рыхлое сложение - лопата легко входят в почву, при выбросе
масса рассылается (супесчаные почвы и верхние горизонты хорошо
оструктуренных суглинистых и глинистых почв).
4. Рассыпчатое сложение - почва обладает сыпучестью
(песчаные и супесчаные почвы, а также поверхностные горизонта
культурных тонкоструктурных почв).
Количественную оценку плотности и твердости почвы в отчете
дать по данным плотности почвы при естественной влажности,
сопротивлению почвы сдавливанию и расклиниванию.
Итак, в природе почва легко узнается по строению профиля, цвету
горизонтов, агрегированное™ почв. На основании этих признаков
можно выделить такие почвы, как подзолистые, дерново-
подзолистые, серые лесные, черноземы и др.
Микроморфология почв
Многие признаки почв хорошо проявляются при оценке их под
микроскопом. Для этого из ненарушенного образца почвы, взятого в
спичечный коробок, изготовляют по принятой методике шлиф
(проваривая предварительно в канифоли).
В шлифе (Е.Б. Скворцова) различают основную почвенную
массу, поры и новообразования. Поры легко обнаруживаются в
шлифе, особенно при использовании скрещенных николей. Они дают
представление о сложении почвы. Выделяют поры между
минеральными зернами и агрегатами (поры упаковки), каналы,
камеры, пузырьковые, трещины и поры неправильной формы.
К новообразованиям относят микроортштейны, они особенно
характерны для гор. Е подзолистых почв.
Основная масса почвы в шлифе делится на агрегаты: округлой и
овальной формы, пластинчатые и плитчатые, угловатые и
неправильной формы.
К округлым агрегатам относят биогенные образования,
коагуляционные формы, ооидные агрегаты. Они встречаются в
черноземах, в мерзлотных почвах. Коагуляционные агрегаты часто
скреплены соединениями железа, приурочены к почвам с промывным
водным режимом. К пластинчатым относят листоватые, чешуйчатые
агрегаты.
-108-
По морфологии почв можно оценивать их свойства. Так,
мощный гумусовый минеральный горизонт обычно свидетельствует о
высокой продуктивности почв, об их пригодности для зерновых
культур. Торфянистые горизонты, также, как новообразования типа
ортштейнов и глеевые горизонты говорят о временном или
постоянном переувлажнении почв. Плотные прослойки показывают ,
что существует ограничение для проникновения корней в почву.
Солевые горизонты свойственны засоленным почвам, столбчатый -
солонцам. Обе группы почв обладают низкой продуктивностью.
Исследование микроморфологии почв
Из разрезов отбирают образцы для последующих анализов почв,
в том числе и на микроуровне. Для микроморфологии отбирают
маленькие монолиты с ненарушенным сложением. Размеры
монолитов - 3 х 4; 4 х 6; 6 х 8; 9 х 12 см.
Часто используют пустые спичечные коробки, в которые
помещают вырезанные прямоугольные образцы почв с ненарушенной
структурой. В случае рыхлых отложений приходиться закреплять
образец в поле смесью канифоли (канадского, пихтового бальзама) со
спиртом, ацетоном или ксилолом в соотношении 1:3. Обычные
образцы цементируют в лаборатории тем же раствором.
Приготовленную смесь нагревают при 100о, ею заливают
подготовленные образцы и нагревают в течение суток при 110-120о.
Затем затвердевший образец шлифуют на станке (формируя гладкую
плоскость). Шлиф наклеивают на предметное стекло. Затем образец
стачивается до толщины 0,03-0,02 мм. Толщина проверяется окраской
зерен кварца в шлифе при скрещенных николях. Если она серая, то
толщина шлифа нормальная. С помощью бальзама наклеивают на
шлиф покровное стекло.
В почве под микроскопом выделяют следующие структурные
элементы: скелет (крупные зерна минералов), плазма (коллоидная
масса между минералами), органическое вещество, новообразования,
поры. При изучении физических свойств почвы прежде всего важно
знать характер порового пространства почвы. При этом следует
помнить, что исследователь имеет дело со случайной плоскостью
сечения почвенной массы, поэтому форма пор может иметь
искаженный характер. Но обще представление о порозности
(пористости) шлифы дают. Особенно, если учитывать классификацию
пор, которую разработала Е.Б. Скворцова. Они использует критерий F
(критерий формы) для оценки формы пор. Он характеризуется
формулой: F = (4t:S/P2 +D/L)/2, где F - обобщенный фактор формы, S
-109-
- площадь, Р - периметр, D - ширина, L - длина пор в шлифе. Hi
основании фактора формы (F) можно охарактеризовать микропор
почвы (табл. 4.6). Можно оценить степень извилистости пор
возможную их проводимость (для воды). Но при этом следуя
учитывать, что истинное построение модели порового пространств
возможно лишь при большой повторности шлифов для данного
горизонта (С.А. Владыченский и Э.Д. Баирова считают, что
повторность должна достигать 60 шлифов)
Поселение леса, как показали исследования О.Ю. Барановой!
Е.Б. Скворцовой, оказывает мощное воздействие на почвенную
структуру. В первые десятилетия под древесной растительностью ш
залежных дерново-подзолистых почвах происходит переход от
комковатой или массивно-комковатой структуры пахотного
горизонта к структуре с выраженными плитчатыми мотивами. В
условиях густого молодого древостоя структурные изменения почвы
можно связать с исчезновением травяного покрова, корневая система
которого способствует формированию и закреплению изометричных
структурных отдельностей. Уменьшение количества дождевых черве!
и перенос активности мезофауны в толщу подстилки также
способствуют затуханию биологического осгруктуривания.
Плитчатая и пластинчатая организация почвы прослеживаете»
на достаточно тонком уровне ее организации. В то же время в
залежных почвах под молодыми березняками сохраняется локальные
участки с высокой биогенной переработкой почвенной массы.
Наличие таких микроучастков особенно характерно для серых лесных
почв.
Таблица 4.6. Группировка почвенных пор в шлифах по величине
фактора формы F
Значение
фактора
F
Форма среза пор
Описание пор
<0,2
Трещиновидная
Трансагрегатные трещины, трещиновидные поры
упаковки угловато-блоковых и пластинчатых
структурных отдельностей
0,2-0,4
Вытянутая изрезанная
Поры упаковки комковато-зерниешх агрегатов в
состоящих из них блоков, другие вытянутые
изрезанные поры в агрегированной и
неагрегированной почве
0,4-0,6
Изометричная изрезанная
Поры упаковки округло-комковатых агрегатов,
поры-ваги в слабоагрегированной почве
0,6-0,8
Изометричная
слабоизрезанная
Каналы в субпоперечном срезе, слабоизрезанные
поры, защемленные в неагрегированной почве
0,8-1,0
Округлая и близкая к
округлой
Каналы в поперечном срезе, камеры, пузырьки
-110-
В разреженных березняках с развитым травянистым покровом
наблюдается наложение луговых и лесных признаков. Верхняя часть
постпахотного горизонта существенно переработана почвенными
беспозвоночными, в том числе дождевыми червями, благодаря чему
имеет тенденцию к комковатости (4.3а). В нижней части этого
горизонта почвенная масса диспергирована и склонна к плитчатости
(рис 4.3. б).
4.3. Комковатая (а) и плитчатая (б) структура залежной дерново-
подзолистой почвы под березняком Тверской обл. залежь 30 лет.
Глубина а - 0-5 см, 6-10-15 см.
При замене березовых лесов на естественные еловые
сообщества в залежных почвах усиливаются признаки лесного
почвообразования. Происходит постепенная дифференциация
бывшего пахотного горизонта по содержанию и
микроморфологическому строению органического вещества. Под
ельниками 40-70 лег в поверхностном слое почвы присутствуют
многочисленные растительные остатки слабой, средней и сильной
степени разложения, есть унифицированные обрывки тканей. Почва
испытывает активное влияние подстилочной мезофауны, на что
указывает обилие экскрементов, в первую очередь выбросов
первичных разлагателей. В условиях средневозрастных ельников
состав мезофауны особенно разнообразен: в почве встречаются
выбросы ногохвосток, личинок двукрылых, клещей, энхитреид и
других беспозвоночных (рис. 4.4).
-ill-
Рис.4.4. Выбросы почвенной мезофауны в залежной дерново-
подзолистой почве под ельником сложным (глубина 0-5 см.). Тверская
область, залежь 70 лет.
В поверхностном слое почвы отмечается также максимальное
содержание органических сгустков и темного пигмента. В отличие от
почвы под березняком гумусовые сгустки распределены в
пространстве менее равномерно. Благодаря этому в почвенной массе
на фоне общей высокой гумусности появляются отдельные
малогумусовые пылеватые микроучастки.
ГЛАВА 5. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Почва состоит из 4-х компонентов: твердой фазы (комплекса
минералов), органического вещества, входящего в твердую фазу,
воды, воздуха. Можно как обязательный включить 5-й компонент
почвы - почвенную биоту, живые организмы, обитающие в почве.
Взаимодействие всех почвенных компонентов приводит к
формированию почвенного профиля, плодородия почвы, разных ее
свойств, в том числе экологических функций. Наряду с этими
компонентами жизнь и эволюция почв определяется также действием
факторов почвообразования (почвообразующей породы, климата,
рельефа, живых организмов, времени). Одним из главных комплексов
свойств почвы можно считать ее физические свойства. К ним относят
плотность почвы во влажном и в сухом состоянии, плотность твердой
фазы почв, пористость (синоним - порозность) почвы в
ненарушенном состоянии. Реологические свойства (пластичность,
сопротивление сдвигу, расклиниванию и сдавливанию, или
твердость) также относят к физическим параметрам почвы.
Особенности поведения воды в почве, и ее физическое,
взаимодействие с почвой (сорбция, движение, характер заполнения
пор почвы) выделяют часто как водные свойства почвы. В основе
всех этих свойств почвы лежит ее гранулометрический состав.
Г ранулометрический состав почв
Гранулометрический состав почва в основном наследует от
почвообразующей породы. Но существуют данные, что некоторые
почвенные процессы могут привести к изменению
гранулометрического состава почвенных горизонтов. К ним относят
процессы лессиважа, оподзоливания, оглеения, метаморфоза.
В почве выделяют агрегаты (микроагрегаты) и элементарные
почвенные частицы. Первые представляют собой комбинацию
элементарных почвенных частиц, образующуюся в результате
взаимодействия этих частиц, скрепления их каким-либо цементом,
клеем. Элементарные почвенные частицы представлены отдельными
зернами минералов, обломков пород, коллоидами, в том числе
органическими. Из гранулометрического состава обычно исключают
карбонаты, гипс, другие новообразования и анализируют собственно
мелкозем, измельченный до величины зерен меньше 1 (2) мм. Если
почва карбонатная, то ее обрабатывают кислотой для разложения
карбонатов. Для дезинтеграции микроагрепггов, навеску почвы
обрабатывают или ультразвуком, или пирофосфатом Na, или
-113-
щелочью (NaOH). В свое время был предложен так называемы!
международный метод обработки почв перекисью водорода дм
сжигания органического вещества почвы. Такое внимание i
методикам лабораторного определения гранулометрического состава
почв связано с тем, что изменения в этих методиках могут привести!
систематическим изменениям в результатах гранулометрического
анализа, поэтому сравнивать гранулометрические данные,
полученные разными школами, следует очень осторожно. Hi
практике, отличаются не только методы определенш
гранулометрического состава, но и размеры выделяемых фракци!
(табл. S.1). Фракции состоят из минеральных зерен, и сам
гранулометрический состав во многом определяете»
минералогическим составом породы, так как разные минералы не
одинаково поддаются выветриванию. Так, кварц наиболее
устойчивый минерал, поэтому, обычно, он накапливается в крупных
фракциях гранулометрического состава, полевые шпаты преобладают
в среднем песке. Как иллюстрацию можно привести распределение
минералов по фракциям гранулометрического состава в лессах (табл.
5.2).
Табл. 5.1. Классификация гранулометрических фракций по размеру
(мкм) в разных странах
Название
фракции
коллоиды
Россия
США,
Д.С..Х.
ISSS
США.
ДА
Англия
Германия
Россия,
ИГ
<0,Г~
>0,2 j
<0,2
<0,2
<0,2
<0,2
<0,25
ил
<1
<г 1
<2
<5 “1
<2
<2
<i
пыль
1-50
2-50
2-20
5-50
2-60
2-60
1-50
мелкая
1-5
-
-
-
2-6
-
1-5
средняя
5-10
-
-
-
6-20
-
5-10
крупная
10-50
-
-
-
20-60
-
10-50
песок
50-1000
50-2000
20-2000
50-2000
60-2000
60-2000
50-2000
тонкий
-
50-100
-
-
-
-
50-100
мелкий
50-250
100-250
20-200
50-250
60-200
60-200
100-250
средний
250-500
250-500
-
-
200-500
200-5000
250-500
крупный
500
500-1000
200-2000
250-2000
500-2000
500-2000
500-1000;
грубый
1000
1000-2000
-
-
-
гравий
>1000
>2000
>2000
>2000
>2000
>2000 f >2000 |
Примечание: Россия - классификация Н.А. Каминского, модифицировании
Почвенным институтом им В.В. Докучаева. Д.С.Х. -Департамент сельского хозяйст
США. ISSS - Классификация международного общества охраны почв. Англи* •
Британский стандарт, Германия - немецкий стандарт. Россия -ИГ -классификаци,
принятая в инженерной геологии в России.
-114-
Таблица 5.2. Распределение преобладающих минералов в
гранулометрических фракциях лесса [Ананьев, 1956]
Размер фракции,
мм
Преобладающие минералы
>0,25
Кварц
0,25-0,005
Кварц, полевые шпаты, кальцит, тяжелые минералы.
0,005-0,001
Полевые шпаты, кварц» кальцит, каолинит, гидрослюда
0,001-0,0001
Гидрослюда, каолинит, кальцит, монтмориллонит, вторичный
кварц
<0,0001
Монтмориллонит, гидрослюда, органическое вещество, вторичный
кварц
Минералогический состав почв, особенно их илистой фракции,
может меняться в зависимости от типа почв (на зональном уровне).
Для ряда зональных почв Европейской части России эта
закономерность выглядит очень ярко (табл. 5.3)
Особенно четко зональны водорастворимые минералы:
карбонаты, гипс, соли натрия и т.п. Они отсутствуют в гумидных и
присутствуют, часто в больших количествах в аридных почвах. На
основании содержания разных гранулометрических фракций
разработана классификация почв по гранулометрическому составу.
Наиболее простая классификация строится по содержанию фракции
<0,01мм, получившей название физической глины (табл. 5.4).
Таблица 5.3. Минералогический состав и основные компоненты
фракции элементарных почвенных частиц < 1 мкм, % от массы
фракции [Воронин, 1986]
Почва
Горизонт
Гумус,
%
Карбонаты и
легкораствор
имые соли
Группа
монтмори
ллонита
Гидросл
юды
Каолини
т +
хлорит
Кварц и
др-
Дерново
сильноподзолиста
я
(Московская обл.)
А1
10
нет
23
26
36
5
А1А2
6
“
19
33
32
10
А2
4
“
15
38
29
14
В1
1
“
35
31
28
5
Чернозем
мощный
типичный целина
(ЦЧЗ Курская
обл.)
А1
15
2
27
36
15
5
В1
11
2
26
35
21
5
В2
4
12
19
33
27
5
С1
2
12
24
35
25
2
Чернозем
обыкновенный
Каменная степь,
(Воронежская
обл.)
А1
14
5
48
25
5
3
В1
6
4
63
20
5
2
В2
2
18
50
22
5
3
ВЗ
1
18
53
21
5
2
-115-
Каштановая почва
(Волгоградская
обл.)
А1
5
4
34
53
1
3
В1
3
5
44
44
2
2
В2
2
16
34
43
3
2
С1
1
24
35
35
3
2
СЗ
1
15
37
43
3
1
Солонец
среднестолбчатый
(Волгоградская
обл.)
А!
6
5
32
44
1
6
В1
3
7
48
36
1
5
В2
2
15
42
38
1
3 I
С1
1
20
34
42
2
I
СЗ
1
16
36
44
2
1
Темный серозем
(Чаткальская
ГМОС)
А1
5
20
25
47
1
2
А1В1
2
24
15
56
1
2
В1
2
24
15
56
1
2
ВС
1
21
22
38
17
1
С
1
16
15
45
22
1
Существуют также классификации почв по
гранулометрическому составу, учитывающие содержание трех
фракций: песка (1(2)—0,05 мм), пыли (0,05-0,001 мм) и глины (ила),
частиц, размером меньше 0,001 мм. В классификации, принятой в
России, построенной на основании содержания физической глины, в
этом случае называют две преобладающие фракции. На последнее
место в названии ставят преобладающую фракцию. Наименьшую по
содержанию фракцию в названии опускают. Почва, содержащая 52%
физической глины, 30% ила, 50% пыли и 20% песчаной фракции
будет называться иловато-пылеватая легкая глина.
В зарубежной литературой используют несколько другую
классификацию почв по гранулометрическому составу, построенную
также на содержании пыли, песка и ила, или глины (табл.5.4). К глине
в этом случае относят частицы с диаметром меньше 2мкм, к песчаной
фракции частицы размером 2-50мкм и к песчаной фракции частицы
диаметром более 50 мкм. Выделяют также тонкую (очень тонкую) и
мелкую (тонкую) песчаные фракции (50-100мкм и 100-250 мкм).
Таблица 5.4. Классификация почв по гранулометрическому составу
Название почв по гранулометрическому
составу
Содержание основных фракций, % от массы
почвы
физическая глина,
<0,01 мм
физический песок,
>0,01мм
Песок рыхлый
0-5
95-100
Песок связный
5-10
90-95
Супесь
10-20
80-90
Суглинок легкий
20-30
70-80
Суглинок средний
30-40
60-70
Суглинок тяжелый
40-50
50-60
-116-
Глина легкая
50-65
35-50
Глина средняя
65-S0
20-35
Глина тяжелая
>80
<20
Как видно из сравнения двух классификаций, они не всегда
совпадают, американская классификация более подробная, и даже в
ней есть две градации почв, отмеченные звездочкой в таблице 5.5,
которые выделяются отдельно по содержанию тонких фракций песка.
Определение гранулометрического состава достаточно сложная
операция и полученные данные очень широко варьируют. При этом
для разных почв и горизонтов степень варьирования (коэффициент
вариации) заметно различается. Именно поэтому Н.А. Качинский в
последних своих работах предлагал определять гранулометрический
состав почв с точностью до целых %.
Таблица 5.5 Американская классификация почв по
гранулометрическому составу
Название по гранулометрическому составу,
американская и российская номенклатура
Гранулометрического фракции, %
С1ау(ил)
<2мкм
Silt (пыль)
2-50 мкм-
Sand
(песок) >50
мкм
Sands Пески
<10
0-10
85 -100
Loamy sands (оглиненный песок) супесь
средняя - легкий суглинок
10-15
0-15
70-85
Sandy loam (опесчаненный суглинок), супесь
тяжелая, легкий суглинок
15-20
0-15
70-85
Fine sandy loam*, (тонко-песчаный суглинок),
легкий суглинок
Very fine sandy* loam (очень тонко-песчаный
суглинок), легкий суглинок
Loam (суглинок). Легкий -тяжелый суглинки
5-27
28-50
45-80
Silt loam (пылеватый суглинок) тяжелый
суглинок -глина
0-30
73-88
20-45
Silt (пыль)- пылеватая глина
0-12
88 -100
0-20
Sandy clay loam (опесчаненный и оглиненный
суглинок), легкий - тяжелый суглинки
20-36
0-28
45-80
Silty clay loam,(пылеватый оглиненный
суглинок), пылеватая глина
28-40
60-73
0-20
Clay loam (илистый суглинок), глина
27-40
60-70
20-45
Sandy clay (опесчаненная глина), тяжелый
суглинок-глина
36-55
0-20
45-65
Silty с1ау(глина) - глина
40-60
40-60
0-20
Clay
40-100
0-60
0-45
Гранулометрический состав определяет многие другие свойства
почвы, как физические, так и химические. Упаковка частиц создает
пористость почв, удельная поверхность зависит от количества
-117-
илистых частиц, а сама удельная поверхность почв определяя
взаимодействие корней растений и почвы, извлечение питательных
веществ из почвы, содержание доступной растениям воды и пр.
Именно удельная поверхность почв привлекает сейчас внимание
исследователей как показатель гранулометрического состояния почв.
Таблица 5.6. Содержание гранулометрических фракций, мм (%) и
коэффициенты вариации (V) в некоторых почвах
Горизонт
1-0,05
0,05-0,005
0,05-0,01
<0,005
<0
,01
Vu
%
V
%
V
%
V
%
V
%
V
1.
А1
15
21
63
8
51
1
2
16
34
4
18
А2
8
7
74
5
60
7
19
9
33
2
9
А2В
9
23
60
14
49
14
34
15
45
5
11
2.
А
11
20
58
8
44
10
30
10
45
6
6
А1
11
37
55
5
39
5
33
8
49
3
6
В
10
8
53
2
38
3
36
3
50
2
4
ВС
10
5
52
2
36
4
36
3
52
2
4
3.
А1
6
18
57
12
45
12
37
7
49
2
-
В
6
84
60
9
47
11
37
9
48
7
•
ВС
5
38
57
3
48
2
38
8
47
3
.
4.
А
16
14
71
8
54
5
13
19
30
10
13
В
12
7
51
12
36
9
37
13
54
5
И
С
11
16
45
9
30
7
44 j
7
58
3
5
5.
А
12
14
39
9
3
7
39
9
9
13
16
АВ
17
18
39
10
27
16
33
16
11
8
9
АВ
17
13
38
7
25
6
32
10
12
И
14
6.
А
17
19
66
5
51
6
17
22
32
11
21
В1
15
14
54
12
41
14
31
23
45
15
23
ВС
13
15
61
21
47
23
27
46
41
27
64
7.
А1
19
9
6
6
50
9
15
20
30
14
и
АВ
15
16
58
12
42
13
27
27
43
11
30
ВС
15
18
58
12
43
25
27
22
42
15
21
8.
А1
19
8
67
3
52
7
15
15
29
12
11
АВ
17
9
60
10
46
12
2
25
38
18
26 ,
ВС
16
14
56
7
42
11
29
19
42
14
16!
Примечание. 1 - дерново-подзолистая почва; 2 - чернозем типичный; 3 - темно-
каштановая почва; 4 - серозем; 5 - солонец; 6 - светло-каштановая; 7 - темноцветна!
западины (лугово-каштановая); N - повторность для определения ила.
Отмечается зависимость свойств почвы от ее
гранулометрического состава (табл. 5.7).
-118-
Таблица 5.7. Изменение физических свойств почв в зависимости от
гранулометрического состава
Почва, регион
Горизон
т
Грануломе
трический
состав
Содержали
е частиц
< 0,01 мм,
%
Плотное
ть почвы
Пористос
ть, %
МГ,
%
ВЗ, %
НВ,
%
Темно¬
А
т.е.
53
1,07
60
8,6
11,0
28
каштановая,
А
с.с.
37
1,20
52
5,5
7,
22
Волгоградская
А
Л.С.
28
1,30
50
3,8
5,2
20
обл.
А
СП
16
1,42
48
2,6
4,1
13
Чернозем
А
с.с
39
1,20
54
7,2
10,0
-
выщелоченный,
В
с.с
39
1,34
53
7,7
17,7
-
Молдова
А
т.е
53
1,21
56
7,7
17,1
-
В
т.е.
54
1,30
50
8,2
12,4
-
А
л. г.
64
1Д9
5
9,4
14,4
-
В
Л.Г.
64
1,28
52
10,4
14,0
-
Чернозем
А
т.г
72
1,13
56
-
-
слитой
В
т.г.
75
1,26
52
-
-
Чернозем
А
СП
18
1,21
56
3,8
5,9
20
выщелоченный,
В
СП
19
1,46
44
2,3
3,0
12
Западная
А
л.с
23
1,00
60
6,4
7,0
32
Сибирь
В
л.с.
25
1,30
50
4,5
4,7
15
А
с.с
41
0,91
65
6,8
8,3
35
В
с.с.
34
1,19
, 55
4,5
6,8
22
А
т.е.
48
0,79
69
12,7
18,3
55
В
т.е.
60
0,95
65
13,3
19,2
39
А
п
л.г.
64
0,70
72
14,9
21,4
57
О
л.г.
74
1Д7
56
12,4
18,1
29
Дерновая
АС
П
4
1,50
40
0,3
0,5
5
В
п
4
-
-
1,5
2,0
-
Примечание. п - песок, сп - супесь, лс - легкий суглинок, с.с. - средний суглинок, т.е.
-тяжелый суглинок, л.г. - легкая глина, т.г. - тяжелая глина.
Итак, можно заключить, что гранулометрический состав почв
одно из основных свойств, определяющий многие другие свойства.
Он ответственен за такие экологические функции почвы, как
распространение растений (освоение почвы корнями), снабжение
растений водой и питательными элементами. Например, при
содержании фракций размером <0,2 мм менее 10% от массы, почвы
непригодны для облесения. При содержании этих фракций 10-20%
формируются сосняки лишайниковые IV - V бонитета. При 20-30%
содержания фракций <0,2 мм территорию занимают боры
зеленомошники III - IV бонитета; при 30-40% - боры травяные с
буком в подлеске И - III бонитета. При содержании фракции < 0,2 мм
более 40% от массы почвы формируются сложные боры с дубом и
-119-
буком во втором ярусе I - II бонитета [Гаель, Смирнова, 1999]. №
суглинках сосна вытесняется елью. Если ель растет на песчаных и
супесчаных почвах, то, значит, в толще почвы есть суглинистые шп
глинистые прослойки или близко подходят грунтовые воды.
Гранулометрический состав определяет такое важное свойство
почвы, как специфическая поверхность почв, их плотность сложенш
Специфическая поверхность почв
Гранулометрический состав почв, как уже говорилось выше,
определяет различия в специфической поверхности почв,
поверхности почвенных частиц. Особенно четко это можно
проследить для почв одного типа, но разного гранулометрического
состава (табл. 5.7). Поверхность почвенных частиц велика. При
удельной поверхности почвы 30кв.м/г в слое 0-20 см при плотности
почв 1.1. суммарная поверхность всех частиц слоя составит 66 тыс.
кв. км, т.е. при площади России 17075 тыс. кв. км, около 260 га по
площади этих частиц будут равны площади России.
Таблица 5.8. Удельная поверхность дерново-подзолистых почв в
зависимости от гранулометрического состава, м2/г (А.В. Шевченко)
Гранулометрический состав
Оподзоленные горизонты
Неоподзоленные
горизонты
Песчаный
<19
<23
Супесчаный
19-36
23-40
Легкосуглинистый
36-54
40-68
Среднесуглинистый
54-71
69-91
Т яжелосу глинистый
71-89
91-114
Глинистый
>89
>114
Для разных типов почв зависимость от гранулометрического
состава перекрывает влияние гумуса (табл.5.9) на удельную
поверхность.
Поскольку разные почвы в илистой фракции, наиболее
коррелирующей с удельной поверхностью, могут содержать разные
минералы (каолинит, монтмориллонит), то при высоком содержании
ила отмечается “расширение” зависимости удельной поверхности от
ила. В красноземах, где ил обогащен каолинитом и гидроксидами
железа, меньшее возрастание удельной поверхности с ростом
содержания ила, возможно, определяется именно минералогическим
составомила.
Надо сказать, что во всех приведенных примерах удельна!
поверхность была определена по сорбции воды и уравнению БЭТ.
-120-
Однако, удельная поверхность, определенная другими методами
будет не совпадать с поверхностью, выявленной с помощью воды
(табл. 5.10), что связано с разной площадью сорбированных молекул
и с разной энергией их взаимодействия с активными центрами
почвенной матрицы.
Различия в удельной поверхности почв, определенной одним
методом, связаны с разными содержанием гумуса, гранулометрическим и
минералогическим составами почв. Разные методы дают заведомо разные
результаты.
Добавление в почву других соединений может изменить удельную
поверхность почв.
Таблица 5.9. Содержание ила (частиц < 1мкм) и удельная поверхность
(S) некоторых почв (О.А. Трубецкой)
Почва
Горизонт
<1 мкм, % от
почвы
S, wrVr
Дерново-подзолистая глеевая
Ап
13
72
А2
6
47
В
24
120
С
16
95
Чернозем типичный
А
26
117
АВ
31
140
В1
29
132
В2
29
131
Чернозем слитой
А
45
162
А1
46
169
АВ
44
167
В
43
160
ВС
39
151
Черноземно-луговой солонец
А
25
140
В1
34
172
В2
42
192
В2
40
179
С
32
156
Коричневая типичная
А
33
112
В1
47
128
В2
40
121
С
31
110
Краснозем
А
23
103
В1
34
120
В2
40
134
С
36
122
-121-
Таблица 5.10. Удельная поверхность почв (м2/г) в зависимости от
методов определения
Почва, регион
|Горизо
Глубина,
Удельная поверхность
нт
см
по десорбции воды
посорбш
общая
внешняя
внутренвд
я
г N
Чернозем обыкновенный,
Ап
0-5
142
43
99
17
Самарская обл.
Ап
5-10
139
43
96
20
В1
30-40
140
39
101
22
В2
50-60
140
43
97
23
ВЗ
80-100
140
43
97
24
ВС
100-130
138
43
97
24
С
130-140
112
43
69
2S
Дерново-подзолистая,
АОА1
5-7
210
104
106
8
Центрально-лесной,
А2пал
15-20
58
47
11
6
заповедник, Тверская обл.
А2
29-39
22
8
14
6
А2В
46-55
51
43
8
18
В1
64-72
89
64
25
26
Ферраллитная,
А1
0-10
185
137
48
62
о-ва Тихого океана
В
35-45
199
187
12
141
Bloxp
45-60
148
134
14
102
В2
80-100
102
89
13
79
ВС
120-140
72
49
23
41
Так, внесение свежеосажденного гидроксида железа в целом
увеличило удельную поверхность монтмориллонита и каолинита
(табл.5.11). Но небольшое количество гидроксида железа (около 2%)
уменьшило удельную поверхность монтмориллонита.
Таблица 5.11. Изменение удельной поверхности минералов при
обработке их растворами Fe203 (А.В. Шевченко)
Вариант
Поверхность, м7г
общая
внешняя
внутренняя
Монтмориллонит
311
108
203
Монтмориллонигг+2,11% РегОз
273
93
180
Монтмориллонит +10,56% ИегОз
329
89
240
Каолинит
11
11
0
Каолинхгг + 2,11% Fe2C>3
18
8
10
Каолинит +10,56 РегОз
24
13
11
Сам гидроксид железа имеет большую удельную поверхность,
которая заметно уменьшается при старении гидроксида (табл. 4.12).
-122-
Таблица 5.12. Удельная поверхность искусственно приготовленного
оксида железа Fe^Oj (П.М. Сапожников)
Состояние гидрооксида
Удельная поверхность по N
Содержание частиц <5мкм
Свежеосажденная
285
90
Через 2 года
98
35
Через 4 года
51
28
Из этих материалов видно, что процессы почвообразования,
связанные с накоплением или выносом соединений железа будут
изменять удельную поверхность почв. Изучение удельной
поверхности показало, что даже в пределах одной почвы мелкозем
существенно неоднороден по удельной поверхности, а,
следовательно, и по гранулометрическому составу (табл. 4.13).
Таблица 5.13. Удельная поверхность (м2/ г) отдельных морфонов и
морфологических элементов дерново-подзолистой почвы, Малинки,
Московская обл. (П.М. Сапожников)
Морфон
Удельная
поверхность
Морфологический
элемент
Удельная
поверхность
А1А2. копролитовый
70
кутана В1
193
А1А2 нарушенный
49
кутана В2
299
А1А2
42
кутана D
477
А2
38 -
внутрипедная масса В1
159
А2В
44
внутрипедная масса В2
181
ВА2
71
внутрипедная масса D1
130
скелетана А2В
37
скелетанаВ!
58
Плотность почвы
Плотность почвы, в старых работах ее называют объемным
весом, кажущимся удельным весом, объемной массой, представляет
собой массу почвы в единице объема при естественном ее сложении.
Измеряют ее в г/см3, кг/дм3, т/м3. Часто, плотность почвы трактуют,
как отношение массы объема почвы к массе такого же объема воды. В
этом случае плотность величина безразмерная, хотя по своей
величине эти две плотности равны. Различают плотность абсолютно
сухой почвы и влажной. В последнем случае к массе почвы
прибавляется масса воды, содержащаяся в данном объеме почвы.
Плотность известных почв, в основном, колеблется в пределах 0,6-2,0
(при определении плотности для образцов объемом более 20 мл).
Если же учитывать плотность почв как непрерывную функцию ее
сложения, то она меняется от 0 до плотности самых тяжелых
-123-
минералов (4 и даже б). На практике используют объем образца окю
100 мл, поэтому интервал плотности не снижается ниже 0,6 и к
поднимается выше 2. Плотность почвы зависит от «
гранулометрического состава, крупности агрегатов, содержат
гумуса, влажности почв, произрастающих на почве растепй,
заселенности почвы мезофауной (червями, личинками насекомых!
пр.)- Зависимость осложнена, тем, что на плотность влияет агрегатное
состояние почв. Обычно, плотность почв уменьшается от песчаных!
глинистым: 1,65 - в песках, 1,5 - в супесях, 1,37 - в суглинках и 1,15-
в глинах. Эти данные относятся к верхним (до 40 см) слоям пега.
Однако есть категория глинистых почв, слитые, в которых плотного
может достигать 2,0. Также и нижние горизонты почв также обычно
имеют большую плотность и в них тяжелосуглинистые и глинист*
слои имеют плотность в среднем 1,5.
О том, что эта зависимость связана с агрегатным сложением
почв, свидетельствуют данные А.Д. Воронина [1986] по изменению
плотности в агрегатах разных размеров почв (табл. 5.14).
Табл. 5.14. Влияние размера агрегата на плотность его сложения (по
А.Д. Воронину)
Горизон
т,
глубина
см
Размеры агрегатов, мм
10-7 17-5 15-3
13—2
12-1
Плотность
почвы
Дерново-подзолистая почва
Апах
А2
А2В1
BI
В2
10-20
27-31
36-45
45-55
55-65
1,47
1.64
1.65
1.83
1.84
1,55
1,66
1,72
1,88
1,88
1,58
1,69
1,75
1,89
1,93
1,61
1,70
1,78
1,93
1,95
1,69
1,74
1,83
1,95
1,94
1,32
1,45
1,57
1,44
1,70
Серозем мощный типичный
АдА1
5-15
1,52
1,64
1,68
1,74
1,70
1,16
А1
15-25
1,42
1,48
1,68
1,70
1,75
1,11
В1
60-70
1,52
1,55
1,71
1,73
1,62
1,21
В2
90-100
1,35
1,35
1,58
1,52
1,61
1,25
ВС
>130
1,47
1,31
1,47
1,54
1,64
1,34
Темно-каштановая почва
А
2-25
1,79
1,73
1,77
1,80
1,80
1,28
В1
26-35
1,87
1,84
1,88
1,89
1,90
1,44
В2
36-53
1,90
1,89
1,90
1,94
1,95
1,65
С
56-75
1,95
1,92
1,92
1,94
1,95
1,75
Краснозем типичный
Апах
10-20
1,08
0,95
1,06
0,97
1,06
0,67
В
25-36
1,38
1,37
1,41
1,34
1,35
0,85
В
40-50
1,60
1,62
1,60
1,64
1,66
1,00
С
80-90
1,49
1,49
1,50
1,48
1,51
0,92
-124-
Во всех почвах кроме красноземов плотность агрегатов явно
увеличивается с уменьшением размеров агрегатов. Значительное
превышение плотности агрегатов над плотностью почвы в целом
связано с тем, что сложение почвы включает пористость упаковки
агрегатов, которая может достигать значительной величины.
Влажность почвы влияет на плотность не только почвы с
естественной влажностью, но и на величину плотности в пересчете на
абсолютно сухую массу. Для почв, набухающих при увлажнении, в
основном, суглинистого и глинистого гранулометрического состава,
плотность почв в пересчете на абсолютно сухую массу уменьшается с
увеличением влажности . Это явление (уменьшение плотности почв с
влажностью) имеет важное экологическое и методическое значение.
Методика определения плотности почв сводится к определению
массы почвы в известном объеме (буре). Во влажной почве бур
извлекает сравнительно однородно набухшую массу, и плотность
почв характеризует именно среднюю величину массы почвы в данном
слое. В сухое время, когда почва иссушена, почва обычно извлекается
из блоков между трещинами, поэтому плотность почв характеризует
плотность этих блоков, и не учитывает объем трещин. Эта плотность
отражает истинное состояние почвы, ее экологические возможности,
как среды обитания животных и растений. Но эта плотность не
пригодна к расчету запасов влаги и питательных веществ в почве, так
как дает преувеличенное их значение. Для таких расчетов необходимо
использовать плотность влажной почвы, преимущественно, в
весенний - раннелетний период. Известно, что плотность почвы
свыше 1,4 является предельной, для нормального развития
большинства растений. Это связано с тем, что корни растений с
трудом проникают в такую плотную почву. А.Г. Бондарев установил
экологически благоприятные для растений амплитуды плотности
почв разного гранулометрического состава: для глинистых и
суглинистых почв 1,0-1,30, легкосуглинистых - 1,10-1,40,
супесчаных - 1,20-1,45, песчаных 1,25-1,60. Как следует из анализа
гранулометрического состава почв, пески исходно обладают высокой
плотностью. Именно поэтому пески, как субстрат для поселения,
пригодны далеко не для всех растений. Их осваивают в основном
псаммофиты, растения, выдерживающие засыпания, выдувания,
умеющие осваивать песчаную толщу, несмотря на ее высокую
плотность, следовательно, небольшую пористость (хотя в среднем,
поры в песке крупнее пор в суглинках и глинах).
Как было показано выше, плотность почвы определяется
твердой фазой почвы и упаковкой, составляющих ее частиц и
агрегатов
-125-
Табл. 5.15. Плотность некоторых широко распространенных
минералов
Минерал
Плотность,
г/смЗ
Кварц
Полевые шпаты: ортоклаз
Полевые шпаты: плагиоклаз
Слюды
Глинистые минералы
(алюмосиликаты)
Гидроокиси железа и алюминия
2,65
2,56
2,60-2,76
2,76-3,00
2,00-2,70
2,40-4,30
Плотность самой твердой фазы почвы зависит от
минералогического состава и содержания гумуса. Почвы образуются
из рыхлых осадочных пород, прошедших цикл выветривания, а эти
породы содержат в основном, такие минералы легкой фракции, ш
кварц, полевые шпаты слюды с небольшой, относительно,
плотностью (табл.5.15).
Такой же порядок плотности показывают и главные порода,
обломки которых присутствуют в разных осадочных породах и
почвах (табл.5.16).
Таблица 5.16. Средняя плотность изверженных пород, г/см3
[Войткович и др., 1977]
Порода
Средняя
Пределы
плотность
плотности
Гранит
2,67
2,52-2,81
Г рано диорит
2,72
2,67-2,79
Сиенит
2,76
2,63-2,9
Кварцевый
2,81
2,68-2,96
диорит
Диорит
2,84
2,71-2,96
Норит
2,98
2,72-3,02
Габбро
2,98
2,85-3,12
Диабаз
2,97
2,80-3,11
Перидотит
3,23
3,15-3,276
Дунит
3,28
3,20-3,31
Пироксенит
3,23
3,10-3,32
Анортозит
2,73
2,64-2,92
Из этих данных видно, что плотность твердой фазы почв
практически, не может превышать 3 г/см3. В реальных почвах эта
плотность колеблется в пределах 2,50-2,90. Если учесть, что
плотность органического вещества почва не превышает величину 1,8,
а плотность карбонатов равна 2,71 для кальцита и 2,80-2,99 для
-126-
доломита, то величины 2,60-2,80 наиболее вероятны для всех почв.
На практике нередко получаются значения плотности твердой фазы
ниже 2,40 и даже около 2,20. Такие низкие значения пытаются
объяснить высокой гумусированностью почв. Но исследования
показывают, что, скорее всего, низкие значения плотности твердой
фазы определяются гидрофобностью почв, плохой их
смачиваемостью водой.
Предварительное замачивание почвы в воде в течение трех
суток снимает эффект гидрофобное™ и позволяет получить
результаты, соответствующие истинной плотности твердой фазы почв
(вместо 2,24, после замачивания в воде взятой навески почвы 2,60).
Пористость (порозность) почв
К почвенной пористости относят ту часть объема почвы,
которая занята водой и воздухом. Она определяется по разности
плотности твердой фазы почвы и почвы в естественном сложении:
P=(dtf-ds)/dtf
(в частях от единицы, или умножить на 100, чтобы перевести в
проценты от объема почвы). В формуле dtf- плотность твердой фазы
почвы, ds - плотность сложения почвы.
Пористость - одно из основных свойств почв. Именно в порах
происходят все почвенные процессы. В порах распределяются корни
растений, живут микроорганизмы, мелкие животные. Соотношение
воды и воздуха в порах почвы определяют окислительно¬
восстановительный режим почв. Поры определяют передвижение
воды в почве, вынос соединений из почвенного слоя, капиллярный
подъем воды в почвах. Всю совокупность пор почвы называют общей
пористостью. В зависимости от гранулометрического состава и
агрегированное™ почв объем общей пористости закономерно
изменяется (табл. 5.17): возрастает от песков к глинам, но
уменьшается снова в слитых почвах.
Табл. 5.17. Плотность и пористость почв (А.Д. Воронин)
Горизонт
глубина
см
Плотность, г/смЗ
Пористость, % от объема почвы
твердые
фазы почвы
почвы
общая
агрегатная межагрега
тная
агрегатная
с/в*
Дерново-подзолистая почва
Апах.
10-20
2,66
1,32
50,4
37,5
12,3
41Д
А2
27-31
2,67
1,45
45,6
36,0
9,6
36,1
А2В1
35—45
2,69
1,57
41,6
31,7
9,9
35,2
В1
45-55
2,70
1,44
46,7
22,8
23,9
30,0
В2
55-65
2,70
1,70
37,0
26,7
10,3
29,8
-127-
Чернозем мощный типичный
АдА1
5-15
2,62
1,11
57,8
19,1
38,7
303
А1
15-25
2,61
1Д6
55,5
20,8
34,7
31,0
В1
60-70
2,63
1,21
54,0
27,0
27,0
37,1
В2
90-1000
2,68
1,25
53,4
38,2
15,2
44,7
ВС
>130
2,64
1,34
55,4
39,7
15,7
45,0
Темно-каштановая почва
А
2-25
2,65
1,28
52,0
34,0
18,8
В1
26-35
2,68
1,44
46,0
31,0
15,0
В2
90-100
2,71
1,65
39,0
30,0
9,0
С
56-75
2,71
1,75 1
35,0
29,0
6,0
Краснозем типичный
Апах
10-20
2,58
0,67
74,0
46,3
27,7
60,2
В1
25-35
2,76
0,85
69,2
43,5
25,7
58,3
В2
40-50
2,81
1,00
64,4
25,9
38,5
42,1
ВС
80-90
2,82
0,92
67,4
29,9
37,5
47,9
Увеличение пористости в более тяжелых почвах обусловлено
степенью их агрегированности: чем она выше, тем выше порозносгь.
В слитых почвах нет даже микроагрегированности и пористость мала.
Сравнение табл. 5.6 и 5.18 показывает, что от глин к суглинкам
уменьшается общая пористость почв, агрегированностъ,
микроагрегаты, заметно увеличивают пористость, пористость
агрегатов меньше общей плотности, так как последняя включает 10-
40% межагрегатной пористости.
Табл. 5.18. Типы пор дисперсных грунтов
Название пор
Размер
пор,
мкм
Связь пор со
структурой субстрата
Движение воды в
порах
В каких породах
преобладают
Макропоры
>1000
Поры образованы
обломками горных
пород, остатками
растений, ходами
землероев,
трещинами усадки
Свободный сток
гравитационной воды.
Капиллярный подъем
отсутствует (кроме
слитых почв)
Крупнообломоч
ные, биогенные,
слитые
Мезопоры
1000-10
Поры образованы
мезо-и
микроструктурными
элементами,
песчаными и
пылеватыми зернами,
остатками растений,
микроорганизмов
Движение
гравитационной воды
идет при напоре.
Капиллярный подъем
идет быстро на
небольшую величину
Песчаные,
лессовые,
биогенные
Мнкропоры
10-0,1
Поры образованы
микроагрегатами и
микроблоками,
отдельными
Капиллярный подъем
идет медленно на
большую высоту.
Движение
Органо¬
химические и
слабосцементир
овакные,
-128-
минеральными
частицами, остатками
растений и животных
гравитационной воды
отсутствует
глинистые,
биогенные
Ультракапилля
рныепоры
<0,1
Поры микро- и
ультрамикроагрегатов
, микро- и
ультрамикроблоков
Гравитационное и
капиллярное
передвижение воды
практически
отсутствует, поры
заполнены связанной
водой
Глинистые
Для понимания почвенных процессов, таких, как движение воды
в почве, проникновение в почву корней необходимо знать размеры
почвенных пор и их конфигурацию. Корневые волоски могут
проникать лишь в поры с диаметром крупнее 0,01мм, мелкие корешки
- в поры крупнее 0,1мм, простейшие и водоросли живут в порах с
диаметром крупнее 0,02мм, бактерии - 0,001мм (1мкм).
Существуют несколько классификаций пор по размеру. И. Либерот [1982]
использует следующую.
Крупные поры, диаметр больше 10 мкм. Разделяют на поры
быстрого дренажа (>50мкм и замедленного дренажа - 10-50 мкм)
Средние поры: диаметр 0,2-10 мкм. Вода прочно удерживается
в этих порах, но корни еще проникают в эти поры.
Мелкие поры, диаметром <0,2мкм. Вода прочно удерживается в
порах. Корни, в том числе корневые волоски не проникают в поры.
В грунтоведении (инженерной геологии) применяется несколько
другая классификация пор пород (Е.М. Сергеев) (табл.5.18). Она
учитывает кроме размера пор их связь с субстратом, влияние
растений и животных и движение воды в порах.
Табл. 5.19. Группировка почвенных пор в шлифах по величине
фактора формы F
Значение
фактора
F
Форма среза пор
Описание пор
<од
Трещиновидная
Трансагрегатные трещины, трещиновидные поры
упаковки угловато-блоковых и пластинчатых
структурных отдельностей
0,2-0,4
Вытянутая изрезанная
Поры упаковки комковато-зернистых агрегатов и
состоящих из них блоков, другие вытянутые изрезанные
поры в агрегированной и неагрегированной почве
0,4-0,6
Изометричная
изрезанная
Поры упаковки округло-комковатых агрегатов, поры-
ваги в слабоагрегированной почве
0,6-0,8
Изометричная
слабоизрезанная
Каналы в субпоперечном срезе, слабоизрезанные поры,
защемленные в неагрегированной почве
0,8-1,0
Округлая и близкая к
округлой
Каналы в поперечном срезе, камеры, пузырьки
-129-
Классификация использует более широкий диапазон размеров
пор, от 0,1мкм до > 1000 мкм, хотя количество классов в обеих
классификациях одинаково. Трудности обеих классификаций в том,
что они оценивают поры как округлые образования с определенных
диаметром. На самом деле поры также резко отличаются по форме,
(как и по размеру). Их протяженность, извилистость, “тупиковость”
играет важную роль в движении воды, корней растений, животных.
Поровое пространство служит ареной жизни для биоты и оно
взаимодействует с ней стенками пор. Под влиянием дождевых червей,
например, образуется дрилосфера, уплотненная и обогащенное
органическим веществом поверхность стенок поры- червороины. Она
- место поселения разных видов бактерий.
В плотных почвах старые корневины (в которых старые корня
уже сгнили) постоянно служат местом проникновения корней в
почву. На стенках корневины также образуется пленка почвы,
обогащенная органическим веществом.
Табл. 5.20. Влажность разных этапов усадки, % от массы сухой почвы
(П.М. Сапожников, цит. по Воронину)
Г оризонт
Влажность
предельной
усадки
Влажность
структурной
усадки
Пойменная дерново-глеевая оподзоленная
почва
А пах
4,4
21,0
A2Bg
4,0
15,0
В
7,5
25,0
Дерново-подзолистая почва
А пах
2,9
22,0
А2
1,6
14,9
В1
7,0
21,5
В2
6,1
22,0
ВС
6,9
24,0
Гранулометрический состав и степень агрегированностн
определяют общую пористость почв, следовательно, плотность
сложения, удельную поверхность, площадь взаимодействия корней
растений и почвы, другие свойства почв.
Ниже дается сводная характеристика ряда обсужденных свойств
основного спектра почв России (табл.5.21).
-130-
Таблица 5.21. Г ранулометрический состав и физические свойства
слоя 0-50 см ряда суглинистых зональных почв
Почва
Ил, %
Пыль,
%
Песок,
%
Уп,
м2/г
ds
dtf
Р,%
Серозем
14
62
24
43
1,32
2,68
51
Темноцветная
22
61
17
106
1,24
2,58
52
Светло-
каштановая
23
60
16
101
1,25
2,61
52
Дерново-
подзолистая
24
67
10
53
1,35
2,64
49
Солонец
25
60
15
93
1,28
2,63
49
Темно¬
каштановая
30
58
И
112
1,25
2,62
56
Чернозем
37
56
6
117
1,00
2,58
52
Примечание, ds - плотность почвы, dtf - плотность твердой фазы, Р - пористость
Физические свойства почвы во многом определяют жизнь
живых организмов. Так, уплотненные глинистые почвы (старые
дороги, плотность почв 2,0) в течение 30 лет после прекращения
пользования ими еще не зарастают растениями. Г ранулометрический
состав определяет во многом растительный покров территории, влияя
на водные свойства и водный режим почв.
Электрические свойства почв
На почвенных частицах образуется минеральная и органо¬
минеральная матрицы, в свою очередь состоящие из кластеров
(активных центров). На матрице находятся разные катионы, которые
нейтрализуют отрицательный заряд почвенной матрицы. Таким
образом, почва носитель электрического заряда. Каждая коллоидная
частица в почве обладает к тому же двойным электрическим слоем и
при наложении поля на почву возникает электрокинетический
потенциал. Движение воды в почве приводит к переносу ионов в
порах субстрата, что создает движение ионов (зарядов), т.е. к
возникновению электрического тока определенной силы. Его
улавливают электроды, помещенные в почву. Можно сказать, что
почва имеет естественное, или стационарное, электрическое поле,
которое можно измерить. Неполяризующиеся электроды показывакп'
нам разность потенциалов между двумя точками почвы. На потенциал
точки влияют содержание поглощенных катионов, влажность почв,
гранулометрический состав почвы в данной точке. Высокая
влажность ведет к более выравненному электрическому полю в почве
между горизонтами. Легкий гранулометрический состав, напротив,
-131-
увеличивает разность потенциалов в разных точках почвы.
Исследования показывают, что потенциал верхнего горизонта почвы,
таких, как Al, А1А2 (АЕ), меняется в зависимости от вида растенм,
произрастающего на этой почве. Основной параметр,
характеризующий естественное (и искусственное) электрическое лож
- объемная плотность зарядов.. Объемная плотность зарядов -
количество ионов и других заряженных частиц в объеме почвы.
Поверхностная плотность заряцов - количество ионов на поверхности
почвенной матрицы.
На практике измеряют напряжение естественного поля
(разность потенциалов между двумя точками) и сопротивление р
почвы при наложении искусственного электрического поля на почву.
Обычно определяют рк (кажущееся сопротивление, которое
суммирует все сопротивление неоднородного участка почвы).
Кажущееся сопротивление зависит от гранулометрического состава
почвы, суммы обменных катионов, влажности почвы, ее
засоленности. Следовательно, оно будет зависеть от выщелоченного
почв, ее оподзоленности, степени насыщенности. Определенное в
одной точке сопротивление близко к истинному (соответствует
сопротивлению единичного образца почвы) и обозначается (по АЛ
Позднякову) рок. Естественное электрическое поле почвы измеряют в
мв.
Естественные электрические поля, самопроизвольно возникают
в почвах вследствие неравномерности распределения самых разных
носителей электрических зарядов в почвах, в основном под действием
почвообразовательных процессов. Измеряются они очень просто:
используются два неполяризующихся электрода и любой
портативный потенциометр. (Поздняков, 2001). Параметры
естественных полей - это разности электрических потенциалов между
различными точками почвенного покрова, профилями почв или их
частями.
Искусственно создаваемые в почвах электрические поля при
использовании электрофизических методов в почвоведении также
подчиняются тем же закономерностям.
Поскольку электрическое сопротивление прямо
пропорционально падению напряжения: R= К U/I, то
сопротивление можно рассматривать как параметр, характеризующий
поведение электрических полей в почвах. Оно так же
экспоненциально зависит от свойств почвы, определяющих
плотность электрических зарядов.
И те, и другие поля и их параметры можно объединить в одну
группу стационарных электрических полей (СЭП) с общими
-132-
закономерностями и рассматривать в качестве фундаментального
свойства почв. Это позволяет придать им существенное значение
при рассмотрении процессов почвообразования и их энергетики.
Поведение СЭП тесно связано с процессами почвообразования
и может быть объяснено исходя из электромагнетизма и
термодинамики.
Электрическое сопротивление относится к таким параметрам
почвы, которые легко измеряются в полевых и лабораторных
условиях, и при этом достаточно объективно позволяют оценивать
многие почвенные свойства. Применение электрического
сопротивления в качестве обобщенного показателя может
основываться только на выявленных тесных связях его со свойствами
почвы. Таким образом, в зависимости от конкретных условий и
поставленной задачи, по потенциалу и удельному электрическому
сопротивлению можно оценивать достаточно большой спектр
почвенных свойств.
К настоящему времени выработана теоретическая концепции
поведения СЭП в почвах и модельные представления о них на
морфонно-горизонтом, профильном, катенном-ландшафтном и
зональном уровне организации почвенного покрова. (А.И.
Поздняков)
Для каждого типа почвообразования установлены строго
специфические величины параметров СЭП в зависимости от
интенсивности проявления почвообразовательных процессов, Хотя
для различных типов почвообразования их изменение в профиле
может быть аналогичным или совпадать. (Рис.4.7)
Профильные кривые параметров СЭП почв основных
генетических типов почвообразования отражают текстурно¬
химическую организацию и дифференциацию профилей, а также
сопряжены с интенсивностью проявления характерных
почвообразовательных процессов.
Так, в автономных ландшафтах гумидной зоны, для целинных
автоморфных ненарушенных дерново-подзолистых почв, установлено
S-образное изменение параметров СЭП в профиле, сопряженное с
закономерным изменением большинства свойств (емкостью
поглощения, изменением Si02; R203 и ила).
а) В элювиальных горизонтах и морфонах,
характеризующихся интенсивным выносом высокодисперсных
частиц и накоплением кварца, полевых шпатов и других устойчивых
минералов, оподзоливание обусловливает относительную
обедненность почв подвижными электрическими зарядами по
-133-
сравнению с аккумулятивно-гумусовыми и иллювиальными
горизонтами, что определяет в них более высокие параметры.
б) Супесчаные и песчаные разновидности морфонов,
горизонтов и почвенных профилей дерново-подзолистых
автоморфных почв, имеющих исходно высокое содержание SiQ и,
следовательно, крайне низкие плотности подвижных электрических
зарядов, обладают весьма высокими параметрами СЭП.
в) В зависимости от степени выраженности процессов
дерновости, оподзоливания и иллювиирования изменяются лишь
различные участки S-образной кривой параметров СЭП при
неизменно-сохраняющейся ее форме.
Процессы окультуривания в дерново-подзолистых почвах
направлены на снижение параметров СЭП, которое происходите
соответствии с их интенсивностью.
Процессы оглеения также уменьшают величины параметров
СЭП по сравнению с автоморфными почвами подзолистого типа
почвообразования сходного механического состава, что объясняется
накоплением ионогенных соединений за счет распада алюмо и
ферросиликатов в результате перехода в подвижное состояние их
продуктов - соединений железа, магния, алюминия, а также
формированием сложных органических и органо-минеральных
соединений.
В гетерономных ландшафтах гумидной зоны, где
геохимически подчиненные супераквальные почвы выполняют роль
аккумуляторов веществ, поступающих с элювиальных автономных
ландшафтов, параметры СЭП распределены также сообразно
катенно-ландшафтной организации почвенного покрова. Более
высокие величины параметров СЭП наблюдаются в элювиальной
части катены, несколько меньшие в транс-элювиальном и транс¬
аккумулятивно гидроморфном секторах супераквальной части катен,
а минимальные в подчиненных ландшафтах, где интенсивно
протекают процессы, направленные на усиление плотности
электрических зарядов - торфонакопление и оглеение.
Параметры СЭП почв сопряжены с фитогенной структурой
автономных и гетерономных ландшафтов (БГЦ) через посредство
различий в "напряженности" проявления почвообразовательных
процессов в них.
В автономных ландшафтах, где распространены автоморфные
дерново-подзолистые почвы, ослабление процессов
гумусонакопления в ряду дерновые, дерново-подзолистые и
подзолистые почвы, приводит к изменению комплекса свойств,
обуславливающих уменьшение плотности подвижных электрических
-134-
зарядов, что вызывает увеличение величин параметров СЭП в
почвенной толще затронутой процессами почвообразования. Также
влияет на плотность электрических зарядов почвы изменение состава
растительности от луговых ассоциаций к бореальным,
В почвах разных парцелл одного БГЦ различия в плотности
электрических зарядов формируются в соответствии с фитогенной
структурой БГЦ.
Рельеф служит наиболее мощным фактором, изменяющим
параметры СЭП почв, вследствие интенсивного распределения им
воды и опада при почвообразовании.
Зональная смена направленности почвообразовательных
процессов от процессов выщелачивания, имеющих преобладающее
значение в почвах подзолистого типа почвообразования, на процессы
накопления веществ, в почвах черноземного, солонцового и
солончакового типов почвообразования, приводит к
соответствующему снижению параметров СЭП и изменению формы
профильного их распределения.
В черноземах наблюдается уменьшение параметров СЭП и
смена их профильного распределения на двухслойную в
соответствии со слабой двучленной текстурно-химической
дифференциацией профиля.
В солонцах и солончаках величины параметров СЭП еще
больше снижаются в солонцеватых и засоленных горизонтах.
Разработанные концепции поведения СЭП почв позволяют их
рассматривать как фундаментальные свойства почв и существенно
расширяют область применения методов СЭП в практике общего
генетического и прикладного почвоведения:
Почвенные свойства, влияющие на плотность подвижных
электрических зарядов, такие как влажность, содержание солей,
плотность сложения и другие также связаны с электрическим
сопротивлением экспоненциальными и естественными
потенциалами экспоненциальными зависимостями.
Электрическое сопротивление - комплексная характеристика
почвенных свойств. Поэтому его использование возможно для
оценки и определения многочисленных почвенных свойств, в
зависимости от условий и задач исследования.
Во многих случаях влияние влажности на сопротивление
почв можно считать пренебрежимо малым. Например, на
автоморфных почвах гумидной зоны (дерново-подзолистых), когда
влажность по профилю почвы изменяется в диапазоне МКСВ-ППВ,
то есть, согласно закону Максвелла-Больцмана, оказывает
-135-
минимальное влияние на сопротивление. (Карпачевский, Поздняков,
Строчков, 1983).
20
60
100
148
cm
>
] АЕ
ЕВ
8
ВС
А«
АВ
В
%
Рис. 5.1. Профильные кривые электрического сопротивления
основных типов почв: а - дерново-подзолистые песчаные почвы; б-
дерново-подзолисгые суглинистые почвы; в- серые лесные почвы; г-
темно-серые лесные почвы; д- черноземы ЦЧО (Курская обл.); е-
светло-каштановые почвы (Волгоградская обл.) Заглавными
буквами обозначены генетические горизонты.
Дерново-подзолистые почвы характеризуются трехчленными
кривыми (рис.5.1, а). Максимум сопротивления приходится на
обедненный основаниями горизонт А2 (Е). В генетическом раду
дерново-подзолистая - светло-серая лесная - чернозем
оподзоленный - чернозем выщелоченный - чернозем обыкновенный
происходит постепенное уменьшение выраженности процессов
элювиирования, дифференциация профиля снижается.
Соответственно кривая распределения сопротивления по профилю,
из четко выраженной, трехчленной переходит в слабо
дифференцированную по профилю. Такая - же закономерность
наблюдается при переходе от автоморфных дерново-подзолистых
почв к дерново-глеевым оторфованным и торфяным почвам в катенах
-136-
гумидной зоны. (Поздняков, 1986; Позднякова, Поздняков, Сибуль,
1982)
Электрические параметры в почвах подзолистого типа
почвообразования определяются распределением подвижных
электрических зарядов, которые формируется под действием
элементарных почвообразовательных процессов. Эти процессы
определяют относительную обедненность подвижными
электрическими зарядами элювиальных горизонтов и
относительную обогащенность ими иллювиальных и аккумулятивно-
гумусовых горизонтов.
В профиле дерново-подзолистых почв, как основного
классического представителя почв подзолистого типа
почвообразования, установлено S-образное изменение электрических
параметров, которое обратно пропорционально S-образному
изменению емкости катионного обмена, содержанию ила, R2O3,
содержанию гумуса и прямо пропорционально S-образному
изменению Si02. Песчаные разновидности горизонтов и
почвенных профилей дерново-подзолистых автоморфных почв,
которые в силу исходного литологического и механического состава
имеют почвенный материал с более высоким содержанием Si02, и,
следовательно, малые плотности подвижных электрических зарядов,
обладают значительно более высокими электрическими
параметрами по сравнению с суглинистыми почвами. Горизонты и
части профилей, в которых почвенный субстрат сцементирован
окислами железа и алюминия обладают весьма высокими величинами
параметров электрических полей, что, по-видимому, объясняется
формированием жесткого скелета с низкой обменной
способностью. При усилении степени оподзоливания вслед за
увеличением молекулярных соотношений ЭЮг/ЯгОз
соответственно увеличиваются и величины параметров. Менее
значительные изменения в интенсивности процессов оподзоливания в
почвах разных БЩ также вызывают изменения электрических
параметров. Например, электрическое сопротивление элювиальных
горизонтов увеличивается в ряду почв: под копытнем, осокой
волосистой, ельником в целом и еловым подростом. Это дает
основание по величинам электрических параметров судить о
степени развитости подзолообразования, понимая под ним всю
совокупность процессов, направленных на преобразование
минеральной части и приводящих к текстурно-химической их
дифференциации.
Наряду с собственно оподзоливанием важную роль в
текстурно-химической дифференциации почв подзолистого типа
-137-
играют процессы гидроморфизма - оглеение и торфонакопление, <по
особенно важно для решения поставленной перед нами задачи. Эти
процессы снижают электрические параметры, так как приводят к
увеличению плотности самых различных видов подвижных
электрических зарядов.
Так, все дерново-подзолистые почвы разной степени оглеения в
автономных и гетерономных ландшафтах имеют меньшие величины
электрических параметров, чем их автоморфные аналоги.
В гидроморфных почвах автономных ландшафтов оглеение
часто не сопровождается процессами торфонакопления и снижение
электрических параметров по сравнению с автоморфными почвами
меньше, чем в гетерономных ландшафтах.
В глееватых и глеевых почвах автономных ландшафтов
наиболее резко по электрическим параметрам отличаются
элювиальные и аккумулятивно-гумусовые горизонты от
аналогичных горизонтов автоморфных почв. При оглеении породы
или иллювиальных горизонтов, такие различия хотя и заметны, но
менее контрастны. Например, в пределах катен, изученных в ЦЛГЗ
(Тверская область), на АБС МГУ "Чашниково" и Яхромской пойме
(Московская область) наблюдаются следующие закономерности в
изменении электрических параметров:
1). В почвах элювиальной части катенно-ландшафтного
сопряжения электрические параметры весьма высоки и достигают 60-
80 мВ и 1.5-2 тыс. ом.м. для песчаных почв
2). В почвах трансэлювиального и трансаккумулятивного
секторов, где распространены дерново- и торфяно-подзолистые
глееватые и глеевые почвы, параметры резко снижаются. Величина
сопротивления, например, не выше 500-800 и 100-120 ом.м,
соответственно. Форма профильных кривых остается S-образной и
отражает профильную организацию этих почв;
3). В подчиненных ландшафтах прогрессирующий
гидроморфизм сопровождается интенсивным торфонакоплением.
Там наблюдаются низкие малоизменяющиеся по профилю торфяно-
глеевых и торфяных почв параметры естественных электрических
потенциалов 5-8 мВ и 20-60 ом.м. сопротивление.
Несмотря на слабое изменение сопротивлений в торфяных
почвах, как компонента подчиненных ландшафтов, их
разновидности различаются по параметрам, хотя только при
достаточно богатом статистическом материале. Так при ВЭЗ
окультуренных железисто-карбонатных и карбонатных
разновидностей торфяных почв Яхромской поймы имеют
сопротивление не выше 15-18 ом.м. Сопротивление перегнойно-
-138-
торфяных железистых почв по всему профилю 15-40 ом.м иловато¬
торфяные почвы имеют сопротивление также в этих пределах.
Интенсивные современные процессы окультуривания дерново-
подзолистых и торфяных почв приводят к снижению параметров
СЭП по сравнению с их целинными аналогами.
Профильные кривые электрических параметров - естественных
потенциалов и сопротивления дерново-подзолистых окультуренных
суглинистых почв, имеющих в профиле остаточно оподзоленный
горизонт, практически всегда трехслойны, S-образной формы, а
величины электрических параметров остаточно-оподзоленного
горизонта сопротивление не выше R=70-150om.m и Е=10-20мВ.
Для валежа всех пород деревьев высокие значения кажущегося удельного
сопротивления отмечаются для точек опробования расположенных
непосредственно под стволом
Для валежа осины и ели наблюдается плавное уменьшение кажущегося
удельного сопротивления по мере удаления от ствола.
Для валежа березы наоборот наблюдается увеличение кажущегося
сопротивления по мере удаления от ствола.
Удельное Сопротивление Омм
• ствол» под стволом по линии стока 10см от ствола 25см от 50см от стволе 1м от ствола
ствола
Рис. 5.2 Диаметр ствола валежа
-139-
•Прослеживается скачкообразное изменение значений кажущегося удельного
электрического сопротивления для более молодого валежа,
по мере удаления точек опробования от поваленного ствола.
• сопротивлеми» Оми
Рис.5.3 Диаметр ствола валежа
На мощных песчаных, достаточно однородных отложениях,
кривые электрических параметров двухслойны с несколько
меньшей их величиной в окультуренных пахотных горизонтах по
сравнению с подпахотными, величины сопротивления и
естественных потенциалов в зависимости от степени
окультуренности могут достигать от одной до нескольких сотен ом.м
и 30-50 мВ.
При отсутствии оподзоленного горизонта, когда
окультуривается почвообразующая порода, кривые профильного
изменения параметров вырождаются практически в прямую линию.
Усиление процесса гумусонакопления в серых лесных почвах и
ослабление элювиального процесса приводит к изменению
комплекса свойств, связанных с плотностью подвижных
электрических зарядов. Поэтому, профильные кривые, серых лесных
почв, также имея S-образную
В черноземах и их северных гумидных аналогах - дерновых
и торфяных почвах процесс накопления гумуса и отсутствие
процессов выщелачивания веществ выражаются общим снижением
величин электрических параметров в верхних слоях этих почв и
формировании двухслойного почвенно-электрического профиля с
-140-
одной сосредоточенной ЭДС, характеризующей "напряженность"
процесса гумусонакопления.
Отсюда большое влияние на величины электрических
параметров поверхности почвенных частиц.
Плотность подвижных электрических зарядов в этих почвах, в
основном, определяется поведением и картиной изменения в
почвенном поглощающем комплексе ионов Са и Mg. Поэтому связи
между электрическими параметрами и поглощенными основаниями и
удельной поверхностью этих почв, особенно, внешней по азоту,
весьма тесные. Естественно, что это утверждение относится только к
целинным зональным почвам. Интразональные почвы и почвы
подверженные антропогенным воздействиям очень часто имеют
повышенное содержание ионов в растворах, что также влияет на
характер распределения электрических параметров в них.
При формировании почвенно-электрических профилей
солонцов и солодей, первостепенное значение наряду с
поглощенными Са и Mg приобретает Na, а в засоленных почвах и
солончаках, концентрации ионов почвенного раствора.
Почвенно-электрический профиль солончаков наименее
дифференцирован по электрическим параметрам, что связано с
обогащенностью всего профиля солончака ионами почвенного
раствора легкорастворимыми солями.
Почвенно-электрический профиль солонцов представляется
явно двухслойным, так как для них характерна яркая дифференциация
почвенного профиля. Почвенно-электрический профиль солодей
отражает их трехслойное, аналогично дерново-подзолистым почвам
строение профиля, хотя за формирование его ответственны другие
почвенные процессы.
Магнитные свойства почв
Магнитная восприимчивость почв будет зависеть от
минералогического состава почв, а так как в большинстве почв
преобладают кварц, полевые шпаты, амфиболы, слюды, каолинит,
монтмориллонит, то и магнитная восприимчивость обычных почв
очень мала. Она измеряется п*10*3 и еще меньшими значениями
(табл. 5.22).
-141-
Таблица 5.22. Магнитная восприимчивость (х 10**, см3/кг) разных
почв
Почва
Генетические горизонты
А1 (Ад, Т, Ат)
АЕ (АВ, Ag, G)
В (Bg, G)
С
Торфянисто-глевая, тундра,
Таймыр
6
23
16
Дерново-глеевая, тундра, Таймыр
31
22
25
30
Дерновая мерзлотно-таежная,
Магадан
35
32
6
Лугово-таежная, В. Забайкалье
33
24
18
.
Дерново-таежная, В. Забайкалье
113
19
15
Дерново-карбонатная, Эстония
3
3
4
2
Дерново-подзолистые
12
7
10
П
Подзолисто-бурая, Калининград
23
3
5
10
Бурая лесная, супесчаная, « -»
8
11
И
7
Вулканическая охристая,
Камчатка
683
308
1430
•
Серая лесная суглинистая,
Пущино
18
25
19
15
То же, Курск
31
41
41
26
Типичный чернозем, Курск, степь
54
33
10
9
То же, Курск, Дубрава
50
20
14
8
Темно-каштановая, Аскания Нова
53
41
32
18
Светло-каштановая, Волгоград
41
36
16
14
Лугово-каштановая, Волгоград
31
24
20
16
Солодь, Джаныбек
15
9
10
10
Солонец, Волгоград
40
48
35
12
Солончак, Сиваш
35
32
25
17
Коричневая, Крым
66
60
60
80
Краснозем, Чаква
370
180
230
48
°i
Черная слитая, Алазанская долина
8
8
8
8!
Ферраллитная типичная, Куба
1027
1183
-
•i
Водные свойства почв
К водным свойствам относят физические свойства почв,
определяющие состояние и движение воды в почве. Наиболее широко
изучают влажность почв, содержание воды в почве. Влажность
зависит от общей пористости почвы, распределения пор по размеру,
водообмена между почвой, атмосферой и растением. Рассчитывают
влажность в % на абсолютно сухую массу, на сырую навеску, в г/г, в
% от объема почвы. В почвоведении была разработана система так
называемых водных констант почвы, для лучшей оценке
обеспеченности растений водой.
-142-
Водные константы
Еще в начале XX в. Бриггс и Шанц установили, что потребление
воды растениями ограничивается влажностью, характерной для
каждой почвы и зависящей от гранулометрического состава. Эта
влажность была названа влажностью завядания (ВЗ). Одновременно,
П.С. Коссович установил понятие наименьшей влагоемкосги (НВ),
которая потом получила название полевой влагоемкосги (ПВ), или
предельной полевой влагоемкосги (ППВ) - влажность почвы после
стока избытка воды. Э. Митчерлих предложил константу -
максимальная гигроскопическая влажность, которой было дано
следующее определение: максимальной гигроскопической называется
влажность, которая характерна для почвы после выдерживания ее в
атмосфере близкой к полному насыщению водяными парами
(0,96..0,98). В дальнейшем были добавлены следующие константы:
полная влагоемкость (когда все поры почвы заполнены водой),
капиллярная влагоемкость (влажность капиллярной каймы почвы),
влага разрыва капилляров (М.М. Абрамова, А.А. Роде), максимальная
адсорбционная влажность, равная в среднем, 60% от максимальной
гигроскопической влажности почвы (А.А. Роде), максимальная
молекулярная влагоемкость (А.Ф. Лебедев). Наиболее широко
используют на практике три константы: наименьшая (полевая)
влагоемкость, максимальная гигроскопическая влага, влага завядания.
Последнюю обычно определяют методом малых миниатюр: в
алюминиевый стаканчик загружают влажную почву, выращивают на
ней растение, обычно, ячмень или овес, и, когда проростки хорошо
разовьются, парафинируют поверхность почвы и ждут, пока растение
не завянет. Остаточная влага характеризуется как константа влага
завядания (или 63). Ясно, что если вместо ячменя и овса взять другое
растение, то влажность может оказаться другой. Остальные
константы сейчас почти не используют на практике и они, скорее,
теоретические константы, чем практические, так как методы их
определения плохо разработаны, а результаты определения -
противоречивы. Следует отметить, что термин «константа» по
отношению к водным свойствам почв несколько не корректен. Эти
константы изменчивы в зависимости от разных состояний почвы. Так
вспаханная почва и естественная имеют разную наименьшую
влагоемкость, различия достигают нескольких процентов. Влага
завядания изменяется в зависимости от вида растения, она близка для
злаков, но другая для деревьев и для влаголюбивых растений, хотя
различия в этом случае обычно не превышают десятых долей
процента от массы почвы. Поэтому следует принимать эти константы
-143-
за условные, достаточно приближенные придержки,
характеризующие состояние воды в почве.
Формы воды в почве
А.Ф. Лебедев первым предложил выделить разные формы воды
по их подвижности в почве. Так он считал, что почвенную воду
можно разделить на:
1) парообразную (в почвенной атмосфере);
2) связанную: а) прочносвязанную (сорбированную на
поверхности почвы, пленочную, гигроскопическую), б)
рыхлосвязанную (удерживаемую очень тонкими капиллярами);
3) гравитационную, свободную, перемещающуюся в почве под
силой тяжести, вода в твердом состоянии;
4) кристаллизационная и химически связанная вода.
Как видно из этой классификации, ее основа - качественная
оценка связи почвы с твердой фазой почвы. По данным
Е.М. Сергеева, содержание прочносвязанной воды уже не меняется,
если давление пресса на влажную почву достигает 20-50 мПа.
Считалось также, что такие показатели, как замерзание почвенной
воды, ее теплоемкость различается для разных форм воды. Оказалось,
что действительно, чем прочнее вода связана с почвой, то тем при
меньшей температуре она замерзает. Первым это обнаружил Боюкос,
который установил, что часть воды в глинистых почвах не замерзает
и при -70°С. По данным Т.А. Литвиновой [1961] замерзание воды в
каолините идет в интервале - -10..-20°С, в монтмориллоните при -70°
еще 7% воды не замерзают, что связано с разной степенью фиксации
воды этими минералами. В каолините прочносвязанной воды очень
мало, в монтмориллоните - много. По данным С.В. Нерпина и
Н.В. Чураева вязкость связанной воды (в ультрапорах, на расстоянии
4-6 нм) возрастает в 3 раза. Диэлектрическая проницаемость пленки
воды, толщиною 70 нм по данным М.С. Мецика [1961], составляет 4,5
(у свободной воды - 81). Рыхлосвязанная вода по всем свойствам
близка к свободной воде. Она имеет такую же плотность,
теплоемкость, но замерзает при -1,5°С. Ряд исследователей считают,
что сумма прочно- и рыхлосвязанной воды равна молекулярной
максимальной влагоемкости (ММВ).
Капиллярная вода - заполняет уголки пор, поднимается по
капиллярам от фунтовых вод, заполняет капилляры после
поступления вода сверху на поверхность почв. В последнем случае ее
называют подвешенной водой. Наибольшее количество подвешенной
водой геологи называют наименьшей влагоемкостью, что, в
-144-
принципе, справедливо, так как этот термин ввел П.С. Коссович, как
характеристику влажности после стока избытка воды.
Капиллярная вода, поднимающаяся от грунтовых вод, по мере
подъема заполняет все более тонкие капилляры и замедляет скорость
подъема с высотой. Установлено, что высота капиллярного подъема в
среднезернистых песках равна 15-30 см, мелкозернистых - 35-100
см, в супесях - 100-150 см, в суглинках - 3-4 м. В глинах вода может
подниматься на 8 м, а в лессах на 4 м (за два года). При этом во
влажной почве капиллярный подъем в 3, 4 раза быстрее, чем в сухой,
где мешают поры, заполненные воздухом. Вода в капиллярах
глинистых и суглинистых почв замерзает при температуре - 12°С. По
данным В.В. Охотина, капиллярный подъем в песках с размерами
зерен крупнее 0,25 мм, зависит от минералогического состава
субстрата. Высота подъема уменьшается в ряду: слюда > окатанный
кварц > полевой шпат > остроугольный шпат. В этом же ряду
возрастает гидрофобность (увеличивается угол смачивания от 13 до
58°).
Гравитационная вода представлена просачивающейся водой и
водой почвенно- грунтового потока. Просачивающаяся вода стекает в
почве до тех пор, пока вся не рассосется по мелким капиллярам или
не дойдет до водоупора, где она накапливается и начинает двигаться
по уклону водоупора, превратившись в почвенно-грунтовый поток.
Кристаллизационная и химически связанная вода удаляется из
почвы, практически, при 170°С.
Все классификации форм воды в почве отражают одну
несомненную закономерность: подвижность воды и доступность ее
растениям изменяется в зависимости от снижения влажности почвы.
Чем меньше влажность, тем меньше доступность воды растениям.
Это явление объясняется учением о потенциале почвенной влаги,
которую разработали Бакингем, Гарднер, Ричардс, Слейтер, Филипп,
Чайддс, а в России Воронин, Дояренко, Долгов, Судницын, Шейн.
Было много попыток выразить гидрологические константы через
потенциал почвенной влаги. Наиболее полно это сделал А.Д.
Воронин.
Потенциал почвенной влаги
Как всякое тело, вода обладает энергией,-потенциальной и
кинетической. Кинетическая энергия воды - это реализация
потенциальной, т.е. та работа, которую производи движущаяся вода
(перенос частиц, разрушение агрегатов и пр.). Движение воды
происходит по градиенту потенциала: от точек с большим
потенциалом к точкам с меньшим потенциалом воды. На
-145-
подвижность воды в почве влияют поверхность твердой фазы
(почвенная матрица), растворенные вещества, размеры капилляров.
Все эти явления обобщены в учение о потенциале почвенной воды.
Полным потенциалом почвенной воды 'Ft называют полезную работу
на единицу количества чистой воды, которую надо затратить, чтобы
перенести изотермически и обратимо бесконечно малое количества
воды из резервуара с чистой водой, расположенного на определенной
высоте при стандартном атмосферном давлении, в почвенную воду в
данной точке
PF
6,6 г
6,5 -
6,4 -
6,3 ■
6,2 -
6,1 -
6,0 :
0 12 3 4
W,%
воздушно-сухие образцы
абсолютно-сухие образцы
Рис.5.4. Зависимость потенциала почвенной влаги от влажности почв
(гор.А1 дерново-подзолистой почвы, диапазон гигоскопической
влажности)
Потенциал давления (тензиометрический потенциал) Тр - такая
же работа, которую надо затратить, чтобы перенести раствор,
идентичный по составу почвенному в данной точке, расположенной
на той же высоте, что и резервуар с раствором. Можно также сказать,
что эта необходимая работа, которую надо затратить, чтобы извлечь
почвенный раствор из почвы.
Потенциал давления в условиях постоянного внешнего газового
давления обозначают как капиллярно-сорбционный (матричный)
потенциал.
Осмотический потенциал Too, - потенциал, определяется
растворенными в воде соединениями, - работа, которую следует
проделать для извлечения чистой воды из раствора.
-146-
Гравитационный потенциал - та работа, которую может
совершить вода в почве под действием силы тяжести.
Полный потенциал воды в почве составляет сумму потенциала
давления (матричного), гравитационного, и осмотического.
'Ft = 4'p + 4'g+'F0CM
Сумма потенциалов давления и гравитационного дает
гидравлический потенциал: Ф = Тр + , определяющим движение
воды в почве в диапазоне выше влажности максимальной
гигроскопической.
Полный потенциал почвенной воды имеет отрицательный знак,
что отражает необходимость затратить работу для извлечения воды из
почвы. Потенциал почвенной воды связан с содержанием воды в
почве, которая в свою очередь зависит от относительной влажности
воздуха, с которым контактирует почва. Зависимость потенциала и
влажности получила название ОГХ - основная гидрофизическая
характеристика. Она показывает связь потенциала и влажности для
каждой почвы и форма ее в достаточной степени индивидуальна для
каждой почвы. В общей форме эту связь представлена в виде графика
(рис 5.4) и таблицы 5.1.
Таблица 5.23. Потенциал почвенной воды в зависимости от
относительной влажности воздуха.
Общий потенциал почвенной воды,44
Относи¬
тельная
влажность
при 200 С, %
На единицу массы
На единицу объема
Эрг/г
Дж/кг
Бар
смН20
0
0
0
0
100,00
-1х 104
-1
-0,01
-10,2
100,00
-5х 104
-5
-0,05
-51,0
99,997
-1х 105
-10
-0,1
-102
99,993
-2х 105
-20
-0,2
-204
99,985
-Зх 105
-30
-0,3
-306
99,978
-4х 105
-40
-0,4
-408
99,971
-5х 105
-50
-0,5
-510
99,964
-6х 105
-60
-0,6
-612
99,965
-7х 105
-70
-0,7
-714
99,949
-8х 105
-80
-0,8
-816
99,941
-9х 105
-90
-0,9
-918
99,934
-1х 106
-100
-1
-1020
99,927
-2х 106
-200
-2
-1040
99,851
-Зх 106
-300
-3
-3060
99,778
-4х 106
-400
-4
-4080
99,705
-5х 106
-500
-5
-5100
99,637
-6х 106
-600
-6
-6120
99,556
Примечание: 1 бар - 100кПа
-147-
Потенциал почвенной воды (и матричный потенциал) также
выражают в pF (отрицательный десятичный логарифм потенциала,
выраженного в см водного столба). Так, 1 бар, соответствует pF = 3,
средний потенциал влаги завядания злаков (15 бар) - pF 4,2.
При утяжелении гранулометрического состава все так
называемые константы соответствуют более низкому потенциалу (с
учетом его отрицательного знака). Так, для песчаных почв потенциал
при полевой влагоемкости соответствует pF 2 (-0,1 бар), для
суглинистой почвы pF 2.5 (-0,3 бар), для глинистой - pF 3 (-1 бар).
При большой влажности потенциал существенно зависит от
структуры почвы: агрегированная почва обычно имеет при одном и
том же потенциале (в пределах 1 бара) более низкую влажность, чем
не агрегированная (растертая).
ОГХ - основная гидрофизическая характеристика почв
показывает, что хотя форма кривой достаточно сложна и не
аппроксимируется одним уравнением, но само энергетическое
состояние почвенной влаги - непрерывная функция от влажности.
Константы - достаточно условная категория в почвенной
гидрологии, унаследованная от тех времен, когда энергетической
характеристики почвенной воды еще не применяли. Для понимания
поведения воды в почве, ее доступности для растений достаточно
использовать энергетическую концепцию. Так, потенциал влаги
завядания для злаков (пшеница, ячмень, рожь) в среднем равна
1500 кПа, для таких пород деревьев, как ель, сосна, дуб, береза, осина
- 2400 кПа. Энергетическое состояние воды в почве позволяет быстро
оценить водный режим растений. Потребление растениями воды из
почвы определяется их сосущей силой. Сосущая сила зависит от
осмотического давления в клетках растения за вычетом тургорного
давления, которое препятствует поступлению воды в клетку.
Осмотическое давление в клетках корней достигает 1000 кПа, а в
листьях 4000 и даже в листьях ясеня зеленого на светло-каштановых
почвах Бргеней 6000 кПа. Именно разница в потенциале воды в почве
и растении определяет поступление воды в растение из почвы.
Иллюстрацией сказанного может служить распределение значений
потенциала в почве и тканях тополя берлинского на темно¬
каштановых почвах Уральской области, по Данным Н.А. Взнуздаева.
В исследованной почве в слое 0-50см потенциал почвенной воды
равен -1500 кПа, в слое 50-100 см -500...-1000кПа, в слое 100-150 см
-200 -500 кПа, в слое ниже 150 см -200 кПа. У тополя
потенциал воды в листьях был равен -2400 -..-3200 кПа, в лубе ствола
- 1800...-2600 кПа, в корнях - 1600...-900кПа.
-148-
Таким образом, в листьях потенциал воды всегда меньше
потенциала корней, что определяет постоянное движение воды от
корней к листьям. Во-вторых, в засушливых почвах физическое
испарение может привести к тому, что водный потенциал почвы
будет намного меньше потенциала корня и потребление воды из
почвы станет невозможным. Так, по данным В.П. Холодовой, при
внесении в питательный раствор NaCl в концентрациях 0,25-2,0 М/л
осмотический потенциал клеточного сока у хрустальной травки
(Mesembryanthemum crystalfinum L.) снижался с -1мПа до —3 мПа и
сразу резко падала транспирация, обводненность листьев (до 70%
относительной насыщенности водой тканей растения). Но в
питательном растворе потенциал был намного ниже( десятки мПа),
именно поэтому растения не могли потреблять воду и восполнять
водный дефицит. Так как корни растений занимают не более 1-3%
объема почвы (ниже слоя 0-10 см), то потребление воды будет также
зависеть от скорости подтока ее к корню, по мере падения потенциала
воды у корня в связи с поглощением им воды. Подток воды
определяется двумя составляющими: влажностью почвы (разностью
потенциалов) и свойствами самой почвы (ее пористость, плотность,
форма пор, удельная поверхность и др.).
Влагопроводность почвы
Движение воды в почве подчиняется закону массопереноса:
V/At = q=-K grad Ф, где К - коэффициент пропорциональности,
зависящий от свойств среды и переносимого вещества, V - объем
переносимого вещества, через единицу площади А в единицу времен
t. В почвенной практике обычно используют частный случай этого
уравнения - закон Дарси (французский инженер, первым
предложившим эту формулу) для анализа движения воды в
водонасыщенной почве Q = К AH/L, где Q - количество воды,
прошедшее сквозь единицу площади при разности напора АН, длине
пути движения воды L. К - коэффициент влагопроводности при
градиенте напора в один см на единицу длины пути в см. В
насыщенных почвах происходит обычно фильтрация. При
впитывании воды в сухую почву сначала большое количество воды
идет на смачивание контактного слоя, а затем контактный слой
фильтрует воды в согласии с коэффициентом фильтрации,
характерной для данной почвы. В ненасыщенных почвах движение
воды определяется разностью потенциалов воды между двумя
точками. В отличие от насыщенной водой почвы движение в
ненасыщенной определяется не гравитационным потенциалом, а
-149-
разностью отрицательных потенциалов. Вода стремится уравнять
потенциалы, толщину водных пленок. Кроме того, в почвах всегда
наблюдается диффузия водяного пара в порах, что осложняет
динамику влажности почв.
Водные свойства наряду с климатом, погодными условиями,
типом экосистемы определяют водный режим почв и, следовательно,
их экологическую функцию - водоснабжение растений. Известно, что
по отношению к воде все растения можно разделить на гигрофиты
(обитающие в воде), гидрофиты (требующие увлажненных почвы),
мезофиты (обитающие на почвах с достаточным увлажнением), и
ксерофиты, произрастающие на сухих почвах. Именно в этих
требованиях растений к воде скрыта основа глобальной зональности
растений. Формирование разных климатических поясов с разным
водным режимом почв приводит к произрастанию на этих почвах
разных по требованию к воде ассоциаций растений. Выделяют
гумидный пояс (тундра и лесная зона умеренной зоны, тропические
дождевые и муссонные леса, субальпийские и альпиские горные
пояса, горно-лесной пояс), семиаридные почвы (степная и
лесостепная зоны, саванны в тропиках, леса и кустарниковые заросли
средиземноморского типа: маквис, чапараль, буш), аридные регионы
(сухие степи, полупустыни и пустыни).
Именно влажность почвы определяет разное распределение
растений в пределах катены, по микрорельефу, в поймах и на плакоре
(водоразделе). В первую очередь в пределах одного ландшафта
распределение растений связано с водным режимом почв, этой одной
из главных их характеристик.
Химический состав почв
Химический состав почв определяет многие ее свойства. Даже
гранулометрический состав зависит от химического состава породы и
почвы. В значительной мере химический состав определяет тип БГЦ
и экосистемы. Частично химический состав унаследован от
почвообразующей породы. Частично, он меняется в процессе
почвообразования, т.е. зависит от климата, биоты, времени
(длительности и скорости процессов почвообразования). При анализе
химического состава почв различают общее (валовое) содержание
химических элементов, содержание разных соединений (в том числе и
минералов), количество веществ, переходящих в водную вытяжку,
вещества, растворимые в разных вытяжках (щелочных, кислотных,
солевых и пр.).
-150-
Валовой состав почвы
Основа химического состава почв, совокупность всех
химических элементов, составляющих почву, - их валовой состав (у
геологов больше распространен термин “результаты силикатного
анализа”). На 90% и более валовой состав почв определяется
почвообразующей породой. Поскольку почвообразование в природе
ищет на самых разных породах, то исходный состав почв может
меняться в широких пределах. Но существующие данные
показывают, что с достаточно большой вероятностью многие почвы
приурочены к определенным типам пород (табл. 5.24). Так, на кислых
породах в гумидной зоне формируются почвы подзолистого ряда,
дифференцированные по валовому составу; на слабокислых и
основных породах - слабо дифференцированные бурые, дерново¬
лесные, подбуры и т.п.
Таблица 5.24. Приуроченность разных почв к геологическим породам
(%)
Почвы
Породы
кислые
щелочные
ультраосновны
е
карбонатн
ые
Подзолистые
85
10
0
5
Бурые леные
г 30
30
20
10
Черноземы
60
0
0
40
Каштановые
100
0
0
0
Сероземы
100
0
0
0
Красноземы
0
80
20
0
Красноземы залегают на основных породах и не встречаются на
кислых.
Черноземы образуются на кислых и на карбонатных породах, и
почти не встречаются на основных. На карбонатных породах иногда
формируются бурые лесные почвы. Вулканические почвы (андосоли)
очень часто формируются на основных породах. Лессы, содержащие
карбонаты, рассматриваются как окарбоначенные вторично, и по
составу бескарбонатной части относятся к кислым породам.
Сходство и различие валового состава почвы (отдельных ее
горизонтов) и почвообразующей породы позволяет оценить
направленность почвенных процессов. Но еще большее значение
имеет валовой состав почвенного ила. Многие исследователи
считают, что в процессе почвообразования в первую очередь
образуется ил. Его состав может указывать на направленность
почвообразовательного процесса. По соотношению Si02 и R2Oj
-151-
(оксиды железа и алюминия) оценивают степень ферраллитности
почвы (чем меньше отношения, тем больше ферраллитность).
Валовой состав почвенного ила
Валовой состав ила используют для ряда генетических
построений для оценки возможных почвенных процессов. В
частности, для обоснования и разделения подзолистого процесса и
лессиважа. Если валовой состав ила в горизонтах А2 и В одинаков,
считают, что, в почвах идет процесс лессиважа, если валовой состав
ила в этих горизонтах различается, то процесс почвообразования
характеризуют, как подзолистый. В этих построениях не учитывают
одну закономерность, которую удалось обнаружить, сравнивая
валовой состав ила разных почв. Имеется в виду, что валовой состав
ила многих почв очень близок, независимо от валового состава самих
почв (табл. 5.25- 5.27). И в то же время, по данным А.А. Роде, с
уменьшением размера илистой фракции почв меняется ее валовой
состав (см. табл. 5.26) С ростом дисперсности уменьшается
содержание Si02, Na, К, увеличивается количество Al, Fe, Са, Р.
Изменение валового состава по гранулометрическим фракциям может
быть связано с процессами выветривания, метасоматоза, сортировкой
осадочных пород при их транспортировке и отложении, с
почвообразованием. Разделить влияние этих всех факторов
достаточно трудно. Известно, что в илистой фракции почв, как и
горных пород, преобладают оксиды и гидроксиды железа, глинистые
минералы (смектиты, каолинит, хлорит), цеолиты и др. В валовом
составе глинистых минералов содержание Si02 не превышает 55%.
Поэтому в иле содержание кремнекислоты обычно около 60%
Таблица 5.25. Валовой состав ила разных кор выветривания в
тропиках (С.В. Эонн)
Кора выветривания
Мест
0
Si02
А1203
Fe203
CaO
Mg
О
Карбонатно¬
сульфатная
Куба
54,00
18,94
8,81
6,00
2,36
Слитосиаллитная
Инди
я
52,80
27,15
13,37
1,41
2,40
Феррсиаллитная
Инди
я
58,49
14,86
16,14
0,90
8,17
Аллитная
Куба
36,51
42,16
15,70
0,90
0,41
Ферраллитная
Куба
35,92
17,63
41,11
1,22
0,70
Ферритная
Куба
24,60
9,71
57,61
0,65
5,47
Сиашштная песчаная
Куба
43,28
43,26
9,01
0,33
0,28
-152-
Таблица 5.26 Валовой состав (на прокаленное вещество)
гранулометрических фракций горизонта В2 (32 - 62 см) в подзолистой
почве на карбонатной морене ( А.А. Роде, 1937)
Параметр
Фракция, мкм
<0,1
0,1-0,3
0,3-1,0
1,0-5,0
5,0-50,0
почва
Содержание фракции, %
0,6
0,8
1,7
1,9
7,1
100
Гумус, %
33,4
29,3
25,5
23,2
9,6
-
Теплота смачивания, кал/г
18,5
17,6
18,0
13,4
6,5
-
Si02
29,20
36,32
41,27
41,18
59,30
78,35
А1203
35,12
34,25
31,48
30,26
22,22
11,13
Fe203
25,22
19,40
17,45
17,19
8,49
3,86
MnO
0,13
0,18
0,12
0,10
0,08
0,02
TiO
1,33
1,39
1,42
1,38
1,30
0,76
CaO
2,68
2,12
1,16
1,29
0,71
0,67
MgO
2,07
2,09
1,89
2,04
1,56
0,44
K20
' 2,35
3,12
3,82
4,23
5,03
3,72
Na20
0,57
0,60
0,72
0,62
1,40
0,72
P205
1,04
0,78
0,41
0,41
0,05
0,09
Таблица 5.27. Валовой химический состав почв и
гранулометрических фракций предкавказских черноземов, % от
массы [Алещенко, 1972]
Гориз
онт
Фрац
ИЯ,
мкм
Si02
А120
3
Fe20
3
TiO
MnO
CaO
MgO
P205
K20
Na20 |
А1
весь
65,51
18,38
6,23
0,98
0,10
2,72
2,34
0,28
2,14
4,96
В2
весь
66,40
17,27
5,21
0,81
0,05
4,54
2,61
0,10
1,66
5,48
С1
весь
66,02
16,12
4,45
0,78
0,05
6,88
2,76
0,10
1,58
5,84
А1
50-10
80,11
9,09
5,39
0,51
0,07
1,22
1,64
0,06
1,28
1,96
В2
50-10
81,71
8,48
5,26
0,50
0,04
1,24
1,40
0,03
1,28
1,94
С1
50-10
81,67
8,55
5,26 1
0,40
0,03
1,25
1,36
0,03
1,21
1,96
А1
10-5
76,12
11,57
3,59
1,06
1,09
1,80
1,30
0,12
1,96
2,39
В2
10-5
77,45
11,55
3,26
1,01
0,08
1,78
1,40
0,06
1,63
2,08
С1
10-5
77,53
11,22
3,32
0,89
0,06
1,78
1,32
0,03
1,65
2,00
А1
5-1
71,68
14,22
7,10
1,31
о,и
1,58
М2
0,13
2,02
1,14
В2
5-1
71,81
13,58
7,12
0,96
0,08
1,57
1,20
0,11
2,76
1,12
Ci
5-1
71,93
13,61
7,06
0,92
0,08
1,57
1,14
0,10
2,49
1,11
А1
<1
51,58
27,14
11,14
1,51
0,16
2,13
2,54
0,39
2,94
0,37
В2
<1
53,88
25,21
10,24
1,43
0,14
2,80
2,39
0,28
2,57
0,38
С1
<1
54,61
24,18
10,19
1,29
0,12
2,50
2,86
0,25
2,14
0,30
0-8
см,
эолов
ый
нанос
весь
65,57
17,95
6,81
0,99
0,09
2,61
2,13
0,27
2,02
1,80
50-10
79,25
10,66
3,01
0,51
0,07
1,04
1,41
0,05
1,76
2,38
10-5
77,62
11,08
3,77
0,53
0,08
1,29
1,20
0,06
2,61
2,23
5-1
68,46
15,83
7,35
1,10
0,12
1,41
2,18
0,\4
2,56
1,18
<1
50,38
27,45
11,41
1,47
0,16
2,48
2,18
0,40
3,11
0,56
-153-
Низков содержание кремнекислоты в ферраллитных и
ферритных почвах объясняется тем, что в илистой фракции много
минералов алюминия (гиббсита), каолинита и оксидов железа. Но и в
сиаллитно-песчаных отложениях содержание кремнекислоты в иле
очень низкое. Несколько повышается содержание кремнекислоты в
глинистой сиаллитной коре (слитой), но и оно не превышает 53%.
Аналогичная картина характерна для подзолистой почвы.
В иле по сравнению с почвой уменьшается содержание Si
(выражено, как и все остальные элементы, в виде оксидов).
Теоретически можно отделить валовой состав исходного ила
(почвообразующей породы) от почвенного ила, сравнив почвенные
горизонты. Постепенное изменение состава ила с глубиной от
горизонта А1 к горизонту С свидетельствуют об особенностях
процесса почвообразования. Незакономерное изменение валового
состава говорит скорее о слоистости почвы, чем об изменении ила в
процессе почвообразования. Анализ содержания в иле БЮг и
А120з+Ре20з показывает, что почвенные илы можно отнести
преимущественно к основным породам, реже к средним и
ультраосновным. При этом отмечается близкое для многих почв
содержание оксидов железа, кроме ферраллитных и ферритных.
Большая близость валового состава ила почв вне тропиков и
субтропиков (подзолистых, дерново-подзолистых, черноземов, бурых
лесных, каштановых) показывает, что предел содержания окиси
кремния в иле этих почвах где-то около 60% от массы прокаленной
почвы. Для этих почв, включая тундровые (табл. 5.28) характерен
очень близкий состав ила по основным элементам (кремнию, железу,
алюминию). Отмечается, что обогащенность почв кремнием (свыше
90% Si02 от массы прокаленной почвы) приводит к тому, что
содержание этого оксида в иле достигает 62%. Такое содержание
характерно для песчаных почв. Но и в этом случае просматривается
близость ила этих почв к илу почв других регионов умеренной зоны.
Поэтому верхнюю границу содержания оксида кремния в почвенном
иле следует оценить в 60±2%, что соответствует наблюдаемым
почвам.
-154-
Таблица 5.28 Валовое содержание некоторых элементов в почвах(1) и
иле (2) тундры Над-Цурского междуречья ( Сопина, 1983)
Почва
Горизон
т,глубин
а
Si02
А1203
Fe203
1
2
1
2
1
2
Поверхностно-
элювиально-глеевая
А 5-10
79,3
59,3
13,6
23,6
3,0
10,8
В1 10-
15
77,5
56,1
14,3
24,2
4,6
12,3
В2 25-
30
78,8
56,2
14,0
23,2
3,8
12,8
Поверхностно¬
подзолистая
А2 7-9
80,6
60,1
12,7
23,6
3,3
10,2
В1 9-15
82,5
53,7
10.8
25,6
3,7
14,0
В2 16-
28
78,3
55,9
14,5
22,9
4,0
11,8
С 72-110
80,7
56,4
14,7
23,9
2,5
12,7
Подзол неглубокий
А2 4-25
92,3
61,6
4,8
21,8
U
8,4
В 25-53
92,3
62,3
5,1
22,5
1,4
9,5
С 72-105
93,5
60,4
3,6
20,1
1,0
9,3
Поверхностно¬
подзолистая
глубинно-глеевая
А2 4-7
88,0
64,8
6,1
22,2
1,5
5,9
В1 7-25
82,3
58,3
10,0
21,4
3,5
12,5
В2 25-
53
83,4
58,7
8,9
21,4
3,1
12,0
ВС 53-
105
91,6
63,4
3,6
18,6
0,7
9,9
Даже формирование почв на разных породах (покровном и
моренном суглинках) не приводит к большим различиям в составе
ила этих почв (табл. 5.29).
Таблица 5.29. Валовой состав почв (1) и ила(2) на покровном (А) и
моренном (В) суглинках
Гор
Глубин
Si02
А1203
Fe203
ИЗОН
а, см
А
В
А
В
А
В
т
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
А1
0-4
79,
54,
78,
58,
11,
24,
11,
24,
2,7
12,
3,0
8,7
2
1
8
7
6
3
1
1
0
А1А
6-14
80,
54,
79,
55,
11,
26,
11,
26,
2,3
ю,
2,7
ю,
2
7
5
5
9
4
3
3
5
5
3
2
А2
14-28
81,
55,
80,
55,
ю,
25,
ю,
24,
2,3
ю,
2,5
и,
7
1
9
5
9
6
6
5
4
7
А2В
30-40
77,
54,
77,
55,
13,
25,
12,
24,
3,6
11,
3,7
12,
1
5
3
0
3
5
3
8
8
6
В1
45-50
74,
55,
74,
54,
14,
26,
14,
25,
4,2
11,
4,6
12,
7
3
8
6
5
3
3
1
5
9
В2
120-
74,
55,
76,
55,
13,
25,
13,
22,
5,5
11,
4,0
12,
130
2
9
2
6
6
9
8
8
0
9
D1
170-
80,
55,
81,
52,
ю,
25,
И,
27,
3,8
11,
2,6
13,
-155-
190
7
0
3
1
9
2
5
4
6
6
D2
240-
76,
55,
78,
55,
13,
25,
12,
25,
4,1
11,
3,7
12,
260
9
7
1
1
2
2
4
0
7
5
D3
400-
73,
56,
72,
56,
15,
26,
16,
25,
5,6
10,
5,2
И,
410
1
1
6
6
3
4
2
3
5
2
Разрез был заложен в Малинках, Биогеоценологическая станция,
Московская область. Суглинки заметно отличаются по цвету, по
содержанию песчаных фракций, но состав ила у них очень близок.
Таблица 5.30 Валовой состав (%на прокаленную навеску) ила (1) и
почвы (2)
Почва
Глуби
-на,
см
Si02
А1203
Fe203
1
2
1
2
1
2
Ферраллитная,
Бирма
0-12
32,32
44,86
43,52
37,52
21,82
13,16
12-30
30,67
43,14
44,61
39,67
20,34
13,76
49-69
30,25
43,22
44,53
42,65
19,52
13,61
89-
102
31,90
41,94
40,75
38,63
24,41
12,69
Ферритная, Куба
0-12
36,80
35,68
38,89
38,09
17,27
18,32
30-40
17,49
33,52
9,59
7,02
67,08
49,20
60-7-
18,24
29,97
10,16
10,29
64,36
52,45
Коричневая
карбонатная
0-10
57,04
61,86
21,05
26,56
10,55
10,79
15-25
56,93
60,83
9,99
26,02
10,39
3,68
30-40
56,65
59,95
21,60
26,60
9,85
10,32
54-64
56,94
49,92
17,02
24,94
10,31
8,00
Коричневая
некарбонатная
2-10
54,90
56,24
17,76
18,76
18,27
11,80
11-20
52,26
55,75
24,3
19,17
15,76
12,61
30-40
55,93
54,22
23,00
17,39
14,39
11,93
75-88
0-30
55,99
51,38
54.38
71.38
20,37
27,60
16,40
15,54
15,58
9,60
12,13
4,39
Чернозем,
Молдова
30-40
50,82
71,39
27,12
15,96
9,56
4,39
60-70
50,14
68,08
27,25
14,65
9,89
1,24
120-
130
51,54
64,96
26,66
15,21
9,34
4,03
160-
170
51,56
66,34
26,83
15,23
9,12
3,96
Ил ферраплитных и, особенно, ферритаых почв обогащен
железом, иногда в 2 раза больше, чем ил других почв (табл. 5.30). В то
же время в сиаллитных почвах в иле содержится железа в 5-7 раз
-156-
больше, чем в почве в целом. Итак, в сиаллитных почвах идет
сходный процесс распределения элементов по фракциям
гранулометрического состава с максимумом железа в илистой
фракции
Валовой состав и генезис ферраллитных почв
В ферраллитных почвах также выражен процесс уменьшения
содержания кремнезема в иле по сравнению с почвой в целом. Но
встречаются случаи, когда в почве в целом содержание кремния
меньше, чем в илистой фракции. Это наблюдается у ферритных почв
Кубы. В этом случае содержание кремния определяется илистой
фракцией почв.
В целом, ферраллитные почвы очень резко отличаются по
валовому составу горизонтов от любых других почв, образовавшихся
на сиаллитных корах выветривания. Существует устойчивый взгляд,
что такой валовой состав ферраллитных почв сформировался в
результате выноса кремния в процессах почвообразования в условиях
тропиков. Но это не так. Ферраллитные почвы уже образовались на
ферраллитных корах выветривания, представляющих собой продукт
метасоматоза.
По теории Н.В. Разумовой, И.А. Соколова состав ила, как и
самих ферраллитных почв, определяется геологическими процессами
метасоматоза, обработкой субстрата растворами горячих источников.
Эта мысль подтверждается данными Л.С. Ильиной, показавшей, что в
красноземах преобладают продукты высокотемпературного
гидротермального генезиса, комплекс железистых минералов от
магнетита - маггемита на вулканических породах до крупнозернистых
гематитов и гетитов на осадочных породах. Присутствие сульфид-
магнетитовых ассоциаций в комплексе с крупнокристаллическими
гетитом и гематитом - четкий признак гидротермального
выветривания пород.
В других почвах валовой состав ила в большей степени
отражает процессы почвообразования.
Валовой состав почв и ила ряда почв
Дифференциация валового состава почв и ила по горизонтам
отмечается во многих почвах, но, как правило, она следствие
слоистости почвообразующей породы. Но и в этом случае
почвообразование может усиливать дифференциацию почв по
валовому составу или сглаживать ее. Как правило, валовой состав
-157-
дает представление лишь об участии кварца, полевых шпатов, слюд в
почвообразовании, но судить по валовому составу о других
химических свойствах почв в раде случаях затруднительно.
Таблица 5.31 Валовой состав ила вертисолей (слитых почв)
Место
Глубина, см
Si02
Fe203
А1203
CaO
MgO
Индия, Хайдарабад
3-16
55,35
13,77
24,14
1,02
2,85
16-40
53,77
13,70
26,11
1,53
3,52
40-75
54,69
14,18
26,45
1,52
2,83
Куба, Ориенте
1-10
58,38
11,63
22,61
0,49
3,20
20-30
57,68
12,10
21,79
1,19
3,44
Центральная
Мьянма,
Мандалай
1-10
55,43
11,04
25,89
24-35
52,19
8,99
27,39
40-50
51,75
10,38
25,81 1
Молдова
0-30
50,85
8,24
28,07
7,33
2,20
30-50
52,86
8,26
2761
5,49
3,05
70-90
53,14
8,06
27,81
5,09
3,05
130-150
53,68
8,39
27,02
4,81
2,64
Так, процесс образования кремнезема оценивали по
соотношению в иле почв кремнезема и полуторных окислов. Теперь
понятно, что эта характеристика в основном унаследована от коры
выветривания (подвергшейся метасоматозу). Но все равно, в
существующих почвах отношения в иле кремнезема и полуторных
окислов часто показательно.
Итак, можно выделить в почвах мира два типа ила. Один тип
представляет собой сиаллитный материал, где содержание оксида
кремнезема в пределах 50-60% от прокаленной навески, а
полуторных окислов - до 40%. Второй тип ила встречается в
ферраллитных (и ферритных) почвах и содержит менее 40% Si02 и
больше 60% полуторных окислов. Скорее всего, такое различие в
валовом составе ила связано с тем, что в ферраллитных почвах
происховдение ила совершенно другое, чем в сиаллитных почвах.
Валовой состав почв и биота
На валовой состав почв влияет биота, которая в первую очередь
перераспределяет рад элементов в профиле почв, во-вторых,
обогащает почву радом элементов. Среди элементов, содержание
которых в верхних слоях почвы возрастает, заметно преобладают
углерод, азот, фосфор, сера (табл. 5.32).
Но обычно менее заметно, что почвы концентрируют под
влиянием биоты (растений, микроорганизмов) также другие
элементы, обычно называемые микроэлементами, из-за их очень
-158-
малого содержания в живых организмах. К таким элементам относят
бор, цинк, молибден, марганец и др. Они участвуют в так называемом
биологическом круговороте веществ - в движении элементов по
трофической цепи.
Очевидно, в биосфере можно выделить несколько ассоциаций
элементов. Самая основная ассоциация образована исходными
геологическими породами, характерна для этих пород. Вторую
ассоциацию можно назвать биохимической: она формируются
биотой, определяется избирательным поглощением разных элементов
из почвы и последующим возвратом их в почву с опадом.
Таблица 5.32. Содержание С, N, S Р (в % от сухой массы ) в горизонтах
А1 разных почв, породах и растениях
Почвы и другие объекты
С
N
Р205
S
Тундровые
1,7
0,30
0,25
0,24
Глее и болотно-подзолистые
U9
0,25
0,08
0,95
Подзолистые
0,4
0,05
0,20
0,01
Дерново-подзолистые
1,7 1
0,20
0,20
0,03
Серые лесные
зд
0,30
0,20
0,04
Черноземы выщелоченные
4,2
0,40
0,20
0,05
Черноземы типичные
4,9
0,45
0,30
0,06
Черноземы обыкновенные
4,2
0,35
0,25
-
Черноземы южные
2,7
0,20
0,20
-
Каштановые
1,5
0,20
0,15
*
Бурые пустынные
0,7
0,17
0,14
-
Сероземы
0,4
0,15
0,20
-
Красноземы
2,1
0Д5
1,47
0,05
Породы осадочные
0,01-1,0
0,06
0,08
0,30
Породы плотные
0,01
0,001
0,01
0,02
Растения (в среднем)
42,1
4,3
1,30
0,30
Почвенная ассоциация представляет собой суммарный итог
взаимодействия двух первых ассоциаций. В настоящее время следует
выделить техногенную ассоциацию, связанную с загрязнением почвы
в результате деятельности человека. Оценку ассоциаций можно
проводить по степени корреляции между элементами. Этот метод
можно применить при поиске погребенных почвенных горизонтов в
древних породах, где органическое вещество давно разрушилось.
Накопленные в результате почвообразования химические элементы
могут маркировать бывшие гумусовые слои почв
-159-
Биологический круговорот или циклы элементов в биосфере
В природе, как отметил В.Р. Вильямс, наблюдаются два
круговорота, две формы движения элементов: геологический и
биологический. Массоперенос - один из основных процессов,
происходящих в биосфере и педосфере. Часто массоперенос
отдельных элементов называют циклами их (в атмосфере,
гидросфере, педосфере, биосфере). Геологический и биологический
круговорот различаются механизмами (геологическими и
биологическими), продолжительностью циклов (сезоны и года в
биологическом и тысячелетия-миллионы лет в геологическом
круговороте). Но в такую единицу времени, как год, сезон
интенсивность и емкость этих круговоротов может оказаться
близкими. (Под интенсивностью круговорота понимают массу
переносимого вещества в единицу времени, под емкостью - общую
массу вещества в течение одного цикла или определенного
промежутка времени).
Геологический круговорот веществ
К геологическому круговороту относят передвижение,
миграцию веществ в виде растворов, взвесей, газов в пределах
атмосферы, литосферы и гидросферы. Для многих веществ
геологический круговорот, геологический цикл, измеряется
миллионами лет. Для современного наблюдателя современный
геологический круговорот однонаправлен (с суши в океан).
Поверхностные и фунтовые воды сносят в океан мелкозем,
растворенные вещества, которые образуют в океане морские
осадочные породы. При отступлении океана, горообразовании и
других геологических процессах дно океана становится сушей и
осадочные породы вновь становятся корой выветривания на суше и
основой почвообразования. Существует и обратный поток вещества с
океана на материк. В основном это относится к приносу солей с
морской водой (теория импульвиризации). В.А. Казанцев считает, что
засоление почв Западной Сибири связано именно с приносом солей
ветрами. К геологическим процессам, составляющим геологический
круговорот, следует отнести процесс эрозии, снос мелкозема,
образовавшегося в результате выветривания плотных пород, с гор на
равнины и в океан, и перенос с равнин ветрами мелкозема в горы.
Речной аллювий также в значительной степени результат размыва
геологических пород и почв, следствие геологической эрозии, и его
-160-
отложение в поймах возвращает субстрат в педосферу, вовлекая в
новый цикл почвообразования.
Биологический круговорот веществ
На фоне геологического круговорота проявляет себя
биологический круговорот, движение элементов по трофическим
цепям. Иногда биологический круговорот понимают шире: как
движение веществ под воздействием организмов.
В этом случае биологический круговорот включает: 1) движение
элементов по трофическим цепям (трофической сети), 2) движение
веществ в результате механического воздействия животных на
геологические породы и почвы, 3) движение элементов под
воздействием механического воздействия растений (вывалы), 4)
движение веществ под влиянием продуктов жизнедеятельности
организмов. Биологические циклы веществ можно разделить на
отдельные потоки, что особенно широко используют при
моделировании циклов (поток - часть пути вещества в пределах
цикла). Циклы позволяют оценить важность любого химического
элемента для жизни, судьбу его в биосфере, почве и литосфере,
последствия загрязнения этим элементом биосферы. В живых
организмах практически присутствуют все элементы таблицы
Менделеева, хотя роль многих из них пока не установлена.
Трофические цепи
Среди живых организмов выделяют автотрофов и гетеротрофов.
Автотрофы - синтезируют органическое вещество из
неорганического субстрата с помощью солнечной или химической
энергии. Солнечную энергию используют растения,
фотосинтезирующие организмы, которые с помощью хлорофилла
синтезируют углеводы из воды и углекислого газа, содержащегося в
атмосфере. Одновременно, хлорофилловые организмы потребляют
питательные элементы из окружающей среды (почвы, воды,
атмосферы). Хемотрофы - микроорганизмы, синтезирующие
органические вещества с помощью энергии, освобожденной в
результате химических реакций. Производительность хемотрофов
низкая, а сырье для их жизни (соединения сера, железа, марганца)
встречаются локально. Поэтому основным источником органического
вещества для всех остальных не хлорофилловых животных служат
хлорофилловые автотрофы. В экологии выявлена закономерность,
которая носит название трофической пирамиды. Наибольшая
-161-
биомасса заключена в автотрофах, затем она уменьшается в
гетеротрофах первого порядка (травоядных), и затем последовательно
уменьшается в хищниках первого порядка, второго порядка и так
далее (табл. 10.1). Следует отметить, что это положение относится
лишь к живым организмам суши. В океане по данным
многочисленных исследователей автотрофов меньше, чем
гетеротрофов, т.е. принцип пирамиды в океане работает иначе,
основанием пирамиды в океане служит зоопланктон. Очевидно, океан
создает определенные трудности для развития хлорофильных
организмов, а часть трофической цепи морских организмов может
начинаться на суше. В то же время продуктивность океана
(производство биомассы в год) достаточно высока и сравнима с
продуктивностью суши.
Таблица 5.33. Биомасса организмов Земли, т х 1012 и %
(Войткевич и др., 1977]
Континенты
Океаны
Всего
Растения
Животные и
микроорганизм
ы
Итого
Растени
я
Животные и
микроорганизм
ы
Итого
2,4
0,02
2,42
0,0002
0,003
0,0032
2,4232
99,2
0,8
100
6,3
93,7
100
Продуктивность биосферы
Биомасса живых организмов на Земле измеряется величиной
1012 т (табл. 5.33). Она не равномерно размещена в биосфере: ее
больше в биогеосфере и меньше в биогидросфере. Еще больше на
земле остатков живых организмов и отходов их деятельности.
Различается и химический состав организмов и литосферы,
литосферы и биогидросферы. При этом химический состав суши,
литосферы, почвы значительно более разнообразный и изменчивый,
чем состав гидросферы. С этим разнообразием связано и
биоразнообразие, которое на суше значительно выше, чем в океане.
При этом наиболее заселена видами разных организмов - почва. Она,
как сказал В.И. Вернадский, “сгущает” жизнь, становится пленкой
сгущенной жизни, где обитают самые разные организмы
(микроорганизмы, растения, грибы, педофауна, не считая животных,
так или иначе связанных с почвой). По данным биологов масса
животных и микроорганизмов в почве превышает 10 т/га и
значительно больше, чем масса этих организмов в остальной части
растительных экосистем. Почва убежище, источник воды и пищи для
-162-
множества организмов, видовое разнообразие которых также
перекрывает разнообразие наземных животных.
Таблица 5.34. Нетто-продуктивность растительного покрова Земли
(по: (Lietb, Whittaker, 1975])
Тип растительности
(зона)
Площадь,
км2106
Первичная нетто-
продукция
Листовой индекс
поверхности
Хлорофилл,
г/м2
1
2
3
4
5
Суша
149
7,8
117,5
4,3
1,5
Тропические леса
17
10-35
22
37,4
6-16
8
3
Муссонные леса
7,5
10-25
16
12
5
2,5
Летнезеленые леса
7
6-25
12
8,4
3-12
5
2,0
Хвойные леса
умеренной зоны
5
6-25
13
6,5
5-14
12
3,5
Бореальные леса
12
4-20
8
9,6
7-15
12
3
Саванны
15
2-20
9
13,5
1-5
4
1,6
Луга и степи
9
2-15
6
5,4
3,6
1,3
Тундры равнин и гор
8
0,1-4
1,4
1,1
0,5-2,5
2
0,5
Кустарничковые
пустыни
18
0-2,5
0,9
1,6
1
0,5
Сухие пустыни, льды
24
0-0,1
0,03
0,07
0,05
0,02
Поля и плантации
14
1-40
6,5
9,1
4-12
4
1,5
Болота, марши
2
8-60
30
6
7
3
Внутренние водоемы
2
1-15
4
0,8
0,2
Океаны
361
15,5
55
0,05
Коралловые рифы и
зоны прилива
0,6
5-40
25
1,6
2
Весь земной шар
510
3,36
172,5
0,48
Примечание. I - диапазон, т/год га; 2 - средняя продуктивность, т/ год га; 3 - общие
запасы, млн. т, 4 - диапазон величин, иЛм2,5 - самое частое значение, м2/»»2
На суше масса автотрофов на два порядка выше, чем масса
гетеротрофов. В океане - картина противоположная, там масса
гетеротрофов на порядок больше, чем масса автотрофов. В
зависимости от географической зоны (климатического пояса), типа
местообитания продуктивность растительных сообществ существенно
варьирует (табл.5.34)
Химический состав живых организмов
Средний состав живого вещества заметно отличается от состава
земной коры, (табл. 5.35 и 5.36). В земной коре преобладают
кислород, кремний, алюминий, железо. В живых организмах главные
строительные элементы углерод, водород, кислород, азот, кальций,
фосфор. Локальное содержание элементов в земной коре
-163-
определяется ее строением, вулканической деятельностью, типом
геологических пород, характером выветривания пород.
Относительное содержание в живом веществе (% от его массы)
кислорода, углерода, водорода, кальция, азота превышает их
процентное содержание в земной коре. Эти же элементы содержатся в
значительно большем количестве в организмах, чем другие элементы
(табл.5.35). Их обычно называют макроэлементами, а те, которые
содержатся в небольших количествах (доли процента)
микроэлементами.
Таблица 5.35. Содержание главных элементов в земной коре
(по В. Гольдшмидту)
j Элемен
Содержание, %
т
по
массе
по объему
атомное
О
46,60
9,197
62,55
Si
27,72
0,80
21,22
А1
8,13
0,77
6,47
Fe
5,00
0,68
1,97
Mg
2,09
0,56
1,84
Са
3,63
1,48
1,94
Na
2,83
1,60
2,62
К
2,59
2,14
1,42
Но, очевидно, что абсолютное содержание не отражает
биогеохимической роли растений в судьбе элементов. Важно знать,
насколько потребление элементов растениями и микроорганизмами (а
это основные преобразователи минеральных соединений элементов в
органические) изменяет концентрацию элемента в живом веществе по
сравнению с его концентрацией в земной коре (породах).
Растительные и животные остатки, обладающие другими
соотношением элементов, чем горные породы, априори изменят
химический состав верхней части породы: коры выветривания и
почвы.
Таблица 5.36. Средний состав живого вещества Земли
(по: [Виноградов, 1954])
Элемент
Масса,
%
Элемен
т
Масса,
%
Элемент
Масса, %
Элемент
Масса,
%
О
70,0
Na
2x10-2
Zn
5x10-4
As
3x10-5
С
18,0
Cl
2x10-2
Rb
5x10-4
Со
2x10-5
Н
10,5
Fe
1x10-3
Си
2x10-4
Li
1x10-5
Са
5x10-1
А1
5x10-3
V
NxlO-4
Mo
1x10-5
К
3x10-1
Ва
ЗхЮ-З
Сг
Nxl0-4
Y
1x10-5
-164 -
N
3x10-1
Sr
2x10-3
Вг
1,5x10-4
Cs
1x10-5
Si
2x10-1
Mn
1x10-3
Ge
1x10-4
Se
<xl0-6
Mg
4x10-2
В
1x10-3
Ni
5x10-5
U
<xl0-6
Р
7x10-2
Ti
8x10-4
Pb
5x10-5
Hg
NxlO-7
S
5x10-2
F
5x10-4
Sn
5x10-5
Ra
nxlO-12
По соотношению элементов в породе, почве, растениях можно
судить о степени “биофильносги” элемента, об особенностях его
потребления растениями (табл.5.37).
Таблица 5.37. Среднее содержание (кларк, % от массы) элементов в
литосфере, осадочных породах, почве и золе растений*
Элемент
Сл
Cr
Cnc
Ск
Cn
Cp
Li
3,2x10-3
6,6x10-3
1,5x10-3
5x10-3
3x10-3
1,1x10-3
Be
3,8x10-4
3x10-4
xlO-5
xl0-5
xlO-4
xl0-4
В
xl0-3
1x10-3
3,5x10-3
2x10-3
2x10-3
4x10-2
F
6,6x10-2
7,4x10-
2,7x10-2
3,3x10-2
2x10-3
1x10-3
Na
2,50
9,6x10-1
3,3x10-1
4x10-3
0,63
2,0
Mg
1,87
1,5
7x10-1
4,7
0,63
7,0
A1
8,05
8,0
2,5
4,2
7ДЗ
1,4
Si
29,5
27,3
36,8
2,4
33,0 _
15,0
P
9,3x10-2
7x10-2
1,7x10-2
4x10-2
8x10-2
7,0
S
4,7x10-2
2,4x10-2
2,4x10-2
1,2x10-1
8,5x10-2
5,0
Cl
1,7x10-2
1,8x10-2
1x10-3
1,5x10-2
1x10-2
1x10-2
К
2,50
2,6
1,07
2,7x10-1
1,36
3,0
Ca
2,96
2,21
3,91
30,23
1,37
3,0
Ti
0,45
0,46
0,15
0,04
0,46
0,1
V
9x10-3
1,3x10-2
2x10-3
2x10-3
1x10-2
6,1x10-3
Cr
8,3x10-3
9x10-3
3,5x10-3
1,1x10-2
2x10-2
2,5x10-2
Mn
1x10-1
8,5x10-2
nxlO-4
1,1x10-1
xl0-2
7,5x10-1
Fe
4,65
4,72
9,8x10-1
3,8x10-1
3,8
1,0
Co
1,8x10-3
6,8x10-3
2x10-4
2x10-3
4x10-3
5x10-3
Ni
4,7x10-3
4,5x10-3
nxl0-4
4x10-4
2x10-3
2x10-2
Cu
8,5x10-3
9,5 xlO-
1,6x10-3
2x10-3
5x10-3
9x10-2
As
1,7x10-4
1,3x10-4
1x10-4
1x10-4
5x10-4
3x10-5
Br
2,1x10-4
4x10-4
1x10-4
6,2x10-3
5x10-4
1,5x10-2
Rb
1,5x10-2
1,4x10-2
6x10-3
3x10-4
6x10-3
1x10-2
Sr
3,4x10-2
3x10-2
2x10-3
6,1x10-2
3x10-2
3x10-2
Mo
1,1x10-4
2,6x10-4
2x10-5
4x10-6
2x10-4
2x10-3
Ag
7x10-6
3x10-6
nxlO-6
nxlO-6
I x 10-5
1x10-4
Cd
1,3x10-5
3x10-6
nxlO-6
3,5x10-6
5x10-5
1x10-6
Sn
2,5x10-4
6x10-4
nxlO-6
2x10-5
1x10-3
5x10-4
I
4x10-5
2,2x10-4
1,7x10-4
1,2x10-4
5x10-4
5x10-3
Cs
3,7x10-4
5x10-4
nxlO-4
nxlO-5
nxl0-5
nxl0-2
Ba
6,5x10-2
5,8x10-2
nxlO-3
1x10-3
5x10-2
nxl0-2
Au
4,3x10-7
nxlO-7
xlO-7
xlO-7
nxl0-7
1x10-4
-165-
Hg
8,3x10-6
4x10-5
3x10-6
4x10-6
1x10-6
1x10-7
РЪ
1,6x10-3
2x10-3
7x10-4
9x10-4
1x10-3
1x10-3
и
1,5x10-4
3,7x10-4
4,5x10-5
х2,210-4
xllO-4
5x10-5
Примечание. *Сл - литосфера; Сг -глины; Спс -песчаники; Ск -карбонатные породы;
Сп - почва; Ср - зола растений
По отношению элементов в разных системах можно оценить
особенности изменения его концентрации при поступлении из одной
системы в другую. В геохимии это отношение называют
коэффициентом обогащения. В биологии - коэффициентом
биологического потребления.
С учетом варьирования в содержании элементов для разных
компонентов принято, что отношение 0,7-1,3 характеризует
индифферентность компонента к этому элементу по сравнению со
сравниваемым. Отношение <0,7 показывает, что данный элемент в
меньшей степени используется данным компонентом. Отношение
больше 1,3 показывает, что данный элемент избирательно
поглощается растением
Так, в почвах на карбонатных порода[х содержится значительно
меньше по сравнению с породой Са, Ва. В растениях по отношению к
почвам заметно ниже концентрация F, As, Cd. В то же время в почвах
выше, чем в литосфере и осадочных породах концентрация Be, S, Сг,
Zn, As, Mo, Ag, Sb, Sn, I, Cs, Au, Br. В растениях по сравнению с
почвами накапливаются Na, Mg, К, Са, Mn, Со, Си, Zn, Rb, Mo, Ag, I,
в еще большей степени В, Р, S, Br, Cs и особенно концентрируется
Au. Таким образом, биогеохимическая работа растений четко
появляется по накоплению ассоциации элементов. Поэтому,
обогащение прослойки породы этим элементами и обеднение F, Na,
Mg, Cl, К, Са, Си, Rd, Hg, Pb, U свидетельствует о том, что данная
порода прошла фазу почвообразования. Сравнение коэффициентов
обогащения (биологического поглощения) растений по отношению к
литосфере и почве показывает, что растение “запускает” в
трофическую сеть повышенные концентрации таких элементов, как
Na, Mg, К, Са, Си, В, Р, S, Br, Cs, Аи. Сравнимо с литосферным
кларком поступление в растения Na, К, Са, Sr, Ва. Итак, в растения
поступают все элементы, существующие в природе, но часть их
концентрируется в растениях по сравнению с литосферой, часть
сохраняют свой кларк, а у части концентрация меньше/
Состав животных заметно различается с составом растений.
Однако, как видно из таблицы 5.34, масса животных на два
порядка меньше массы растений, т.е. составляет проценты от общей
массы. Поэтому практически биологические циклы определяют в
-166-
основном растения. Для примера можно привести массу разных
организмов в реальных экосистемах (табл. 5.39). Но различаются не
только массы животных и растений (5.40), различаются их
элементный состав, хотя биохимическое сходство между этими
группами организмов велико.
Таблица 5.38. Соотношение кларков элементов в разных компонентах
биосферы и литосферы
Компоненты
Значения коэффициентов накопления (обогащения), Су/Сх
<0,09
0,09-0,6
0,7-1,3
1,4—15
16-100
>100
Растения
литосфера Ср/Сл
F, Hg,
Cd,
Li, Be, Al, Si,
Cl, Ni, Fe, Co,
Ni, As, Rb, Pb,
U
Na, K, Ca, Sr,
Ba
Mg, Cr, Mn, Cu,
Zn, Ag, Sn
B, P ,S,
Br, Mo, Cs
I, Au
Почва
литосфера, Сп/Сл
F, Na, Mg, Cl,
K, Ca, Cu, Rd,
Hg,Pb,U
Li, B, Al, Si,
P, Ti, V, Mn,
Fe, Ni, Sr, Ba
Be, S, Cr, Zn, As,
Mo, Ag, Sb, Sn,
I, Cs, Au, Br
Почва
Песчаник, Сп/Спс
B,Ca, Hg
F, Mg, Si,K,
Rb, Au
Li, Be, Na, Al, P,
S, Cl, Ti, V, Cr,
Fe, Zn, As, Br,
Sr, Mo, Ag, Cd,
I, Sb,Pb
Почва
Глина, Сп/Сг
Li, F, Na, Mg,
S, Cl, K, Ca,
Co, Ni, Cu, Zn,
Hg, Pb,U
B, Al, Si, Ti,
V, Mn, Fe,
Br, Rb, Sr,
Mo, Cs, Ba,
Au
Be, Cr, As, Ag,
Cd, Sn, 1
Почва
Карбонатные
породы, Сп/Ск
Са, Ва
B, F, Cl, Sr,
Hg,U
S, Mn, Au,
Pb
Li, Be, Mg, Al,
P,K, V, Fe, Ni,
Cu, Zn, As, Ag,
Cd, I, Ca
Na, Si, Cr,
Co, Rb,
Mo, Sn,
Ba
Ti
Растения
Почва, Ср/Сп
F, As,
Cd
Li, Be, Al, Si,
Ti, V, Fe, Sn,
h&_u ... ...
Cl, Cr, Ni, Sr,
Ba, Pb
Na, Mg, K, Ca,
Mn, Co, Cu, Zn,
Rb, Mo, Ag, I
B, P, S,
Br, Cs
Au
Таблица 5.39. Элементный состав растений и человека, % от массы
Элемент
Среднее
содержание в
молодых растениях
Среднее
содержание в
массе человека
О
37,9
62,81
H
5,5
9,31
С
42,1
19,37
N
4,3
5,14
Р
0,5
0,03
Са
0,60
0,07
К
5,5
0,01
S
0,3
0,03
Mg
0,3
0,04
-167-
С1
-
0,9
Si
0,009
0,2
Fe
0,03
0,005
В
0,001
-
Rb
0,001
Mn
0,01
-
Zn
0,002
-
Таблица 5.40. Биомасса разных живых компонентов дубово-букового
120-летнего леса [Дювиньо, Танг, 1968]
Компонент
Биомасса, т/га
Древесные растения: листья
4
То же, ветви
30
То же, стволы
240
Травянистые растения
1
Крупные млекопитающие
(кабан, косуля, олень)
0,002
Мелкие млекопотиющие
(грызуны, хищники,
насекомоядные)
0,005
Птицы
0,0013
Почвенная фауна (черви)
0,6
Животные содержат заметно меньше разных элементов в своих
телах и суммарно это количество намного ниже запаса элементов в
растениях, но есть одна сторона деятельности животных, которая по
масштабу сравнима и даже превышает биогеохимическую
деятельность растений: это перемещение почвы, педотурбации, и
разложение органического вещества.
Разложение растительного материала
Среди гетеротрофов можно выделить фитофагов и сапрофагов.
Первые питаются живыми растениями, вторые - растительными
останками (опадом, отмершей древесиной, подстилкой).
Основные разрушители отмершего растительного материала -
беспозвоночные животные и грибы. Грибы разрушают древесину,
опад, превращая их в труху. Наблюдения показывают, что стволы
бука, дуба ели, диаметром на высоте груди 30-40 см, полностью
разлагаются на поверхности почвы за 80-100 лет. При этом на
разлагающихся стволах кроме грибов и водорослей поселяются мхи,
высшие растения, в том числе древесные. На севере на
полуразложившихся колодах-стволах поселяется подрост ели, на
Камчатке - подрост лиственницы.).
-168-
Таблица 5.41. Зольность и содержание азота в % от массы
экскрементов некоторых представителей почвенной фауны (Т. С.
Всеволодова-Перель)
Вид
Зольность
Общий азот
Исходный
опад
Экскремент
Исходный
опад
Экскреме
нт
Leptojulus trilobatus
2,52
7,45
1,21
1,39
Megaphyllium projectus
4,50
9,60
1,23
1,43
Tipula pellostigma
(личинки)
8,80
15,60
4,10
6,60
Стволы перегнивающих деревьев обладают постоянной высокой
влажностью, запасом питательных веществ, что позволяет подросту
произрастать на этих субстратах. Разлагающиеся стволы часто
становятся местами обитания муравьев. Сапрофагов можно разделить
на тех, которые питаются только органическим субстратом, и
выделения (экскременты) которых состоят на 80-90% из
органического вещества, и организмы, вместе с органическим
веществом опада заглатывающих минеральный субстрат (многие
виды дождевых червей
Сапрофаги, поедающие опад, хотя и увеличивают его зольность
до 7-15 %, но фактически не образуют почвенного гумуса. В
образовании матричного почвенного гумуса, закрепленного на
поверхности почвенных минеральных частиц, в первую очередь
участвуют дождевые черви и другие животные, перемешивающие
органический опад с минеральной почвенной массой.
Таблица 5.42. Воздействие дождевых червей на скорость разложения
опада с октября по июль [Перель, 1979]
Вариант
Сохранившийся опад, % от исходной массы
опад березы
опад
липы
опад дуба
I
П
П1
II
1П
II
IV
Неизолированный
опад
28
33
28
23
37
25
4
6
21
28
Изолированный
опад
99
92
90
74
78
51
10
21
59
43
Примечание: I - березняк волосистоосоковый; П - дубо-ельник волосистоосоковый
(Подмосковье, Малинки); III - липняк зеленчуково-папоротнитковый, IV - ясене-
лштаяк черемшовый (Тульские засеки)
-169-
Таблица 5.43. Воздействие дождевых червей на скорость разложения
опада с октября по июль в лесах с низкой численностью дождевых
червей [Перель, 1979]
Вариант
Потеря веса, % от массы исходного опада
опад березы
опад дуба
I
II
III
IV
V
IV
V
V
Изолированный опад
23
26
35
27
54
11
33
31
Неизолированный опад
18
22
44
38
51
9
34
29
Примечание. I - ельник кислично-папоротниковый; II - березняк сньггево-
разнотравный; Ш - березняк кислично-черничный (Ярославская обл.); IV - липо-
ельник волосистоосоково-зеленомошный (Подмосковье, Малинки); V - букняк
мертвопокровный (Закарпатье)
Дождевые черви в три раза ускоряют разложение опада разных
древесных пород. Другие животные и подстилочные черви
формируют перегной, размельченное органическое вещество с более
высокой зольностью, чем исходный опад.
Роющая деятельность позвоночных животных
и ее роль в циклах веществ
Заметную роль в жизни почвы играют землерои: кроты,
суслики, сурки. По данным Б.Д. Абатурова [1965] выбросы крота
могут занимать до 50% площади участка и составлять до 50 т/га.
Обычно на поверхность почвы животные выбрасывают более
глубокие горизонты: в лесной зоне материал горизонтов А2 (Е), А2В
(ЕВ), В, в степных и лесостепных - АВ, В и ВС. В таежных почвах
выброшенный материал более богат Са, илом. В степных почвах -
карбонатами Са, солями, в том числе гипсом. Внесение веществ в
верхний горизонт животными на элювиальных почвах часто
превышает поступление аналогичных элементов с остатками
растений (с опадом). В перемещении почвенных масс могут
принимать активное участие такие животные, как кабаны. В местах
их массового обитания порой кабанов могут достигать 5-10 %
площади участков. При этом отмечается, по данным Быкова,
Лысикова и Меланхолина (табл. 5.44), перемешивание верхних и
нижних слоев (до глубины 20 см).
-170-
Таблица 5.44. Роль пороев кабанов в перераспределении радиоактивных веществ
(мР/час) в лесной подстилке в окрестностях Чернобыльской АЭС
БГЦ,
возраст
древостоя
Sn % от S
БГЦ в год
Контроль, без пороев
Порой кабанов
1987
1988
1989
1990
1987
1988
1989
1990
Культуры сосны,
35л
14
43
41
30
25
18
22
16
21
То же, 40 л
11
41
9
6
5
21
4
3
4
То же 50-100 л
5
-
17
12
7
-
3
2
6
Сосняк с дубом
2
15
6
4
-
3
3
2
-
Примечание. Sn - площадь пороев, S - площадь типа леса. Кабаны существенно
разбавили радиоактивность верхнего слоя: в 1,5-2 раза, “припахав” к верхнему слою
незагрязненный нижний слой почвы.
Таким образом, круговорот веществ складывается из движения
элементов по трофической цепи (трофическим сетям), миграции в
результате геологических и почвенных процессов (иллювиирование,
эрозия, сток, дефляция, принос материалов с водой и ветром) и
педотурбационной деятельности животных и растений (норы, порой,
ходы в почвах, вывалы и пр.). Главное следствие круговорота веществ
- перераспределение их в педосфере, в почве, боле высокая
концентрация ряда элементов в верхнем горизонте почв. Особенно
это относится к таким необходимым растениям элементам, как С, N,
Р> S.
Почва, как экологическая система основной источник
минеральных питательных веществ для живых организмов, в том
числе и в океане. Именно почвенный материал, обогащенный
питательными веществами, в первую очередь сносится в океаны и там
перехватывается живыми организмами. Биологический круговорот
приводит к тому, что часть элементов накапливается в верхних
почвенных горизонтах и эти положительные аномалии в содержании
ряда элементов могут служить при отсутствии гумуса свидетелями
того, что данный слой был когда-то почвой.
Геологический круговорот создает в первую очередь осадочные
породы, а биологический круговорот формирует на осадочных
породах почвы, таким образом, эти два процесса определяют
экологические условия для жизни самых разных видов организмов, их
эволюции, географического распространения.
Следует обратить внимание, что содержание в атмосфере
углекислого газа и углерода в геологических породах послужило
основой для эволюции жизни на Земле. Доступность углерода -
основное условие существования живых организмов, определившее
всю биохимию жизни.
-171-
Почвенное органическое вещество
Биологический круговорот, особенно цикл углерода приводит к
накоплению в почве органического вещества. Само формирование
почв из осадочных пород сопровождается наследованием почвой
органического вещества осадочных пород и образованием гумусного
профиля почв. С севера на юг намечается следующая глобальная
закономерность в накоплении органического вещества и гумуса. В
северных почвах основная масса органического вещества
накапливается в подстилке и торфе. К югу, до черноземов типичных
включительно, запасы органического вещества в органогенных
горизонтах уменьшаются и увеличивается гумусированность почв,
запасы гумуса в почве. Еще южнее уменьшаются и запасы
органического вещества в органогенных горизонтах и запасы гумуса в
профиле почвы.
Таким образом, различают две формы органического вещества в
почвах. На поверхности почвы формируется слой подстилки,
состоящей из опавших листьев и хвои (в лесных экосистемах) и
травяного войлока, или калдана, в травяных экосистемах. В почве
образуется собственно почвенный гумус. Лесная подстилка
представляет собой компактное образование в виде почти сплошного
слоя на поверхности лесных почв. Само название войлок показывает,
что этот органогенный слой состоит из переплетенных остатков
травянистых растений, в основном тонких и длинных листьев и
соломин злаков, образующий достаточно рыхлый слой. Войлок часто
зависаег на дернине трав, образуя «висячий» органогенный горизонт.
Этот горизонт служит препятствием для поступления семян в почву.
В том числе семян древесных растений. Именно поэтому
суходольные луга очень медленно зарастают лесом, в основном по
местам, где органогенные горизонты нарушены, дерн содран или
перекрыт выбросами крота.
Подстилка
Лесная подстилка образует плотный горизонт на поверхности
почвы, состоящий из 1-3 слоев. Первый слой (обозначается как 01,
или Ао', или L) - опад этого или прошлого года, состоит их
потерявших свой цвет и побуревших хвои или листьев деревьев. Но
листья и хвоя сохраняют свою форму и по ним можно определить
даже их видовую принадлежность. Ниже идет слой детрита, или
трухи (обозначается как 02, или Ао", или F). Он сложен обломками
листьев и хвои, в нем много гифов грибов, много остатков листьев, на
которых сохранились лишь прожилки. Подгоризонт называют
-172-
ферментативным, именно в нем идет интенсивное преобразование
детрита в перегной. Нижний подгоризонт подстилки состоит из
перегноя, органического вещества, полностью потерявшего исходную
форму. Подгоризонт обозначают 03, или Ао'", или Н, и называют
слоем гумификации). Ниже подстилки идут или органогенные
горизонты (Ад и Акк), или гумусовые А1 и А1А2, или же
элювиальные (А2, теперь обозначается как Е). П.Е. Мюллер первым
классифицировал почвенный гумус выделив муль (синонимы мулль,
мюлль) и рогумус. К рогумусу он относ подстилку, к мулю -
собственно почвенный гумус. Однако, в процессе использования
номенклатура Мюллера претерпела изменения. Теперь термины муль,
модер (заменил термин рогумус) и добавленный к ним мор
используют для классификации лесной подстилки. К типу муль
относят те подстилки, у которых есть четко выраженный подгоризонт
01 и фрагменты подгоризонта 02. Если у подстилки четко выражены
подгоризонты 01 и 02, и фрагментарно подгоризонт 03, то ее
относят к типу модер. У подстилки типа мор выражены все три
подгоризонта. В русской номенклатуре вместо модер часто
употребляют термин грубогумусная подстилка. Кроме того выделяют
оторфованные подстилки, у которых очень мощные подгоризонты 01
и 02 при наличии 03. Эти горизонты подразделяют на,
сухоторфянистые (в сухих условиях) и просто оторфованные. Иногда
выделяют промежуточные подстилки (муль-модер, модер-мор).
Используют также при классификации подстилки название древесной
породы, листья или хвоя которой формирует подстилку (еловая,
сосновая и пр.), но это - очевидная классификация, которая следует
из названия типа леса и фактически не содержит никакой
информации.
Классификация подстилок и органогенных горизонтов
Классификация 3. Прусинкевича
Наиболее полная классификация подстилок предложена 3.
Прусинкевичем (табл. 5.45).
Таблица 5.45. Классификация подстилок по 3. Прусинкевичу
Условия увлажнения
(гигротоп)
Условия плодородия (богатства) почв (трофотоп)
олиготрофные
мезотрофные
эутрофные
Сухие
ксеромор
ксеромодер
ксеромуль
Свежие
ортомор
ортомодер
ортомуль
Влажные
гигромор
гигромодер
гигромуль
Мокрые
гидромор
гидромодер
гидромуль
Заболоченные
верховой торф
переходный торф
низинный торф
-173-
3. Прусинкевич исходит из того, что существуют три надтипа:
муль, модер, мор. В зависимости от условий увлажнения и богатства
местообитания (почвы) их делят на типы и подтипы. Подтипы
включают в виде первой части общего термина характерные слова,
определяющие некоторые особенности подстилки: прото - первичная,
малосформированная, кальц - обогащенная кальцием, арено - на
песках, детрито - много растительных остатков - детрита, ризо -
много корней, мико - много гифов грибов.
Таблица 5.45(a). Предложена еще одна классификация подстилок
(Л.Г.Богатырев, 1990)
Тип
Преобладаю¬
Деструктивные 01
щие процессы
Ферментативные 01-02"
Гумифицированные 01 -02п-03п
Перегнойные 0l-02n-N-Ar
Торфянистые 01-02”-ТГ
Торфяные 01-0Г-Т1*-Т2п-ТЗп
Сухоторфянистые
Подтип
Мощность
Несопряженные < 1
гумусового
Слабосопряженные 1-5
горизонта, см
Среднесопряженные 5-10
Сильносопряженные 10-20
Сверхсопряженные > 20
Род
Строение под¬
Примитивные -1 подгоризонт, обычно совпадает с
стилки
деструктивными подстилками
Субпримитивные -2 подгоризонта любого генезиса
Сложные - серия подгоризонтов
Полигенетичныс - наличие в профиле одного или нескольких
погребенных, в том числе минеральных или других подгоризонтов
растительного происхожд ения, сохранившихся от других
сукцессий
Вид
Мощность
Очень маломощные < 5
подстилки, см
Маломощные 5-10
Среднемощные 10-20
Мощные 20-40
Сверхмощные > 20
Подвид
Состав опала
Хвойные
Лиственные
Моховые
Травяные
Примечание. 01 - подгоризонт опада; 02п - ферментативный подгоризонт, п - число
подгоризонтов (от 1 и более); 03“ - горизонт гумификации; N - любой из
ферментативных или гумифицированных подгоризонтов; Ат — перегнойный
подгоризонт, Т1П - слаборазложенный торфянистый подгоризонт; Т2° -
среднеразложенный торфянистый подгоризонт; ТЗП — сильноразложенный
торфянистый подгоризонт.
-174-
Американская классификация органогенных горизонтов
В Американской классификации систематизирован весь
органический почвенный материал. Выделяют следующие виды
органических материалов.
Фибры - фрагменты тканей растений в органическом почвенном
материале, не считая живых корней. Остаются на сите с размером
отверстий 0,15 мм (по российской классификации опад + труха).
Почвенный материал фибрик - содержит после растирания не
менее трех четвертей (по объему) фибров, не считая крупных
фрагментов (>2см) или не менее 2/5 от объема растертой пробы,
которая на хроматографической бумаге дает при обработке
пирофосфатом натрия цвета по Манселлу 7/1, 7/2, 8/1, 8/2 или 8/3
(труха).
Почвенный материал гемик - промежуточная стадия
разложения между фибрик и материалом саприк. В нем в меньшем
объеме, чем в фибрик содержатся фибры (труха).
Почвенный материал саприк - хорошо разложившийся
органический субстрат темно-серого до черного цвета (перегной).
Цвет после пирофосфатной вытяжки характеризуется 5/1, 6/2,
7/3 по шкале Манселла.
Материал гумиллювик - иллювиированный гумус,
накапливается в нижних частях некоторых органических почв, более
молодой по 14С, чем вмещающая органическая масса.
Материал лимник - органо-минеральные водные отложения,
слои из отмерших диатомей, водорослей, озерный мергель..
Копрогенная масса - копролиты почвенной фауны.
Горизонты, состоящие из органического субстрата, выделяют
как гистик, в российской классификации - торфяные и торфянистые
почвы, а также торфяники.
Современная российская классификация органогенных горизонтов
В современной классификации почв России вьщеляют
типодиагностические горизонты из органического субстрата.
0 - подстилка, поверхностный слой, мощностью до 10 см и
содержанием органического вещества больше 35%.
Т - торфяный, слой органического материала (больше 35% от
массы), со степенью разложения не более 45%, мощностью 10 - 50
см.
TJ - сухоторфяный, такой же, как Т, но состоит из остатков
мезофильных растений и большую часть вегетационного периода
имеет влажность ниже НВ. Мощность меньше 50 см.
-175-
TR - торфяно-минеральный, такой же, как Т, но включает
минеральные линзы и прослои. Мощность меньше 50 см.
ТО - торф олиготрофный, остатки сфагновых мхов, в остальном
аналогичен Т.
ТЕ - торф эутрофный, аналог Т, состоит из остатков
гигрофильных растений, в которых минимально участие сфагновых
мхов.
TJT - торф сухой, такой же, как Т, но состоит из остатков
мезофильных растений.
Н - перегнойный, состоит из сильно разложившихся
растительных остатков, превратившихся в перегной, содержание
органического вещества 20-35% от массы горизонта.
АТ - грубогумусовый, Аналогичен Н, но представляет собой
смесь остатков растений и животных разной степени разложения,
вплоть до перегноя.
W - органический слаборазвитый, пронизан корнями, мощность
менее 5 см.
А.П. Сапожников выделяет первичную подстилку (первичных
лесов), пирогенную тронутую пожаром, вторичную, вторичных лесов.
Место подстилки в экосистеме
Обычно подстилку относят к почвенным горизонтам и
включают в описание почвенного разреза. Но, как правило, подстилку
не используют как диагностический горизонт, а только в целях
классификации лесных земель. Правда, в ряде случаев подстилку
используют для классификации почв. Так, на Камчатке
вулканические почвы различают по особенностям органогенных
горизонтов, в том числе подстилок: грубогумусные почвы,
сухоторфянистые. По своим свойствам и динамике подстилка резко
отличается от остальных почвенных горизонтов. Она в основном
состоит из органического материала. В течение сезона ее масса
значительно уменьшается. В многолетнем цикле ее масса также не
постоянна и связана с изменением в поступлении опада. Подстилку
можно также считать самостоятельным природным телом,
биогеоценотическим горизонтом, который обладает рядом
специфических свойств и экологических функций. Ее относят к
мезострате (А.И. Морозов), биогеоценотическому горизонту,
объединяющему органогенные горизонты почв с преобладанием
мортмассы (отмерших растительных остатков). Анализ
вещественного состава подстилок показывает, что она в среднем
может состоять на 40% из тонких веток и шишек, на 50% из хвои и
-176-
листьев (активная фракция) и на 10% из примеси почвы. Роль
подстилки в жизни биогеоценоза и экосистемы велика. В ней живут
многочисленные беспозвоночные животные, корни некоторых
растений распространены в основном в подстилке. Некоторые
растения (кустарнички: брусника, черника и т.п.) образуют с
детритом, составляющим слой 02 подстилки, горизонт Акк
(кусгарничково-корневой). Подстилка источник питательных веществ
для многих растений. Она мульчирует поверхность почвы,
предохраняя ее от прямого нагревания, замедляя испарение воды из
почвы. Благодаря подстилке верхний (0-20см) слой почвы в лесах
обычно влажнее, чем аналогичный слой в травяных и агроценозах.
Химический состав подстилки
Подстилка содержит заметное количество питательных
элементов (80-130 кг/га азота, 10-16 кг Р, 15-10 кг К) (табл. 5.46)
Таблица 5.46. Средний зольный состав подстилок дубо-епьника
осоково-волосистого(1) и липо-ельника осоково-мшистого (2)
Ельник
Запасы О,
т/га
Si
Са
Р
К
Fe
Mg
S
Mn
N
1
7
1,99
1,12
0,14
0,21
0,037
0,21
0,13
0,13
1,11
2
11
0,51
1,31
0,16
0,10
0,011
0,17
0,15
0,21
1,32
Можно заметить, что при более высоких запасах подстилки,
следовательно, при более замедленном разложении опада и
подстилки, в субстрате увеличивается содержание Са, Mn, N и
уменьшается содержание Si, Fe, Mg, К. Увеличение содержания
кремния в маломощных подстилках связано в первую очередь с
большим загрязнением маломощной подстилки частицами почвы.
Для подстилки характерно относительное накопление азота, что
результат меньшей скорости разложения, относительной
устойчивости органических азотосодержащих соединений,
поступающих с опадом. Кроме того, микроорганизмы, обильно
заселяющие подстилку, связывают азот из воздуха, что также
приводит к увеличению азотосодержащих соединений в подстилке.
Экологические функции подстилки
Как уже отмечалось, подстилка обладает многими
экологическими функциями, свойственным почвам. Так, в
ограниченных масштабах, но подстилка может служить субстратом
-177-
для некоторых растений (кислица, водоросли, грибы) и местом
обитания микроорганизмов и беспозвоночных животных (клещей,
коллембол, червей, личинок насекомых). Она обладает определенным
плодородием, т.е. способна производить какую-то фитомассу. В ней
содержится определенное количество питательных элементов, часть
которых достаточно доступна для растений. В то же время подстилка
может препятствовать укоренению семян, сохраняя стабильность
растительного покрова участка. Это свойство характеризует все
органогенные горизонты, включая горизонты Ад и Акк. Ад на лугах
препятствует зарастанию луга деревьями (в лесной зоне) и только
выбросы кротов в этих случаях способствуют проникновению
древесных растений на луг и постепенному его зарастанию. Горизонт
Акк, свойственный тундрам и таежным лесам препятствует
прорастанию трав. Подстилка может продуцировать вещества
стимуляторы или ингибиторы для растений. Так, водная вытяжка из
елово-березовой подстилки в мертвопокровных березово-еловых
парцеллах ельников уменьшает всхожесть семян растений.
Влияние подстилки на пбчву
Влияние подстилки на почву может быть прямым и косвенным.
Косвенное влияние определяется воздействием подстилки на другие
факторы почвообразования (состав растений, микроклимат, включая
ход температуры и т.п.) К прямому воздействию подстилки на почву
следует отнести мульчирование почвы и снижение испарения из
верхних слоев почвы, влияние на теплообмен почвы и атмосферы,
участие в формировании почвенного профиля почвы, включая
гумусовый профиль, кислотность почвы, состав обменных катионов.
Отмечается высокая корреляция (0,90±0,03) между запасами
подстилки и содержанием гумуса в слое А1 в дерново-подзолистых
почвах ельников южной тайги. Еще выше корреляция (0,95±0,03) в
этих почвах между содержанием фульвокислот и запасами подстилки.
Зато практически отсутствует корреляция между запасами подстилки
и содержанием гуминовых кислот и их фракций в этих же почвах.
Для подстилки часто характерны более высокие значения pH,
(5-6), чем для гор А1 и А2 (4—5). Этот факт доказывает, что
подкисление почв связано не прямо с органическими кислотами,
поступающими в почву, а с взаимодействием водорастворимых
органических веществ (в том числе и органических кислот) подстилки
с минеральной матрицей почвы (табл. 5.47).
-178-
Таблица 5.47. Динамика pH в лизиметрических водах под подстилкой
в сосновых насаждениях на темно-серых суглинистых (1) и дерново¬
боровых супесчаных (2) почвах (по Э.Ф. Ведровой)
Место
21 июня
5 июля
12 августа
1
2
1
2
1
2
У ствола
5,2
4,9
6,6
6,7
6,2
6,0
Под
кроной
6,4
6,3
7,6
7,3
7,1
6,8
Окно
6,8
6,7
7,6
7,0
7,4
7,2
Водорастворимые органические вещества подстилок
У ствола растворы обычно более кислые, чем под кроной и в
окнах. В определенной степени у pH отмечается отрицательная
корреляция с содержанием С в водах: чем выше концентрация
углерода, тем ниже pH (табл.5.48).
Таблица 5.48 Содержание С в лизиметрических водах под подстилкой
в насаждениях сосны на темно-серой лесной почве (1) и дерново¬
боровой супесчаной (2), мг/ 100мл (по Э.Ф. Ведровой)
Место
3 июня
24 июня
6 июля
1
2
1
2
1
2
У ствола
19
21
13
12
10
7
Под кроной
6
5
5
7
4
4
В окне
2
2
3
2
3
2
По исследованиям Никвиста у свежевыпавшего опада в течение
первого месяца в условиях Швеции теряется до 20% его массы в
результате вымывания. По данным Э.Ф. Ведровой в почву из
подстилки в лесостепи за летние месяцы поступает около 20-30 кг/га
С, 9-12 кг Са, 2-7 кг Mg, 1-5 кг Si.
Приведенные цифры говорят о порядке величин. Водные
вытяжки из подстилки (при соотношении размолотая подстилка: вода
1:5) подтверждают достаточно хорошую подвижность многих
веществ, составляющих подстилку (табл. 5.49). В этом случае
количество этих веществ заметно превышают естественную их
подвижность, но на основании этих анализов можно судить о роли
фактора увлажнения в изменении состава подстилки.
Кроме кислот, соединений кальция, магния, калия, фосфора,
азота в почву поступает органическое вещество с хорошо
выраженной способностью восстанавливать Fe3+B Fe2+ и образовывать
с железом комплексные соединения, легко мигрирующие в почве
-179-
(табл.5.50). В таежной зоне интенсивность выноса и подкисления
почв высока.
Органические соединения, восстанавливающие Fe3+, в три раза
активнее, чем соединения, образующие комплекс с железом.
Растворы под кроной активнее, чем растворы, стекающие по стволу.
Таблица 5.49. Состав водной вытяжки из подстилки сосняка на темно¬
серой лесной (1) и дерново-боровой(2) почвах, мг/100г сухой массы
подстилки
Тип
почвы
pH
С
Са
Mg
К
1
5,6
57
7
46
12
28
2
5,6
79
6
53
13
49
Меньше всего активны органические соединения из подстилки,
но их поступает в почву значительное количество, поэтому их
воздействие сравнимо с действием дождевых вод, прошедших сквозь
крону деревьев. Важно, что восстановление трехвалентного железа
идет в нормальных условиях без застоя воды в почве.
Таблица 5.50 Участие основных компонентов лесного полога сосняка
осочково-орлякового в мобилизации железа, на 1 га (по
Э.Ф. Ведровой)
Источник
Площадь
влияния, м2
Водораство¬
римого С,
кг/га
Fe3+, мг/г С
Fe3+, г/га
Восстановлено
Комплекс
Восстановле
но
Комп
леке
Ствол
88
1,6
41
18
68
30
Крона
6548
45
73
57
3325
2610
Подстилка
10000
27
11
24
297
648
Органическое вещество минеральных горизонтов почв
Формируясь на осадочных породах почва унаследует от них
определенное содержание органического вещества, в пределах 0,1-
0,3% от массы породы. Именно это количество органического
вещества характеризует нижние горизонты (С) всех почв. Но в
верхнем слое почвы накапливается гумус, связанный с воздействием
современной экосистемы. Кроме гумуса в почве накапливается
органическое вещество растительного и животного происхождения
разной стадии разложения, детрит. Отделение детрита от собственно
гумуса достаточно трудная задача. В почве находится также
-180-
множество разных органических соединений (ферменты,
аминокислоты, фенолы и полифенолы, углеводы, лигнин и пр.),
которые не относят к гумусу, но которые практически трудно
отделить от гумуса. Все виды органического вещества в почве
улучшают их физические свойства, повышают устойчивость к эрозии,
сохраняют уровень продуктивности, свойственный данной
экосистеме.
Происхождение почвенного органического вещества
Главным источником органического вещества почвы следует
признать растения, которые синтезируют основные органические
соединения. Эти соединения попадают в почву или непосредственно с
отмершими растениями и с их частями, или же перерабатываются
животными и поступают в почву уже в виде животных остатков.
Когда органическое вещество попадает в почву, включаются
многочисленные группы почвенных беспозвоночных животных и
микроорганизмов и превращают органическое вещество в перегной и
в гумус. При этом, част органического вещества образует перегной
(детрит), а часть закрепляется на поверхности почвенной матрицы
(рис.5.5)
Доля гумуса, закрепленного на минеральной
матрице почв 90
Копро 0-5 5-10 10-15 0-5 5-10 10- 15 15-20
литы
Рис. 5.5. Распределение гумуса в почве: в копролитах, дрилосфере
(слой поверхности норок червей), ненарушенная лесная почва.
В среднем растения состоят из 25% сухого материала и 75%
воды. Сухой материал содержит 4-5 (до 10)% зольных веществ, до
-181-
60% углеводов (1-5% сахаров и крахмала, 10-30% гемицеллюлозы,
20-50% целлюлозы), до 30% - лигнины, до 10% белков, включая
водорастворимые (до 15% от массы белков), жиры, воска, таннины
(до 8%). Элементарный состав сухих растений следующий: углерод -
44% от массы, водород и зольные элементы, включая азот, - по 8%,
кислород -40%.
Разложение органических веществ и образование гумуса
Разложение растительного опада начинается с его
выщелачивания водой и использования как пищи разными
беспозвоночными животными, а также грибами. При этом в первую
очередь исчезают сахара, водорастворимые белки, затем начинают
разрушаться гемицеллюлозы, целюлоза. Наиболее устойчивы к
разрушению жиры, воска и лигнины. Можно выделить несколько
групп процессов, приводящих к изменению опада и детрита в почвах.
1. Растительный материал подвергается воздействию ферментов
и окисляется до С02 и воды, с выделением энергии.
2. Ряд необходимых для жизни, растений элементов
освобождается из органического вещества (азот, фосфор, сера) в
результате специфических для каждого элемента реакций.
3. Образуются (накапливаются) устойчивые к разложению (к
деятельности микроорганизмов) органические соединения.
Процессы окисления органических веществ
Все органические вещества в конечном итоге окисляются до
диокисида углерода, воды. При этом образуются также такие
соединения, как лгя;, SOf, H2s, NO; и т.п. В окислении этих веществ
участвуют ферменты как входящие в состав почвенных организмов,
так и находящиеся вне организмов. Многочисленные исследования
показали, что в свободном виде в почвах встречаются различные
оксидазы и гидралазы (табл.5.51).
Таблица 5.51. Ферментативные активности, обнаруживаемые в почве
ферментативная активность
инвертазная
амилазная
дегидрогеназная
протеазная
проназная
фосфоэстеразная
-182-
фосфагазная
фитазная
липазная
фенолоксидазная
цсллюлазная
галактозидазная
манназная
инулиназная
глюкозидаза
атфазная
уреазная
сфинганазная
лакказная
псроксидазная
деаминазная
аспарагиназная
гидрогеназная
арилсульфатазная
арилфосфатазная
лигноцеллюлазная
полигидрокси-бутират
гидролазная
Но в почве не удалось обнаружить в свободном состоянии
синтетаз и полимераз. Эти ферменты в почве находятся лишь в живых
организмах. Поэтому следует признать, что, частично, в
гумусообразование принимают участие абиотические процессы.
Исходя из современных представлений можно считать, что
абиотическая стадия гумификации - это комплекс химических
реакций (окисление, образование шиффовых оснований,
полимеризация, поликонденсация), на скорость которых влияет
концентрация кислорода, присутствие ионов различных металлов,
известных своими каталитическими свойствами, температура и pH, а
также наличие и строение почвенной матрицы (гидрофильной или
гидрофобной). Следует обратить внимание, что в почве окисление
органических веществ неполное. Только часть его превращается в
диоксид углерода и в воду. Определенная часть его превращается в
гумусовые вещества. Величина этой части в конечном счете
определяет гумусированность почв и зависит, по Д.С. Орлову, от
продуктивности экосистем, суммы температур больше 10° и
длительности периода, когда влажность почв выше влажности
завядания (-1500... -2400 кПа).
Но данная гипотеза не раскрывает сам механизм гумификации и
гумусирования почв, как и источник формирования гумусовых
соединений. Многие исследователи считают источником гумуса
корни растений, особенно в травяных фитоценозах, где масса корней
-183-
часто превосходит наземную растительную массу. Большую роль
отводят в формировании гумуса микроорганизмам. В последнее
время установлено, что масса микроорганизмов в почвах может
достигать 10 т/га и больше. Большую роль в гумификации
органических остатков придают в настоящее время педофауне, в
частности дождевым червям.
Органическая матрица в почве
Как было уже показано раньше значительная часть
органического вещества в почве после отбора ручным способом
детрита (остатков корней) закреплена на минеральной матрице. Мало
того, по данным А.Д. Фокина, часть органических блоков,
составляющих это закрепленное органическое вещество, постоянно
обновляется, замещаясь такими же блоками. Иначе говоря,
органическая матрица постоянно себя воспроизводит и этим самым
сохраняет как уровень гумусированности почв, так и его состав. Но
формируется органическая матрица на минеральной матрице
(поверхности почвенных коллоидов, как это показали М. Шнитцер,
Т.А. Зубкова). Таким образом* в почве на минеральной матрице
формируется органическая матрица, которая уже вместе с
минеральной образует органоминеральную матрицу.
Органоминеральная матрица активно участвует во многих почвенных
процессах. Очевидно, что площадь (удельная поверхность)
органической матрицы определяется площадью минеральной
матрицы, в свою очередь зависящей от гранулометрического состава
почв. Действительно, с утяжелением гранулометрического состава
увеличивается содержание гумуса при прочих равных условиях.
Таблица 5.52. Содержание гумусовых веществ во фракциях
элементарных почвенных частиц (по А.Д. Воронину)
Почва
Горизонт,
глубина, см
Размеры фракций, мкм
Почва в
целом
<1
1-5
5-10
10-50
Чернозем
обыкно¬
венный,
Велико-
Анадол
А1.10-20
8,4
10,5
5,6
2,1
7,1
BI, 35-45
7,3
8,7
4,4
1,3
6,1
В2, 65-75
4,8
5,8
1,6
0,4
3,7
ВС,95-105
2,6
2,6
0,7
0,2
1,6
С, >180
1,8
0,9
0,6
0,01
1,0
Чернозем
южный,
Запоро¬
жье
Ап, 5-15
5,1
7,6
2,8
0,7
3,5
А 1,25-30
4,2
5,9
2?1
0,3
2,7
В1,45-55
33,5
4,0
1,0
0,2
1,8
В2, 80-90
1,7
2,9
0,5
0,1
0,9
С, >150
0,8
0,5
0,4
0,1
0,5
Чернозем
А, 0-8
8,4
12,6
4,2
1,3
4,4
-184-
предкав-
казский
В, 75-95
5,2
4,4
1,5
0,5
2,8
С,170-150
1,6
1,6
1,6
0,3
0,8
Солонец
глубоко¬
столбча¬
тый,
Красно¬
дар
А1, 2-7
7,6
3,6
0,6
од
2,9
А2, 18-22
6,3
1,7
0,2
од
2,3
В1, 23-41
3,5
2,5
0,4
од
1,9
В2,42-55
2,9
1,7
0,3
од
1,5
С 1,58-85
2,7
0,9
0,4
0,5
0,5
Капггано
вая,
Камы¬
шин
А1,0-10
4,6
3,4
0,6
ОД
2,6
В1,21-31
3,6
1,7
о?з
0,1
1,8
В2,35-45
2,9
1,7
0,3
0,1
1Д
С1, 55-65
1,9
0,6
од
0,1
0,6
С,170-180
0,8
0,4
0,05
0,02
од
Светло¬
кашта¬
новая,
Тингута
А1,0-12
4,4
5,5
0,4
0,1
2,2
В1, 18-26
3,2
3,6
0,3
0,02
1,7
С1,60-80
1,9
1,5
од
-
0,5
С,150-160
0,7
0,5
0,2
0,06
0,7
Солонец
корко¬
вый,
Тингута
А1, 0-3
5,1
5,4
0,4
0,1
2,1
В1, 30-40
2,1
3,6
0,3
0,05
1,4
С1, 35-45
0,8
0,5
0,2
0,1
0,6
С,150-170
0,8
0,5
од
0,1
0,1
Лугово¬
кашта¬
новая,
Тингута
А1,0-26
4,6
9,2
0,4
0,1
3,5
В 1,30-40
2,6
3,1
0,3
-
1,4
С1, 70-90
1,0
0,6
-
0,01
0,6
С,250-270
0,9
0,4
10Д _
0,05
од
Состав почвенного гумуса
В результате поступления разных органических веществ в почву
образуется две группы почвенных соединений: специфические
гумусовые и неспецифические. К последним относят все
органические соединения, типа сахаров, аминокислот, лигнинов и пр.
Специфическим гумусовыми веществами считают вещества, которые
извлекаются щелочью из почвы (гумусовые кислоты) и которые
остаются в почве после извлечения гумусовых кислот (гумин).
Гумусовые кислоты делят по отношению к органическим кислотам:
осаждается соляной кислотой - гуминовая, не осаждается -
фульвокислота. Выделяют также гиматмелановую кислоту:
растворимую в спирте часть осажденной гуминовой кислоты. Если
считать всю массу органического вещества, поступающего в почву за
100%, то 60-80% этой массы окисляется в процессе разложения до
диокисда углерода, 3-8% включается в биомассу почвенных
организмов, 3-8% составляют неспецифические почвенные
органические вещества, и только 10-30% поступившего
органического вещества превращается в гумус. Установлено
(И.В. Тюрин), что отношение количества (в % от массы почвы)
гуминовых кислот к фульвокислотам - характерный признак для
-185-
разных групп почв (меньше 1 в лесных гумидных почвах и больше 1 в
степных и аридных почвах). Гуминовые кислоты имеют бурый или
серый цвет в осажденном виде, в растворе - темно-коричневый -
темно-бурый цвет, фульвокислоты в растворе и в осадке
желтоватобурые. Гумин практически не отделим от почвы. При
дальнейшем воздействии щелочи он переходит в гуминовые кислоты.
Гумин - это наиболее устойчивая часть почвенного гумуса, но
образуется она параллельно с формированием гуминовых кислот.
Л.Д. Сулержицкий определил, что возраст разных групп почвенного
гумуса в целом, один (по 14С). При этом во всех почвах, (по данным
Шарпензееля) возраст почвенного гумуса возрастает с глубиной. Из
этого факта следует, что формирование гумусового профиля
глубокогумусных почв связано с нарастанием почв кверху.
Действительно, генезис голубокогумусных вулканических и
аллювиальных почв не вызывает сомнения. Поступающий при
извержении дисперсный материал (пеплы) в вулканических почвах и
аллювиальный в речных поймах приводит к формированию
погребенных почвенных горизонтов, глубокогумусных профилей
почв (луговые почвы центральной поймы). Погребенные горизонты
встречаются почти повсеместно в мощных лессовых толщах,
свидетельствуя о формировании поверхностных гумусовых
горизонтов в предыдущее время (в частности, в плейстоцене).
Очевидно, о чем свидетельствуют лессовые толщи, существуют
периоды, когда из атмосферы постоянно поступают в наземные
экосистемы мелкозем. Если он поступает равномерно во времени, то,
попадая в подстилку или в горизонт Ад, он гумусируется и гумусовый
горизонт благодаря этому наращивается кверху. Образуется
сравнительно мощный (до 50-100см) гумусовый слой с содержанием
гумуса на глубине 50 см около 2% от массы почвы. Если же в
отдельные периоды поступление материала резко усиливается, как,
например, при извержениях вулканов, то мощный слой, перекрывает
существующую почву, начинается новый этап формирования почвы,
ее верхнего горизонта, а гумусовый горизонт ранее развитой почвы
становится погребенным. Эти процессы могут происходить и при
эрозии (аккумуляции снесенного материала), при солифлюкции, при
микрооползнях и т.п. В результате образуются почвы с погребенными
или мощными гумусовыми горизонтами. Большая мощность
гумусового горизонта почв (больше 30-40см)- главный признак
нарастания почв кверху. Эти почвы Докучаев называл анормальными,
в отличие от нормальных, формирующихся при постепенном
проникновении корней, опада, растворов в более глубокие слои
почвенной толщи. Со временем нижняя часть гумусового горизонта
-186-
окисляется до диоксида углерода. Последний связывается почвенным
кальцием и образует карбонат. В условиях промывного водного
режима карбонаты выносятся за пределы почвенного профиля и в
нижние элементы ландшафта. При непромывном или периодически
промывном водном режиме образуются скопления карбонатов на
глубине среднемноголетнего промачивания почв (в основном, после
таяния снега).
Некоторые дискуссионные аспекты почвенного гумуса
В последнее время высказано соображение, что гуминовые
кислоты в традиционном их понимании, вероятно, являются
искусственным понятием и в реальной почве таких соединений,
скорее всего, нет. Получение этих веществ из почвы, возможно,
является артефактом традиционно используемого метода щелочной
экстракции. Согласно химическим свойствам полимеров содержащих
ароматические кольца, двойные связи, окси- и оксогруппы, действие
на них щелочи в сочетании с сильным окислителем, таким как
КМПО4, приводит к окислительному распаду, давая в результате
смесь трудно разделяемых и трудно анализируемых продуктов, что и
наблюдается в случае попыток анализа структуры гуминовых кислот.
В связи с этим следует отметить, что в современной западной
литературе, чаще всего, упоминаются лишь вещества гуминовой
природы, но не гуминовые кислоты. Причем эти вещества
рассматриваются как водорастворимый органический компонент
почвы, компоста и других продуктов микробиологической
деструкции биомассы.
Гуминовые вещества в почве, прежде всего, играют, по всей
видимости, роль медленно мобилизуемого (из-за ингибирующего
действия на почвенные ферменты) источника углерода и азота и
полимерной органической, очевидно, коллоидной матрицы.
Поскольку гуминовые вещества содержат бензольные и
полициклические гидрофобные группы и, в то же время, полярные
гидрофильные окси- и оксогруппы, это позволяет им играть, с одной
стороны, структурообразующую роль, способствуя образованию
гидрофобных коллоидных ядер, а с другой, связывать белки-
ферменты, и, можно полагать, даже микроорганизмы, а также
различные ионы и воду, что существенно для поддержание водно¬
ионного баланса в почве. Итак, можно заключить, что в почве
преобразование органического вещества связано с деятельностью
ферментов и абиотических катализаторов.
-187-
1. Находящиеся в почве вне организмов ферменты сорбированы
почвенной матрицей и представлены разлагающими органическое
вещество ферментами.
2. В почве не обнаружены ферменты, способствующие
органическому синтезу. Поэтому процессы полимеризации
гумусовых веществ в почве, скорее всего, связаны с каталитической
деятельностью минеральной фазы почв, абиотических катализаторов.
3. Биохимический анализ свидетельствует, что, скорее всего,
почвенный гумус представляет собой смесь самых разных
органических веществ и выделяемые гуминовые и фульвокислоты
представляют собой лишь группы органических веществ, сходных по
своему поведению в щелочах и кислотах.
4. Формирование гумуса происходит в горизонтах дерновых и
А1, где распространена основная масса корней.
Фракционный состав гумуса.
Наряду с групповым составом гумуса выделяют также
отдельные фракции гумусовых кислот. Это выделение в основном
встречается в русской литературе. Считается, что они выделяются из
соответствующих гумусовых кислот в результате специальной
обработки почв. Понятие о фракциях гумусовых кислот ввел И.В.
Тюрин. В настоящее время выделяют следующие фракции:
Гуминовые кислоты:
Фракция 1-я - извлекается из почвы 0,1 н. NaOH
Считают, что в этой фракции органическое вещество находится в
виде разных соединений с А1 и Fe.
Фракция 2-я - извлекается 0,01н. NaOH) после декапьцирования
почвы (удаления Са из почвы 0,1 н.).
Фракция 3-я извлекается из почвы 0,02н. Na2OH при нагревании.
Фульвокислоты:
Фракция 1а - растворимая в 0,1н. H2S04. Фульвокислоты этой
фракции связаны с А1 и Fe.
Фракция 1-я - извлекается из почвы 0,1 н. NaOH
Фракция 2-я - извлекается 0,01н. NaOH) после декапьцирования
почвы (удаления Са из почвы 0,1 н.).
Фракция 3-я извлекается из почвы 0,02 н. Na2OH при нагревании.
Роль гумусовых веществ в почве
-188-
Почвенный гумус часто находится в почве в форме коллоидов.
В отличие от минеральных коллоидов у них значительно больше
удельная поверхность частиц (500м2 и даже больше), емкость
поглощения (150-300 ммоль/100 г субстрата), наименьшая
влагоемкость. Среди обменных катионов, сорбированных на
гумусовых мицеллах, К, Са, Na, Mg, Н. Активные центры гумусовых
кислот представлены фенольными, карбоксильными, карбонильными
группами. Заряд гумусовых веществ - отрицательный, как и у
большинства почвенных минеральных коллоидов. Высокая
поглотительная способность гумусовых веществ позволяет им
закреплять часть питательных веществ (К), тяжелые металлы -
загрязнители, поступающие в почвы в результате техногенных
процессов (медь, никель, кобальт и т.п.).
В то же время часть катионов гумусовые вещества переводят в
растворимую форму. Это в первую очередь относится к железу,
алюминию, цинку. Растворимые в воде алюминий и железо находятся
в комплексе с водорастворимым органическим веществом. Среди
неспецифических органических веществ в почве содержится много
соединений, воздействующих на растения. Так, в почве существуют
как ингибиторы, так и промоторы процессов, идущих в растениях.
Некоторые полифенолы замедляют прорастание семян, их развитие.
При разложении растительных остатков в почвы поступают
витамины, аминокислоты, которые могут прямо потребляться
растениями. Но это все относится к неспецифическим органическим
веществам почвы, а не к гумусу.
Гумус способствует агрегации почв, при этом зернистые и
ореховатые агрегаты образуются только в высокогумусных почвах
(черноземах и серых лесных). Агрегированность почв и
водопрочность почвенных агрегатов способствует хорошей
водопроницаемости почв, быстрому впитыванию осадков при
хорошем дренаже.
Гумус, в основном, источник азота, при этом он играет также
роль запасающего вещества для азота.
Углерод и азот в органическом веществе
Содержание углерода и азота в каждой почве достаточно
стабильно. Поэтому отношение C/N часто используют для оценки
разложения растительных остатков и мониторинга почв при их с.-х.
использовании. Обычно, отношение C/N в верхних слоях пахотных
почвах в зависимости от типа почвы колеблется в пределах 8-15, в
среднем 10-12. Оно становится меньше в аридных условиях по
-189-
сравнению с гумидными и в теплом климате по сравнению с
холодным.
В растительном материале C/N равно 20-30 в бобовых
растениях и их остатках, 100 и более в других растениях. В
микроорганизмах это отношение равно 4-9. В почвах, как это видно
из приведенных данных, C/N имеет промежуточные значения.
Высокое содержание азота в микроорганизмах - один из основных
источников почвенного азота. В значительной своей части он
связывается микроорганизмами из воздуха. Внесение в почву
органического вещества, бедного азотом (например, запахивание
стерни зерновых без внесения азотных удобрений), приводит к
снижению обеспеченности растений азотом, о чем сразу говорит C/N.
Поглотительная способность почв и обменные катионы
Анализ почвенной матрицы, свойств коллоидов и глинистых
минералов показывает, что важную роль в почве играют катионы.
Они нейтрализуют в целом отрицательный заряд почвенной матрицы,
определяемый зарядом коллоидов и глинистых минералов. Они
закрепляются в активных центрах почвенной матрицы, меняя такие ее
свойства, как удельная поверхность, количество поглощенной воды
при одном и том же потенциале. Катионы могут быть обменными и
необменными. Обменные катионы легко обмениваются на другие
катионы, при этом свойства почв, характерные при данном обменом
катионе, восстанавливаются после его вторичного замещения
активных центров на почвенной матрице. Необменные обычно
фиксируются в почве (в решетке почвенных минералов), и заметно
меняют основные свойства почв (их поглотительную способность,
основную гидрофизическую характеристику).
Обменные катионы
Почвенная матрица содержит целый ряд адсорбированных
(поглощенных) катионов. Состав этих катионов заметно зависит от
условий почвообразования и типа почвы (табл. 5.53).
Как известно, порядки почв различаются pH, водным режимом,
содержанием гумуса. Эти же факторы влияют на поглощение почвой
обменных катионов. Состав катионов далеко не полностью
соответствует составу катионов в почвенном растворе, их активности,
а. Поглощение катионов характеризует коэффициент селективности:
[Mis] /[M2s] = К аМ1 / а М2,
-190-
где s - индекс, указывающий на концентрацию катионов Ml и
М2 в почвенном поглощающем комплексе, а - активность тех же
ионов в растворе, К - коэффициент селективности. Таким образом,
коэффициент селективности
К = [Ml] аМ2 / [М2] аМ1
Таблица 5.53. Состав обменных катионов в разных порядках почв ( по
Бреди) в % от их суммы.
Порядок
почв
Типичное место
Н++А13+
Са2+
Mg2
+
К+
Na+
Оксисоли
Гаваи
85
10
3
2
Сл..
Сподосоли
Новая Англия
80
15
3
2
Сл.
Ултисоли
Ю.-В. США
65
25
6
3
1
Алфисоли
Пенсильвания -Висконсин
45
35
13
5
2
Вертисоли
Алабама - Техас
40
38
15
5
2
Моллисоли
Средний Запад США
30
43
18
6
3
Аридисоли
Ю.-3. США
-
65
20
10
5
С коэффициентом селективности связаны коэффициенты
распределения катиона, которые оценивают как соотношение
содержания катиона в почвенном поглощающем комплексе и
активность его в растворе (иногда берут концентрацию его в
почвенном растворе). К1 = [Mis] / аМ1. Отсюда следует, что
коэффициент селективности двух катионов равен отношению их
коэффициентов распределения:
К1М1 / K2m2=[M1s] / аМ1 / [M2s]/ а М2 =[Mls] аМ2 / [M2s] аМ1/
По селективности катионов к их поглощению почвенной
матрицей можно построить так называемый лиотропный ряд: Li+<
Na+< NH/ < К+< Rb+< Cs+< Ы;
Mg2+< Ca2+< Ba2+; Al3+<Fe3+.
Для разных минералов этот рад может изменяться (по
П. Шахтшабелю):
монтмориллонит Li+< Na+ < К+< Н* < Rb+< Mg2+< Са2+ = Sr2+<
Ва2+;
каолинит Li+< Na+< Н+ < К+< Rb+< Mg2+< Са2+= Sr^Ba2";
мусковит Li+< Na+< Mg2+< Ca2+< Sr2 < Rb+< Cs+< K< Ba2+;
Таким образом, минералогический состав почвенной матрицы
может влиять на состав обменных катионов. Но, как показывает
таблица 15.1, условия почвообразования влияют больше. Это
подтверждается также данными по составу катионов почв России
(табл. 5.54).
-191-
Таблица 5.54 Состав обменных катионов (в % от сумы) в некоторых
почвах России
Почва
Горизонт
Глубина
Са
Mg
Н
А1
Na
Дерново-
подзолистая ,
Северо-Запад России
Апах
0-10
38
6
54
6
сл.
А2
29-35
38
8
48
6
сл.
В
50-60
60
15
22
3
сл.
С
90-100
80
10
10
сл.
нет
Чернозем типичный,
Воронежская обл.
А
0-10
79
16
5
нет
сл.
А
20-30
82
14
4
нет
сл.
АВ
60-70
82
16
2
нет
сл.
В
80-90
84
16
нет
нет
сл.
Солонец
черноземный,
среднестолбчатый,
ЦЧО
А
2-8
64
22
нет
нет
14
В1
10-16
40
31
нет
нет
29
В2
74-80
59
19
нет
нет
22
С
100-106
61
20
нет
нет
19
Краснозем,
Западный Кавказ
А
0-10
18
8
1
73
нет
В1
25-35
9
7
1
83
нет
В2
65-85
8
4
1
87
нет
С
140-160
5
1
1
93
нет
Состав обменных катионов и емкость обмена разных почв
Следует обратить внимание на подкисление верхних горизонтов
подзолистых и ферраллитных почв (красноземов), а также бурых
лесных (кислых), болотных почв лесной и тундровой зон. Также
необходимо сделать поправку в расхожее мнение, будто в почвенном
поглощающем комплексе в дерново-подзолистых почвах нет
поглощенного натрия. Определения показали (Алексахин), что есть,
но в небольших количествах, и он нейтрализуется действием
обменных водорода и алюминия.
Сумма поглощенных катионов - это то общее количество
катионов, которое почва может адсорбировать на почвенной матрице.
Она определяется свойствами почвенной матрицы, т.е. удельной
поверхностью почвы (ее гранулометрическим составом),
минералогическим составом, особенностями активных центров.
Главный фактор, определяющий сумму обменных катионов в почве -
гранулометрический состав (табл. 5.55).
Если в глинах преобладает каолинит, то емкость поглощения
уменьшается до 4-12 мэ/100 г почвы. При pH ниже 6 емкость
поглощения катионов остается более-менее постоянной, при
повышении pH от 6 до 10 заметно повышается отрицательный заряд у
глинистых минералов типа 1:1, 2:1, у органических коллоидов. В
результате этого заметно возрастает емкость поглощения: для
-192-
минеральных колловдов смектитового состава на 15-20 мэ/100 г, а
для органических коллоидов - на 130 мэ/100 г.
Для почв по грубым оценкам увеличение содержание ила на 1%
приводит к увеличению емкости поглощения на 0,5 мэ/100 г,
возрастание содержания гумуса на 1% увеличивает емкость
поглощения на 2 мэ/100 г. Состав поглощенных катионов зависит от
типа почв. В аридных почвах отсутствуют обменные Н+ и А13+, а в
почвах гумидных регионов - часто нет обменного Na+.
Таблица S.S5. Емкость катионного обмена в зависимости от
гранулометрического состава почв
Гранулометрический состав почв
Сумма обменных катионов, мэ/100 г
Песок
2-3
Супесь
3-6
Легкий суглинок
6-12
Средний суглинок
12-26
Тяжелый суглинок и глины
32-60
Поскольку один из механизмов поступления питательных
элементов из почвы в растение связан с выделением корнями
растений в почву Н , в случае кислых почв этот механизм работает
хуже, чем в почвах, с высокой степенью насыщенности почвенного
поглощающего комплекса Са2\ независимо от общего содержания
обменного Са2+. Обменный комплекс почв регулирует pH почвы,
включая pH почвенного раствора. В пределах данной экосистемы
почвенная матрица постоянно восстанавливает состав и количество
обменных катионов на поверхности матрицы.
Состав обменных катионов также определяет ряд свойств почв:
их влагоемкость, устойчивость к поступлению в почву других
катионов, агрегированность почв, капиллярный подъем (скорость и
высоту) и т.п. Все эти свойства участвуют в осуществлении
экологических функций почвы. В составе обменных катионов обычно
содержится калий - один из главных питательных элементов для
растений. Входят в состав и другие обменные катионы: кальций,
магний и т.п., необходимые растениям. В то же время почвенный
поглощающий комплекс может удерживать такие элементы, как
стронций, кадмий и пр., загрязняющие почвы в результате
хозяйственной деятельности. В этом случае создается постоянная
опасность загрязнения сельскохозяйственной продукции этими
токсичными для организма человека элементами, особенно в случае
загрязнения почвы радиоактивным изотопом стронция.
-193-
Кислотность почв
Кислотность почв характеризуется прежде всего pH. Различают
pH водных растворов, почвенных суспензий, почвенных паст, pH
почвы in situ, определяемая прямо в почве в природных условиях, pH
почвенных солевых вытяжек (практически, вытяжка 1 н. КС1). По pH
водной суспензии почвы делят на кислые (pH ниже 5), слабокислые
(pH 5-6), нейтральные (pH - 7), щелочные (pH >8). Каждая из этих
групп почв обладает своими особенностями, и приурочена к
специфическим условиям. Так, все кислые почвы образуются в
условиях промывного водного режима. Нейтральные и щелочные
почвы формируются в основном в аридных условиях. Нейтральные и
слабокислые почвы приурочены к условиям периодически
промывного водного режима. Нейтральные и щелочные почвы могут
образовываться и в условиях промывного водного режима на
карбонатной почвообразующей породе или в местах выхода
грунтовых вод содержащих Са (включая карбонат кальция) В
последнем случае, как правило у основания террас, формируются
отложения известкового туфа, подщелачивающего притеррасные
почвы. В условиях застойного режима могут образоваться как
кислые, так и щелочные почвы. Торфяники и другие болотные почвы
относятся к кислым, у глеевых почв (в глеевых горизонтах) pH может
возрастать, превращая почвы в слабокислые и даже нейтральные,
солончаки - относятся к щелочным почвам.
В зависимости от реакции среды меняется доступность
растениям питательных веществ, меняется сам состав растений. В
агроценозах урожай во многом зависит от кислотности почв: обычно
наиболее благоприятны для сельскохозяйственных растений
слабокислые почвы
Ионы водорода и алюминия в почвах
Кислотность почв определяется в основном двумя катионами:
водородом и алюминием. Щелочная реакция почв связано с
гидроксилом.
Содержание катиона А13+ обратно коррелирует с pH почвы и ее
гумусированностью (рис 16.1) В сильнокислых почвах (при pH <5)
количество обменного А13+ заметно возрастает. Почвенное
органическое вещество (даже примешанный к почве торф) заметно
снижает количество обменного А13+ , сохраняя ту же зависимость от
pH. Сорбированный почвой А13+ находится в равновесном состоянии с
таким же катионом в растворе. В растворе катион сильно
-194-
гидратирован (его формула в действительности, А1(Н20)6 3+) и легко
гидролизуется: А13+ + Н20 = А1(ОН)2+ + Н\ Образовавшийся водород
снижает pH и подкисляет почву. Специальный опыт показал, что
внесенный в дерново-подзолистую почвы в виде порошка А1С13 тут
же превратился под влиянием почвенной воды в А1(ОН)3 + ЗНС1.
Поглощенный почвенной матрицей водород также определяет pH
почвы. Источник обменного водорода - органическое вещество и
некоторые глинистые минералы почв. В сильнокислых почвах с pH
<5 обычно кислотность определяет алюминий, в торфах и
органогенных горизонтах - водород органических веществ. В
умеренно кислых почвах (pH = 5-6,5) кислотность связана с
алюминием и водородом. В этих почвах на почвенной матрице
закреплен обменный А13+, а в растворе находятся разные гидроксиды
А1. Они гидролизуются с выделением Н\
А1(ОН)2+ + Н20 = А1(ОН)2+ + Н+
AI(OHb+ + Н20 = А1(ОН)з + Н*
Часть активных обменных центров на почвенной матрице может
блокироваться гидроксидами железа и алюминия. При подкислении
почв они растворяются и освобождают данные центры для обмена.
Обменный водород в умеренно кислых почвах связан с органическим
веществом, минералами с решеткой типа 1:1.
В нейтральных почвах и тем более щелочных обменный А1э+
отсутствует, гидроксиды алюминия выпадают в осадок образуя
гиббсит, до pH около 8 в почве может встречаться незначительное
количество обменного Н+, но оно затушевывается обменными
катионами Са2\ К+, Mg24, Na\ При pH > 8 в обменном комплексе почв
заметно увеличивается содержание Na\ составляющего до 30% и
больше от состава катионов.
Сказанное можно резюмировать следующим общим
положением: кислотность почв определяют водород и алюминий,
нейтрализуют ее обменные катионы Са2+, Mg2+, Na+, К+.
Можно заключить так, что увеличение pH влечет за собой
определенные изменения в почвенной матрице. Так, до pH 7-8 (в
зависимости от типа субстрата: органогенные или минеральные
горизонты) заметно уменьшается количество обменных А1 и Н (в %
от суммы катионов), а с pH 6 резко возрастает доля катионов Са2+,
Mg2*, Na+, К+. При этом при низких значений pH в почвах много
“связанных” ионов А1 и Н. Эти ионы обмениваются на другие
катионы при pH >8. Наличие разных форм связи между почвенной
матрицей ионами алюминия и водорода обусловливает разные формы
почвенной кислотности.
-195-
Формы почвенной кислотности
Активная кислотность почв измеряется по содержанию Н* в
водных растворах из почв. Однако, это количество иона водорода
составляет лишь малую часть общего числа этого иона. Для
нейтрализации этого количества при pH 4 требуется всего 2 кг СаСОз
на га.
Обменная кислотность связана с обменными ионами алюминия
и водорода. Обычно их вытесняют из почвы КС1 или NaCl. Эту форму
кислотности характеризуют значения pH в солевой вытяжке из почвы
(1 н. KCI). Расчет по этой кислотности показывает, что для ее
нейтрализации необходимо в 100 раз больше извести, чем
показывают расчеты по активной кислотности в водном почвенном
растворе.
После нейтрализации активной и обменной кислотности почв на
почвенной матрице сохраняются еще ионы алюминия и водорода,
которые можно выделить из почвы при обработке ее раствором с
более высокими значениями pH. На практике определяют сразу все
количество ионов алюминия и водорода, называя эту величину
гидролитической кислотностью. Свое название она получила из-за
того, что для выделения всех форм ионов, отвечающих за почвенную
кислотность, используют гидролитически щелочную соль
уксуснокислого натрия. При титровании ею в почве образуется слабая
уксусная кислота, в большей степени связывающая ион водорода, что
способствует большему его поступлению в раствор из почвенной
матрицы. Ион алюминия тоже вытесняется с активных центров
почвенной матрицы, но при pH = 8,2, свойственной раствору ацетата
натрия, он образует гиббсит и выпадает в осадок. Поэтому в растворе
этого иона нет. Считают, что на практике одноразовая обработка почв
не вытесняет все ионы обменных А1 и Н, поэтому для оценки степени
насыщенности и дозы извести вводят коэффициент 1,75, на который
умножают результаты одноразового титрования.
По гидролитической кислотности для ее нейтрализации
необходимо извести уже в 1000 раз больше, чем по расчетам по
активной кислотности на песчаных почвах, и в 50000-100000 раз
больше на глинистых.
Буферность почв
Исследования показывают, что все почвы в той или иной
степени противостоят изменению pH при воздействии на них
реагентов. Это способность противостоять изменению называют
-196-
кислотно-основной буферностью почв. Она оценивается по
величинам pH почвы при добавлении порций кислоты или щелочи.
Кривая изменения pH в зависимости от добавленных кислоты или
щелочи дает наглядное представление о буферное™ почв, позволяет
оценить точку нейтрального заряда почвы. Количество кислоты или
щелочи, сдвигающее pH почвы на 1 единицу, называют буферной
емкостью. Буферная емкость определяется обменным катионами
(степенью насыщенности почвенного поглощающего комплекса),
содержанием в почве гумуса, карбонатов, гранулометрическим
составом почв. Следует отметить, что в разных диапазонах pH
буферность почв различна: она меньше при pH <4,5 и >6,0.
Алюминий и железо заметно влияют на буферность почв, при низких
значениях pH, блокируя активные центры почвенной матрицы, и тем
самым, уменьшая емкость поглощения почв. Известкование таких
почв заметно повышает емкость поглощения. Из почвенных
компонентов наибольшую буферность имеют минералы типа 2:1,
затем гумус, минералы типа 1:1 и наименьшую гидроксиды алюминия
и железа.
Почвообразование и pH
Почвенная кислотность определяется поступлением в почву
органических и минеральных кислот при разложении органического
вещества опада. Их взаимодействие с почвенной матрицей приводит к
проявлению обменных ионов алюминия и водорода. Обменный
алюминий - основной обменный катион в кислых минеральных
горизонтах почв и его появление на матрице итог воздействия
органических веществ на решетку алюмосиликатов и гидроксид
алюминия. По данным И.С. Кауричева и Е.М. Ноздруновой большая
часть подвижного в почве алюминия, который перемещается с
почвенными растворами, представлена органическими комплексами.
При этом соединения алюминия могут иметь как положительный, так
и отрицательный заряды (табл. 16.1) Уже говорилось, что подстилка и
опад имеют часто более высокие значения pH, чем подстилающие их
минеральные горизонты почв. Поэтому можно считать, что
кислотность почвы - результат почвообразовательного процесса, и
она определяется климатическими условиями, типом горной
почвообразующей породы и типом растений, произрастающих на
этой почве.
-197-
Таблица 5.56 Количество общего (1) и органического(2) А1 в дерново-
подзолистой почве, сорбированного в течение года ионитами
хроматографических лизиметрических колонок, в мг/м2
Горизонт
Катионит КУ-2
Анионит ЭД Э-10П
Сумма
1
2
1 1
12
Дубрава с липой волосистоосоковая
АОА1
165
132
248
215
413
А2
211
192
145
42
356
А2В
260
260
465
336
715
Ельник с дубом волосистоосоковый
АО
|174 |
[ 174
173 |
145 !
|262
Липо-ельник осоково-мшистый
АО
132
132
393
83
525
А2
131
131
145
42
276
А2В
103
103
140
38
243
Липо-ельник осоково-мшисгый, хвощовая парцелла
АО
191 !
191
1 173 |
| 128
[ 264
Как результат разложения органического вещества в почве в
больших количествах циркулирует угольная кислота (Н2СОз) и
гидрокарбонатный ион (НС03). Если в почве достаточно много Са, то
он нейтрализует угольную кислоту. В противном случае происходит
подкисление почвы. Подкисление почв в современных условиях
связано также с поступлением “кислых дождей”, воды которых
приносят в почву соляную, серную, азотную кислоты. В небольших
количествах эти кислоты могут образовываться и в естественных
почвах при разложении органического вещества, но в этом случае они
быстро нейтрализуются. Растения влияют на кислотность почв тремя
путями. Первый, как сказано выше, поступление в почву и
разложение опада с образованием органических и минеральных
кислот. Второй механизм - обмен в почве катионов Са, К и др. на ион
водорода, выделяемый корнями. В этом случае подкисление идет в
ризосфере растений (в пределах 3 мм от поверхности сосущих
корней). Третий механизм - изменение pH осадков, проникающих
сквозь полог растений. Листья растений, также, как эпифиты на
поверхности стволов деревьев, могут поглощать и выделять К, Са, и
выделять в дождевые воды органические кислоты (табл. 5.56).
Таблица 5.57. Изменение значений pH в дождевых водах под разными
растениями в южной тайге ( Московская обл)
Объект
Ж
Са, мг/л
К, мг/л
1
2
1
2
1
2
Осина
5,50-6,00
5,45-6,05
4-108
1-22
1-15
0-11
Береза
3,50-6,40
5,12-6,40
2-28
1-38
0-34
0-32
-198-
Дуб
5,20-5,45
5,35-5,60
1-36
1-24
1-14
0-17
Ель
4,10-5,60
3,70-6,00
7-160
4-27
10-20
1-33
Окно
5,90-6,00
1-46
0-2
Примечание: 1- воды, стекающие по стволу.2- прошедшие сквозь крону.
Среднее значение pH дождевых вод на открытом месте (окно в лесу)
равно 6. Под пологом леса все породы деревьев несколько подкисляют
осадки. Только береза иногда подщелачивает дождевые воды. При это
концентрация Са и К в дождевых водах слабо коррелирует с pH
Аналогичные данные получены и для анионов (табл. 5.58).
Таблица 5.58. Изменение pH и концентрации ионов (мг/л) при
прохождении дождевых вод через лесной полог (по В.Н. Второвой)
Компонент
Луг
Ель
Сосна
1
1 2
1
12
pH
6,2-6,9
5,06-6,6
4,7-6,2
6,0-6,7
5,8-6,9
Са2+
0,4-2,8
2,2-13,2
3,8-11,6
2,8-6,4
3,0-10,6
К
1,2-1,9
2,7-24,9
0,8-37,8
3,5-12,9
3,9-29,0
нсоз-
0,1-0,2
0,5-3,8
1,9-4,2
0,5-1,9
0-3,8
S042-
0,1-0,2
0-2,8
1,4-3,8
0,4-1,4
0,5-2,1
Примечание: 1- межкроновое пространство, 2- около ствола дерева.
Можно заметить, что поступление веществ у ствола в среднем
превышает их поступление в межкроновом пространстве.
Концентрация анионов в дождевых водах того же порядка, что и
катионов. При этом у стволов поступление всех веществ выше, а pH
растворов ниже, чем на открытом месте.
Перераспределение осадков под пологом леса, изменение их
состава, при этом наиболее заметное у ствола деревьев, приводит к
изменению свойств верхних горизонтов почвы. В лесах юной,
средней и северной тайги около ствола дерева pH заметно ниже, чем у
почв, формирующихся в межкроновом пространстве. Такое явление
наблюдается практически во всех лесах. Мало того. При нарушении
почвы около стволов деревьев через некоторое время низкие значения
pH снова восстанавливаются. Посадки деревьев на перепаханной
почве также показали, что к 30-50 гг распределение pH в этих
насаждениях полностью соответствуют естественному
распределению pH в верхних горизонтах исконно ( или условно)
лесных почв (табл. 5.59; 5.60)
-199 -
Таблица 5.S9. Изменение pH в суглинистых дерново-подзолистых
почвах под ельником/1/, сосняком/2/, березняком/3/
N
то¬
чек
Глубина взятия образца, в см
0-5
5-10
10-15
15-20
20-30
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
4,1
4,9
4,4
4,3
5,1
4,5
4,5
5,0
4,6
4,9
5,2
4,6
5,0
5,0
4,8
2
4,1
5,0
4,8
4,4
5,2
4,8
4,6
5,2
4,9
4,7
5,2
4,8
4,9
5,2
4,9
3
4,3
5,1
5,0
4,2
5,3
5,1
4,7
5,1
5,3
4,8
5,3
5,7
5,0
5,2
5,3
4
4,7
5,0
5,0
4,7
5,1
5,0
4,8
5,1
5,1
4,8
5,2
5,1
5,0
5,1
5,1
5
4,7
5,0
4,9
4,5
5,1
5,0
5,0
5,2
5,1
4,9
5,0
5,1
5,0
5,1
5,1
6
4,4
4,9
4,9
4,6
5,2
5,0
4,8
5,2
5,1
4,9
5,2
5,1
5,0
5,1
5,1
7
4,2
4,9
4,9
4,5
5,1
4,7
4,7
5,2
5,0
4,9
5,2
5,1
5,0
5,1
5,1
8
4,7
5,0
5,1
4,6
5,0
5,1
4,8
5,3
5,1
4,9
5,2
5,1
5,0
5,2
5,1
9
4,6
4,8
5,1
4,6
5,0
5,0
4,9
5,1
5,2
4,8
5,1
5Д
5,0
5,0
5,1
10
4,8
4,9
5,1
4,9
5,0
5,0
5,0
5,2
5,2
4,9
5 Л
5,1
5,3
5,0
5,1
11
4,7
4,9
5,2
4,6
5,0
5,1
4,9
4,9
5,1
4,9
5,0
5,1
5,2
5,1
5,1
12
4,5
5,1
5,2
4,6
5,1
4,9
4,8
5,2
4,9
4,9
5,2
5,0
5,0
5,2
5,1
13
4,9
5,3
5,3
4,7
5,3
5,1
4,7
5,2
5,0
4,9
5,2
5,1
5,1
5,1
5,2
14
4,8
5,2
4,5
5,1
4,8
5,0
5,0
5,3
5,1
5,1
5,1
15
4,4
5,2
5,0
4,5
5,1
5,1
4,7
5,1
5,0
4,8
5,2
5,1
4,9
5,2
5,1
16
4,4
5,1
4,9
4,7
5,1
4,9
4,7
5,2
4,9
4,9
5,3
5,1
5,2
5,1
5,3
17
4,5
4,9
4,5
4,8
4,6
5,0
4,9
5,1
5,0
5,2
18
4,6
4,6
4,7
4,7
4,9
Таблица5.60 Зависимость свойств супесчаных бурых лесных почв от
позиции образца в искусственных посадках (Московская обл).
Позиция
Глубина, см
pH
гумус,%
Са
Mg
Ряд, сосняк
с бересклетом
Тоже,
междурядье
0-5
6,30
2,80
7,01
2,08
5-10
6,72
2,18
5,88
2,71
0-5
6,68
3,59
5,73
4,20
5-10
6,55
2,10
9,33
5,47
Ряд,сосняк
чистый
То же,
междурядье
0-5
6,05
2,35
5,48
3,72
5-10
6,02
1,45
5,17
2,52
0-5
5,93
2,89
10,95
4,95
5-10
5,93
1,02
7,54
5,35
Ряд, лиственница
с бересклетом
Тоже,
междурядье
0-5
6,57
2,92
6,61
1Д1
5-10
6,87
2,56
8,46
7,2
0-5
6,35
2,37
5,18
6,45
5-10
6,35
2,31
10,17
3,44
Таблица 5.61. Динамика pH в гор. А1 под разным растениями
Растение
13.06
22.06
27.06
12.07
21.08
31.07
Осока волосистая
4,4
5,2
4,9
4,3
4,3
4,1
Голокучник Линнея
4,8
4,9
5,2
5,0
5,1
4,9
Щитовник мужской
4,9
4,5
4,6
4,3
4,1
4,1
-200-
Пробы из почв брались по трансекте от ствола дерева до другого
ствола. Точки 1 и 18 расположены у стволов. Именно в этих точках
часто отмечаются наименьшие значения pH. Особенно это заметно у
ели и сосны. Под краем кроны обычно отмечаются наибольшие
значения pH у верхних слоев почв. Отмечаются, хотя и
недостоверные, более низкие значения pH около стволов деревьев до
глубины 40 см. Поскольку дерново-подзолистая почва
перепахивалась 100 лет назад при посадке деревьев, а затем в течение
всего срока в почву ничего не вносили, то создавшаяся
анизотропность отражает воздействие биогеоценотического
(фитогенного по А.А. Уранову) поля на почву.
С возникновением фитогенных полей связаны закономерные
изменения свойств почвы от ствола дерева к границе кроны, в том
числе изменения значений pH.
Эти результаты подтверждаются данными по аналогичным
посадкам на супесчаных бурых лесных почвах также в южной тайге,
Московская область.
На pH верхних гумусовых горизонтов почв активно влияют
травяные растения. Так, на фоне влияния деревьев и подстилки
отмечается, что под отдельными растениями pH заметно различается,
и динамика ее в течение вегетационного периода разная (табл. 5.62).
Заметно колеблется pH под растениями и по годам
Изменение pH почв связано также с локальным увлажнением.
Например, при вывале деревьев образуется почвенно-ветровальный
комплекс (ПВК), представляющий собой сочетание западины и
бугорка. В западине, в таежной зоне обычно в первые годы
существования ПВК наблюдается переувлажнение и даже застой
воды. Почва бугра обычно хорошо дренируется. В западину может
поступать дополнительная порция лесного опада, сдуваемая с бугра.
Уже в первые годы, пока бугор формируется (первые 15 лет) в
западине поселяются водоросли, мхи и начинается формирование
гумусового горизонта.
Таблица 5.62. Средние значения pH в гор. А1 дерново-подзолистой
почвы под разными растениями (В.А Бганцова, 1991)
Растение
1977
1978
1979
1980
Щитовник мужской
5,00
4,75
4,93
4,37 _
Голокучник Линнея
4,98
4,63
-
4,53
Сныть обыкновенная
-
4,11
4,86
4,36
Хвощ лесной
5,09
3,74
4,60
-
Копытень европейский
5,52
4,50
4,79
4,78
Живучка ползучая
5,05
4,77
4,68
4,66
-201-
Костяника
4,71
4,50
4,53
-
Кислица
4,79
4,48
4,58
4,45
Осока волосистая
4,62
4,26
-
-
В первую очередь действует переувлажнение почв, их оглеение,
которое приводит к повышению значений pH уже через несколько
лет. В результате pH верхних горизонтов этих почв заметно
различается (табл. 5.63)
Как видно из данных, оглеение скорее сохраняет существующие
значения pH, в то время, как на бугорке происходит подкисление
почв. Оно достигает 0.4 - 0.6 единиц pH. Содержание гумуса на бугре
быстр возрастает и сохраняется на этом уровне. В западине через 100
лет содержание гумуса несколько превышает его содержание на бугре
(приблизительно, можно считать, что гумусированость одинакова). В
целом, ПВК служит стоком С в лесах, он в большей степени
закрепляет С, чем другие элементы леса.
Таблица 5.63. Изменение свойств верхнего (0-5 см) слоя почв на
почвенно-ветровальном комплексе
Возраст ПВК
лет
Гумус
pH _
1
2
1
2
1-2
2,6
3,6
5,7
5,6
10-20
2,9
6,3
5,6
5,2
30-50
4,4
8,0
5,7
5,1
80-100
4,5
6,7
5,3
5,3
>100
9,2
6,9
5,2
5,2
Примечание: 1- западина, 2- бугор
Длительное переувлажнение дерново-подзолистых почв в
западине ветровального комплекса приводит к повышению значений
pH верхнего слоя почвы, что характерно для оглеения.
Таблица 5.64. Изменение значений pH черноземе обыкновенном,
Хомутовская степь, в течение суток (по В.В. Снакину)
срок
6ч
9ч
12ч
15ч
18ч
21ч
3...4.IV
6,99
6,81
6,60
6,63
6,71
6,97
10...13V
6,85
6,82
6,83
6,79
6,71
6,97
25...27 VI
6,84
6,64
6,65
6,00
5,55
6,65
30vn...3.vm
6,52
6,54
6,48
6,58
6,42
6,64
19-..21.XI
5,88
6,41
6,46
6,62
5,88
6,15
Если обменные катионы водород и алюминий вытеснены из
почвенного поглощающего комплекса, то реакция почвы становится
-202-
нейтральной или слабощелочной. В карбонатных почвах pH почв
определяют карбонаты кальция и магния, имеющие pH 8,3.
Поглощенный почвой Na+ создает щелочную реакцию среды, до
pH = 10 и больше, что связано с образованием в почве соды. Обычно,
щелочная реакция среды характерна для солонцов и натриевых
солончаков, она устойчива для аридных почв.
Несмотря на высокую буферность черноземов колебания pH
отмечаются даже в суточном цикле и в этих почвах.
Экологическое значение pH
Таким образом, величина pH почв определяется наличием
обменных катионов. Низкие значения pH связаны с обменными
катионами FT, А13+, высокие - с Са2+, Mg , Na+. На pH почв влияют
корневые выделения, состав и количество осадков, тип водного
режима почв, характер растений, количество опада, близость почвы к
стволу дерева. Следует отметить, что обычно растения подкисляют
почву. Но есть виды растений, подщелачивающие почву, на которой
они произрастают. К таким растениям относится саксаул.
Произрастая в пустыни, он накапливает Na, который в конечном
итоге поступает в почву. В результате около стволика саксаула
образуются круги с почвой, обогащенной Na и с щелочной реакцией.
Экологическая роль pH определяется в первую очередь влиянием на
питание растений, на доступность им питательных веществ, на рост в
почве микроорганизмов. Так, грибы хорошо развиваются в диапазоне
pH 4-9. Бактерии и актиномицеты резко уменьшают свою
численность при pH < 5,5. При этих же значениях pH снижается в
почвах содержание подвижных форм азота, Са и Mg, Р, К, S, Мо, В.
При pH >8-8,5 снижается содержание подвижных соединений Са,
Mg, Р, В, Fe, Mn ,Zn, Cu, Co. (Содержание подвижных соединений
последних 5-ти элементов заметно повышается при pH < 5,5).
При повышении pH от 4,8 до 6 заметно повышается длина
корней хлопчатника (от 5 до 13 см). Вообще у высших растений
достаточно близок дипазон pH, в котором они развиваются
достаточно успешно (5,5-6,5). Но отмечаются и индивидуальные
особености у отдельных видов растений (табл.5.65)
-203-
Таблица 5.65. Оптимальные значения pH для разных групп растений.
Растения
pH
Люцерна
5,7-8
Сладкий клевер
Спаржа
Столовая свекла
5,4-8
Сахарная свекла
Cauliflower
Салат
Шпинат
5,2-7,5
Красный клвер
Бобы
Капуста
Белый клевер
Морковь
Хлопчатник
4,5-7
Тимофеевка
Ячмень
Пшеница
Соя
Кукуруза
Овес
Alsike клевер
Crimson клевер
Рис
Томаты
Леспсдеца
Тобак
Рожь
Картофель
4,5-5,5
Овсяница
Голубика
4-5,2
Азалия
Рододендрон
Таблица 5.66 Оптимальные значения pH для разных древесных пород
Группы видов (породы)
Пределы pH
Береза
5-6
Ель
5-6
Сосна
5-7
Лиственница
5-6
Дуб
6-7
Липа
5-7
Клен
6-7
-204-
Оптимальное значение pH вовсе не означает, что в реальных
экосистемах растения лучше всего будут развиваться при этих
значениях pH. Действие любого фактора зависит от воздействия
других факторов и, в конечном итоге, во влиянии его на конкуренцию
растений в данной экосистеме. Именно поэтому значения pH под
растениями одного вида так заметно варьирую по годам: в
зависимости от условий года наиболее благоприятными
(оптимальными) оказываются разные величины pH (см. табл. 16.6).
Для с.-х. растений часто применяют известкование, как прием
уменьшающий кислотность почв и увеличивающий запас доступных
для растений питательных веществ, при этом ориентируются на
слабокислую реакцию почв, а не на оптимальные значение pH почвы
для разных растений.
Динамика химических свойств почв
Как видно из предыдущих глав химические свойства почв
включают химический состав почвы, ее твердой фазы, почвенного
раствора, обменную способность почв, окислительно-
восстановительные реакции в почве и т.д. Можно сразу выделить
более-менее стабильные химические свойства почв, характеризующие
почву, как природное тело, и заведомо динамические свойства. К
первым относят валовой состав почв. Наиболее динамичными
свойствами можно признать содержание обменных катионов,
доступных растениям питательных веществ, соединений,
содержащихся в почвенном растворе.
Изменение валового состава почв
Обсуждение динамики стабильных и относительно стабильных
элементов следует начать с валового состава почв. Он унаследован, в
основных своих чертах, от почвообразующей породы. Воздействие
факторов почвообразования (климат, биота, время) приводят к
определенным изменениям валового состава. Теоретически, любое
изменение почвенного раствора должно сопровождаться изменениями
валового состава почвы. Эти изменения могут быть незначительными
и не улавливаться нашими методами измерения, но, в конечном итоге,
изменения накапливаются и становятся заметными. При реальной
оценке почв об изменениях валового состава судят, обычно, по
косвенным признакам: отличие данного горизонта от горизонта С или
изменение данного горизонта в пространстве, в зависимости от
варьирования факторов почвообразования, приводящих к
-205-
формированию структуры почвенного покрова. Предположив, что
изменение фактора вызывает изменение валового состава почвы,
оценивают возможное время этих изменений (характерное время).
Обычно, предполагают, что эти изменения вызваны определенными
процессами (элювиальный, подзолистый, лессиваж, оглеение,
оглинивание, феррапитизация и т.д.). Вынос Са, Fe, Al, Si,
растворимых солей, осаждение из растворов Fe, карбонатов Са - вот
далеко не полный список процессов, которые по мнению многих
исследователей, лежат в основе почвообразующих процессов. Но
иногда само название парадоксально противоречит сущности
предполагаемого процесса. Так, процесс ферраллитизации, по
мнению ряда исследователей тропических и субтропических почв,
определяется накоплением Fe и AI в результате выноса Si. Тогда
можно было бы назвать этот процесс десиликацией, если считать, что
оксиды и гидроксиды Fe и А1 накапливаются в результате выноса Si.
Вынос веществ из почвы водою
Существует на первый взгляд более объективный метод оценки
выноса из почвенной толщи различных веществ: лизиметрические
исследование почв. В этом случае нисходящий ток воды должен
приносить в приемники вещества, выносимые из почвы. Однако, сам
принцип растворения веществ в почвенном растворе, константы их
растворимости вносят заметные ограничения в эту картину.
Весной в северных гумидных регионах при большом напоре
вода фильтруется сквозь почву и в этом случае вытесняет,
выдавливает почвенный раствор из затопленных пор в более глубокие
слои, в фунтовые воды. Такая же картина отмечается и в дождливые
периоды в тропических почвах. Но как только напор воды
уменьшается, и потенциал почвенной влаги становится заметно ниже
- 30 кПа, вода в почве медленно стекает под воздействием
гравитации, и почва успевает реагировать с раствором. Поэтому в
каждом почвенном горизонте устанавливается квазиравновесное
состояние между раствором и твердой фазой почвы. Это равновесие
приводит к тому, что оценка выноса веществ из почв затрудняется.
Так, по данным И.Н. Скрынниковой [I960], подтвержденных потом
многими исследователями, содержание Са в почвенных растворах из
гор.А1 и гор. В дерново-подзолистых почв больше, чем в гор. А2.
Это, безусловно, не связано с каким-то поглощением Са твердой
фазой почвы в гор. А2. Такое распределение Са просто отражает
условия равновесия между раствором и твердой фазой в каждом
горизонте почвы. Поэтому многие лизиметрические данные нельзя
-206-
прямо использовать для оценки выноса веществ из почвы. Хотя
данные показывают изменение концентрации почвенных растворов в
течение года, но почвенные лизиметры в какой-то степени дренируют
прилегающий к ним участок почвы и поэтому количественные
выводы по лизиметрам также являются не достаточно корректными.
От весны к осени в ксерофитно-лесном черноземе Молдавии
концентрация раствора на глубине 10 см может меняться (Н2С03от
0,51 до 0,69 мг-экв/л). В течение одного года содержание угольной
кислоты меняется от 0,85 до 0,59 мг-экв/л и от 1,48 до 0,07 мг-экв/л
от осени одного года к весне другого (табл.5.67).
Таблица 5.67 Динамика состава лизиметрических вод ксерофитно-
лесного чернозема ( поляна) Данные З.А. Синкевич, 1989 г
год
сезон
НСОЗ-
N03
|Са2+
|Мй2+ ;
|к+
10 см
1968
весна
0,60
0,15
0,36
0,80
0,03
1969
весна
0,75
0,03
0,61
0,22
0,03
осень
0,75
0,07
0,79
0,59
0,04
1970
весна
0,51
0т09
0т55
0,35
0,03
осень
0,69
0,01
0,77
0,27
0,03
1971
весна
0,85
0,38
1,10
0,08
0,03
осень
0,59
0,04
0,86
0,09
0,05
1972
осень
0,60
0,05
0,61
0,35
0,13
1973
весна
0,88
0,02
0,83
0,82
',03
1974
осень
1,48
0,04
0,19
2,99
0,05
1975
весна
0,7
0,02
0,25
0,47
0,08
осень
0,85
0,04
0,79
1,29
0
1976
весна
0,78
0,03
0,60
1,24
0,03
35 см
1969
весна
2,00
0,01
1,82
0,44
0,02
осень
0,23
0,03
1,60
0,63
0,04
1970
весна
1,47
0,03
1,40
0,30
0,03
осень
1,92
0,01
1,63
0,19
0,05
1971
осень
1,78
0,01
2,31
0,03
0,02
1972
осень
2,21
0,10
3,30
0,71
035
1973
весна
3,28
0,19
5,21
0,44
0,97
осень
6,18
0,09
6,71
2,33
0,73
1975
осень
3,66
0,14
4,18
2,24
0,36
1976
осень
4,65
0,08
4,07
1,09
0,15
65 см
1969
весна
4,36
0,01
3,81
0,48
0,04
1970
весна
2,93
0,01
2,51
0,44
0,01
1973
весна
1,72
0,05
1,46
0,40
0,22
осень
6,42
0,02
5,24
1.16
0,26
1974
весна
1,72
0,05
1,46
0,40
0Д2
100см
1972 1
I весна |
4,32 10,75 14,95 |2,42 |
|0,10
-207-
1973
весна
0,75
0,06
0,50
0,39
0,24
осень
1,94
0,02
2,39
0,52
0,10
1976
весна
1,35
0,06
1,31
0,62
0,09
1. Есть стабильное химическое свойство - валовый состав почв.
Его изменяет длительный, трендовый направленный процесс и
необратимый. Основные изменения валового состава сопряжены в
природе с привносом и выносом материала, поэтому привнос
свежего материала (аллювий, пирокластические отложения) может
создавать видимость цикличности для валового состава верхних
горизонтов. Отложения пепла или песка близкого к одному из
предыдущих отложений по составу, приводит к определенной
цикличности у валового состава. Но собственно процессы
выветривания и почвообразования трендовы, необратимы и приводят
к изменению состава почв.
2. Часть почвенных свойств зависит от таких параметров, как
влажность и температура. К ним относятся концентрация почвенного
раствора, диффузия, реакции обмена между раствором и твердой
фазой.
Эти свойства обратимы и цикличны при возвращении почвы к
исходному состоянию температуры и влажности восстанавливаются и
эти параметры.
3. Часть химических свойств почв связана с биотой, с
биологическим круговоротом веществ, с поступлением и
разложением органического вещества в почве. Таким свойством
следует считать гумусированность почв.
4. Понятно, что все химические свойства зависят и от других
факторов (содержание и состав гумуса также зависит от температуры
и влажности почвы).
5. Разная степень зависимости от условий жизни почвы
определяет разный характер динамики почвенных свойств. Так,
валовой состав в отсутствии катастрофических поступлений
материала в почву (или, наоборот, сноса почвенных горизонтов)
обладает слабым трендом к направленному изменению, которое
трудно уловить даже в нормальных почвах.
Свойства, зависящие от влажности и температуры
обнаруживают циклический характер динамики, связанный с
циклическим увлажнением и иссушением почв.
Те свойства, которые определяются биотой, имеют четкую
связь с периодами наибольшей биологической активности. Например,
значения pH максимальны или минимальны в июле-августе, времени
наибольшего развития растений. Важно подчеркнуть, что разные
представители биоты имею ращзнонаправленное влияние на почву:
-208-
например, одни растения подкисляют почву, другие подщелачивают (
или повышают pH). Поэтому конкретные оценки влияния биоты на
почву зависит от многих условий.
Кривые изменения содержания веществ в почвах имеют или JI-
образную или U-образную аппроксимирующую форму.
Следует отметить, что даже циклические изменения могут
случайно выйти за пределы обратимости и привести почву к новому
состоянию, например, сильное подкисление, пусть временное, почв
может привести к выщелачиванию некоторых веществ (Fe, Са) и к
формированию новой экосистемы.
Ясно, что настоящее влияние биоты, в том числе растений, на
почвы сказывается в первую очередь на свойствах, которые связаны с
процессом снабжения растений водой и пищей.
Поэтому питательный режим почв необходимо оценить
отдельно от других химических свойств почв. Кроме того, следует
учитывать, что хранение образцов может изменить в них содержание
подвижных питательных веществ. Поэтому наиболее перспективны
полевые методы определения подвижных веществ в почве( или
селективными электродами, или ионитами. Последние дают
возможность перенести собственно определение на зимний период.
Динамика свойств почв показывает периоды разного
обеспечения растений питательными веществами и водой и периоды ,
в которые наиболее важно снабжение растений этими веществами.
Различия в динамике в разных компонентах почвенного покрова
позволяет растениям использовать эти компоненты в разные периоды
своей жизни.
Динамика химических свойств почв и их цикличность позволяет
оценить возможность тех или иных почвенных процессов в профиле
исследуемых почв.
Амплитуда динамики характеризует интенсивность
экологической функции почвы, которая снабжает растения
питательными веществами
На глубинах 35 см, 65 см и 100 см отмечаются такие же большие
колебания в содержании НССЬ'. аналогичные колебания характерны
для ионов Са2+ и Mg2+. Их концентрация осенью может и
увеличиваться, и уменьшаться по сравнению с весной. Изменение
концентрации по годам говорит об изменении термодинамических
условий в почве, что приводит к изменению состава раствора. Но
даже усредненные данные показывают, что и весной, и осенью,
например, содержание Si и Fe+Al выше в растворах из верхних
горизонтов, чем на глубине 50 см и 100 см. Аналогично распределены
-209-
растворимые Са2+ и Mg2+ (максимум в горизонте А1, лишь в
отдельных случаях максимум спускается на глубину 100 см).
В почвах южной тайги связь состава лизиметрических вод с
почвенным горизонтом еще четче (табл.5.68).
Таблица 5.68. Содержание веществ в лизиметрических водах ( мг/л)
дерново-подзолистой почвы южной тайги ( Н.Е.Первова, 1979)
Годы, сезон
С (pH |
ГСа Н
Si 1 Fe
0 - 4 см
1972,весна
23
5,4
16
4
0,34
“ осень
65
5,4
17
7
0,62
1973,весна
32
4,6
8
2
0,58
осень
10
4,9
24
3
0,45
1974, весна
41
4,8
24
5
0,42
осень
21
4,7
33
10
0,74
1975, весна
137
5,3
13
2
1,20
осень
-
4,9
19
5
1,68
1976, весна
84
-
13
3
0,76
осень
95
-
14
7
0,73
35 см
1972,вссна
12
5,3
7
5
0,56
осень
30
-
-
-
-
1973,весна
-
4,5
5
3
0,90
осень
5
-
-
-
-
1974,весна
20
5,0
11
8
-
осень
13
4,5
13
10
1,25
1975,весна
25
4,7
8 1
5
1,42
осень
-
5,0
15
7
1,80
1976,весна
32
-
8
4
1,10
“ осень
35
-
8
5
0,60
Заметна разница в концентрации почти всех элементов осенью и
весной. Как правило, осенью концентрация элементов в
лизиметрических водах выше. Близка концентрация Si по всем
горизонтам всех почв и при этом концентрация Si заметно
превосходит концентрацию Fe в тех же лизиметрах (в 3-10 раз). Если
принять, исходя из этих данных, что Si выносится в 3-10 раз больше,
чем Fe, то следовало бы ожидать накопления в почве Fe и А1, а не Si,
как мы отмечаем в подзолистых почвах.
Аналогичное противоречие отмечается и в ферраллитных
почвах, где уже А1 выносится (содержится в водах лизиметров)
больше, чем Si.
Сравнение лизиметрических вод в черноземе и дерново-
подзолистой почве показывает, что Са в почвенном растворе
черноземов больше, чем в дерново-подзолистой почве. Это очевидное
-210-
противоречие заставляет искать более сложные механизмы выноса
элементов водой, чем это представляется нам до сих пор.
Итак, анализ лизиметрических почвенных вод нельзя считать
доказательством выноса веществ и он не может служить прямым
доказательством тренда в изменении валового состава почв.
Состав лизиметрических вод показывает его зависимость от
состава почвенного горизонта, существует корреляция между
содержанием, например, Са в растворах и его количеством в
почвенном поглощающем комплексе. Следовательно, состав
лизиметрических вод не позволяет достоверно решить вопрос о
возможных изменениях валового состава, об изменении его в
результате массопереноса. Безусловно, изменения валового состава
естественным путем длительный процесс, если не считать приноса и
сноса почвенного материала и педотурбаций, перемешивания почв.
Оценка изменения валового состава по различиям
в генетических горизонтах
Существует еще одно препятствие в оценке изменений валового
состава при сравнении его с валовым составом гор. С
(почвообразующей породы) - это исходная геологическая слоистость
профиля почв.
Доказательством этой слоистости может служить слоистость
лессов, различия в валовом составе в профиле бурых лесных почв,
прямая идентификация слоев в профиле разных почв. В частности,
почвенный разрез в Малинках, Московская обл, вскрыл чередование
разных по геологическому происхождению слоев в пределах
профиля. При этом иногда одно геологическое образование замещает
другое. Сразу иод подзолистым горизонтом легкосуглинистого
состава залегает тяжелый суглинок буровато-сероватого цвета,
который замещается клином из красно-бурого опесчаненного
тяжелого суглинка. Ниже идет гор. В2, который подстилается резко
отличающимся слоем D1, ниже которого идет слой D2. В этих почвах
все расчеты выноса и привноса затруднены, так как нет исходной, не
затронутой современными процессами, почвообразующей породы.
Особенно четко сложность, а иногда и ошибочность таких
расчетов заметно по данным А.А. Роде [1938]. Принимая профили
подзолистых почв ЦЛГЗ за исходно однородную толщу, он на
основании элювиально-аккумулятивных коэффициентов (выносу
веществ по сравнению с эталоном-кварцем) полагал, что на
формирование подзолистого профиля потребовалось 10000 лет.
Однако два возражения против этой гипотезы сводят на нет все
-211-
расчеты. Во-первых, профиль почв ЦЛГЗ, послуживший моделью для
расчета выноса веществ и формирования подзолистого горизонта,
явно состоит из нескольких (даже не 2-х) слоев [Карпачевский и др.,
1989]. Во-вторых, по данным палео-географических исследований
гранулометрическая дифференциация почв отмечалась уже 6 тыс лет
назад [Таргульян, Александровский, 1984], следовательно, расчет
А.А. Роде не отражает истинного положения, не свидетельствует в
пользу 10000-летнего процесса дифференциации валового состава
почв.
Оценка изменения валового состава почв в модельных опытах
Для оценки скорости и направления в изменении валового
состава почв обычно используются результаты модельных опытов и
опытов, заложенных в природе. Лабораторные опыты сводят к
воздействию на породы различных растворов (гумусовых веществ,
разных кислот, “солей” и т.д.).
Первый такой опыт провел еще П.А. Косгычев [1987]. Затем
такие опыты проводили многие исследователи, в частности,
Л.А. Матвеева, Е.И. Соколова, 3.А. Рождественская [1975, цит. По
Травлееву и зону].
По их данным фульвокислоты из подзолистых и красноземных
почв содержат Si, Al, Fe, Na, К, что свидетельствует об их
разрушающем действии (табл.5.69; 5.70).
Таблица 5.69. Содержание компонентов (мг/л) в растворах
фульвокислот (ФК) из горизонта А1 двух почв при их действии в
течение суток на минералы (По С.В.Зонну и А.П.Травлееву, 1992)
Минерал
ФК из подзолистой почвы
ФК из краснозема
Si02
А1203
Si02
А1203
Биотит
14,0
17,0
12,4
10,0
Альбит
9,2
18,0
9,6
19,6
Каолинит
3,5
0,05
н/о
н/о
Таблица 5.70. Содержание минеральных компонентов (мг/л ) в 0,005 Н.
растворах фульвокислот ( С.В.Зонн, А.П.Травлеев, 1992)
Почва
Горизонт
pH
Si02
А12 03
Fe203
% золы
Подзол.
А1
2,6
3,0
3,0
u ____
2,0
Тоже
Bh
2,7
6,3
6,5
0,9
2,4
Краснозем
А1
2,6
3,8
1,5
0,6
1,08
-212-
Опыты JI.А. Матвеевой и др. [1975] показали, что при
воздействии на разные минералы (биотит, альбит и др.) из них
выщелачиваются отдельные компоненты (табл. 5.71).
При этом их количество не обязательно совпадает с теми
процессами (подзолистым и красноземным), которые приписывают
этим почвам. Так, при воздействии фульвокислот в течение 1 суток
содержание Si02 и А12 Оз почти равно для биотита, А12Оз выносится
больше из альбита и меньше из каолинита.
Эти данные заставляют осторожно интерпретировать модельные
опыты в лабораторных условиях.
Более реально отражают природные процессы поведение
валового состава субстратов отвалов.
Изменение химического состава отвалов при почвообразовании
Суглинок отвала Курской магнитной аномалии (слой 0-10 см), по
данным А.И. Стифеева [1993], при закладке содержал 76,01% Si02.
Через 5 лет в суглинке количество S1O2 равнялось 76,09%, через 25
лет - 78,60%. В глина келловея, соответственно, через 5 лет,
изменилось содержание Si02 от 65,83% до 64,70%, до 66,20% через
10 лет и до 66.83% через 15 лет (табл. 17.5). Соответственно,
уменьшилось валовое содержание А12Оз, Fe203, при этом, казалось
бы, вполне закономерные цифры нарушают данные по СаО и MgO.
Содержание MgO практически постоянно, а количество СаО то
увеличивается, то уменьшается. Отмечается тенденция к увеличению
содержания Si02 и уменьшения - А120з и СаО в меловых отложениях,
вышедших на поверхность и занятые люцерной, акацией и т.д. (табл.
5.71).
Важным доказательством, что валовой состав породы изменяется в
процессе почвообразования, могут быть результаты лизиметрических
опытов с насыпным материалом. В частности, такие лизиметры были
заложены В.Р. Вильямсом в TCXA, где субстратом послужил
лессовидный суглинок (5.72).
Таблица 5.71. Валовой состав (% на прокаленную навеску)
вскрышных пород КМА на отвалах разного возраста
(А.И. Стифеев, 1993)
Порода, возраст отвалов
глу¬
бина
(м)
Si02
А1203
Fe203
СаО
MgO
суглинок (карьер)
то же, 5л
0-10
76,01
10,98
3,67
2,60
1,11
0-10
76,69
10,12
2,80
4,24
1,11
-213-
« -»
10-20
76,07
10,26
2,99
4,30
1,17
то же, 25л
0-10
78,66
10,02
2,66
2,49
1,17
10-20
79,02
10.04
2,72
2,82
1,27
глина келловея (карьер)
0-10
65,83
12,60
4,52
6,83
1,99
“ 5л
0-10
64,70
12,70
4,24
5,73
1,24
« »
10-20
66,70
12,25
4,77
6,50
1,26
“ Юл
0-10
66,20
12,20
4,22
6,90
1,49
“ 15л
10-20
66,00
12,90
4,70
6,73
1,43
0-10
66,83
12,72
4,76
6,02
1,27
10-20
66,60
12,97
3,97
6,04
1,07
мел (карьер)
0-10
43,26
7,95
2,79
40,38
0,64
“под черноземом
0-10
43,47
7,84
2,69
40,40
0,69
“под акацией
0-10
44,34
7,59
2,59
40,25
0,36
“под люцерной 5л
0-10
44,34
7,59
2,59
40,25
0,36
0-10
45,30
6,19
2,89
39,27
0,36
10-20
44,90
6,25
2,34
40,09
0,31
“микроповышение
0-10
45,10
6,69
3,58
39,08
1,29
Таблица 5.72. Изменение лессовидного суглинка (1) под воздействием
растений за 30 лет (И.С.Кауричев,Л.Г.Комаревцева, А.И.Ромашкевич,
А.К.Ярцева, 1974)
Варна
нт,
расте
нис.
Глу¬
бина,
см
Гу¬
мус,
%
рНс
Гидр
олит.
кисл.
мг/
ЮОг
Са,мг
-экв/
ЮОг
Mg
мг
экв/
ЮОг
Емк¬
ость
обме¬
на по
Кап-
пену
А! по
Соко
лову,
Si02,
валов
ая,%
R203
валов
ая%
Ил, %
1
до/оп
0,18
4,2
3,9
н/о
н/о
9,6
7,6
н/о
н/о
15,3
дуб
2-5
6,28
4,4
12,3
6,3
1,4
4,9
9,8
82,3
13,1
20,3
5-10
0,57
3,7
8,7
3,4
1,6
7,7
23,8
83,9
12,2
20,9
10-15
0,45
3,6
8,7
3,2
1,4
4,6
35,2
84,4
12,1
20,8
15-25
0,28
3,6
7,8
3,5
1,2
4,7 j
28,1
н/о
н/о
20,3
25-35
0,25
3,8
6,5
4,2
1,4
5,6
22,1
н/о
н/о
н/о
35-45
0,15
3,8
4,7
4,6
1,1
5,6
12,0
84,1
11,7
20,7
1
до/оп
0,18
4,2
4,2
н/о
н/о
9,8
6,9
н/о
н/о
15,3
лес
сме¬
шан¬
ный.
0-5
3,84
5,6
3,8
8,3
2,5
10,8
1,2
83,2
12,1
19,4
5-15
0,61
5,7
1,1
6,7
3,7
10,4
0,2
82,8
12,7
22,9
15-25
0,28
6,0
0,7
7,7
3,5
11,2
0,2
77,5
16,9
25,0
25-35
0,20
6,0
0,5
8,6
2,8
11,4
0,2
н/о
н/о
24,9
35-48
0,06
6,2
0,5
8,2
2,8
11,0
0,2
78,2
15,5
23,0
1
до/оп
н/о
6,0
0,7
6,3
2,6
8,9
Сл.
78,9
13,2
24,6
ель
2-4
6,86
3,8
18,0
12,5
3,5
16,0
6,4
80,6
14,1
24,6
4-14
0,93
4,4
4,6
6,3
2,3
8,5
1,1
78,1
16,3
24,1
14-26
0,33
5,0
2,2
7,0
3,0
10,0
0,5
78,1
16,0
26,6
27-35
0,17
5,5
1,4
6,8
3,0
9,8
0,5
н/о
н/о
29,4
35-72
0,15
6,4
1,1
6,0
3,0
8,9
0,2
н/о
н/о
н/о
72-99
0,12
6,7
0,7
6,3
2,5
8,8
сл.
78,9
13,2
24,6
-214-
При анализе субстрата после 30-летнего воздействия на него
растений было установлено, что под разными растениями изменения
материала не одинаковы. Главные достоверные изменения субстрата
связаны с такими свойствами, как увеличение гумусированности
(особенно, в слое 0-5см и 5-15 см), гидролитической кислотности под
дубом и елью, суммой поглощенных катионов, содержания
обменного А1. На первый взгляд достоверны изменения в содержании
ила: во всех лизиметрах почвы обогащены илом по сравнению с
исходной породой. Но достоверному заключению о таком увеличении
мешает варьирование в содержании ила у исходного лессовидного
суглинка (15,3...24,6%). При этом если принять, что увеличение ила в
почве под смешанным лесом и елью на глубине 15-35 см достоверно,
то сразу встанет вопрос - откуда это увеличение? Вынос ила из
верхнего горизонта не балансируется. Остается лишь
внутрипочвенное выветривание на этой глубине. Но в этом случае
(внутрипочвенное выветривание) валовой состав не должен
существенно изменяться, так как основная масса элементов лишь
перераспределяется между фракциями гранулометрического состава.
Однако, содержание ила обратно коррелирует с содержанием в почве
Si02, что свидетельствует или о выносе продуктов выветривания,
либо об исходной неоднородности субстрата. Приходится сделать
вывод в пользу последнего предположения, так как следов
перемещения ни ила, ни продуктов выветривания в почвах не
обнаружено.
Из элементов, определяющих валовой состав почв, достоверно
накапливается С, N, S. Это видно из данных И.С. Кауричева и др. При
этом отмечается, что накопление гумуса достоверно лишь для слоя 0-
15 см, ниже - накопление в пределах ошибки. Исходя из
продолжительности опыта, можно заключить, что средняя скорость
накопления гумуса под дубом измеряется 0,21%, под смешанным
лесом 0,12%, под елью 0,22% (в год). В слое 5-15 см эта скорость на
порядок ниже: 0,01% С в год.
Изменение валового состава почв при оглеении
Наиболее вероятно обнаружить изменение валового состава
почв при оглеении.
Специальный модельный опыт, проведенный
Ф.Р. Зайделъманом [1992] показал, что застойный режим приводит в
первую очередь к восстановлению железа (табл. 5.73).
-215-
Таблица 5.73. Валовой состав пород (слой 0,3 - 4,0 см) при 2-летнем
оглеении (Ф.Р.Зайдельман, 1992)
По¬
ро¬
да
Увла¬
жне¬
ние
Si02
Fe20
3
FeO
А120
3
Р2
05
Ti 02
Mn02
CaO
MgO
K20
Na20
S03
1
к
78,07
3,70
0,60
10,89
0,05
0,61
0,07
1,10
1,42
2,20
0,90
0,50
3
78,91
2,61
0,90
10,87
0,05
0,53
0,06
1,11
0,81
2,20
0,80
0,46
з-п
79,05
0,91
1,68
9,48
0,06
0,55
0,01
0,96
0,65
2,43
0,86
0,22
к
80,19
3,60
0,50
9,37
0,04
0,31
0,05
0,73
3,43
2,00
0,76
0,74
3
79,91
3,00
0,83
9,31
0,05
0,31
0,04
0,70
2,54
1,69
0,64
0,71
з-п
82,66
1,54
1,39
8,22
0,06
0,28
0,01
0,66
1,47
1,83
0,72
0,58
к
93,99
0,83
0,07
2,70
0,02
0,11
0,01
0,41
0,51
0,81
0,37
0,42
3
94,24
0,48
0,29
2,32
0,02
0,08
сл
0,33
0,11
0,79
0,37
0,21
з-п
95,75
0,18
0,29
1,81
0,02
0,05
0
0,25
0,09
0,57
0,27
0
Примечание: 1-лессовидный суглинок, 2- моренный карбонатный суглинок,
3- флювио-гляциальный песок; к - контроль, з - застойный водный режим, з-п -
Все остальные изменения - не достоверны. Фактически не
меняется даже содержание всех катионов (5,27% и 5,12%). Но если на
застойный период наложить промывной (сбрасывая через 10 дней
раствор), то отмечается заметная потеря Fe, А1, Са, особенно
карбонатов, Mg. Очевидно, именно эти соединения образуют
комплексы с органическим веществом, добавленным в опыте в
породу и в виде истинных растворов они могут удаляться из почвы,
меняя достаточно быстро валовой состав почв. Обращает на себя
внимание факт еще более интенсивного перевода Fe3+ в Fe2+ в
условиях застойно-промывного режима. Это, возможно, связано с
постоянным нарушением химического равновесия между формами Fe
при промывном режиме (сливе раствора).
Накопление гумуса в почвах
Данные по накоплению гумуса в почвах (валового С) дают
исследования отвалов, при их включении в экосистемы. Так, по
данным А.И. Стифеева [1993] (табл. 5.74), содержание в отвалах КМА
гумуса и азота заметно увеличивается с возрастом почвы (БГЦ).
Изменяются и другие показатели.
-216-
Таблица 5.74. Химические свойства разного возраста отвалов
вскрышных пород (А.И.Стифеев, 1993)
Порода,
возраст,л
Глубина,
см
Гумус,%
Азот,%
pH
Гидр.кис
мг-экв/
100
Р205
подвижн
ый
К20 под¬
вижный
1 карьер.
0-10
0,35
0,03
6,6
3,23
2
11
“10
0-10
0,89
0,06
6,7
3,23
2
И
« «
0-20
0,31
0,03
6,1
2,16
2
10
“20
0-10
1,88
0,12
5,7
2,16
3
11
“
10-20
0,64
0,05
5,6
3,20
2
12
“25
0-10
2,84
0,13
6,6
3,10
3
13
“ “
10-20
0,87
0,06
6,9
3,20
2
11
2 карьер
0-10
2,67
0,03
6,6
3,70
сл.
50
“5
0-10
2,69
0,03
6,7
4,10
2
47
“ “
10-20
2,61
0,03
6,7
5,00
сл
45
“ 10
0-10
2,65
0,03
6,6
3,80
сл
45
10-20
2,57
0,03
6,6
4,31
сл
49
“15
0-10
2,80
0,03
6,7
3,35
1
50
“ “
10-20
2,67
0,03
6,7
2,35
сл
46
3 карьер
0-10
0,56
0,05
7,0
2,20
1
6
люцер.,5
0-10
1,47
0,11
6,9
3,00
1
7
“
10-20
0,61
10,06
7,0
2,90
1
7
акация,5
0-10
1,31
0,09
7,0
2,90
1
7
“
10-20
0,56
0,05
7,1
3,20
1
7
“ 40
0-10
3,01
0,24
6,9
2,16
1
8
“ “
10-20
0,64
0,06
7,0
2,64
1
8
Прнмечавие: 1-лессовидный суглинок, 2-глина келловея, 3-мел
В лессовидном суглинке за 25 лет количество органического
вещества возросло с 0,5% до 3,0 со средней скоростью 0,15%
органического вещества в год в слое 0-10 см и почти сравнялось с
количеством гумуса в зональной серой лесной почве. В слое 10-20 см
содержание органического вещества за то же время увеличилось
лишь до 1%, что в 2 раза меньше зонального содержания гумуса.
Следовательно, можно ожидать, что количество гумуса в этом слое
сравняется с зональным не мене, чем за 50 лет, а возраст этого гумуса
буде равен возрасту его в слое 0-10см, или меньше.
Келловейская глина исходно богаче органическим веществом
(2,5%). За 15 лет количество гумуса возросло с 2,5% до 3%, скорость
увеличения - 0,03% в год. Накопление гумуса в слое 0-10 и 10-20 см
было одинаково.
В меловых отложениях при исходном содержании
органического вещества 0,5% за 25 л в слое 0-10 см его количество
возросло до 2,7% (скорость накопления - 0,09% в год). В слое 10-20
-217-
см скорость накопления меньше, 0,01% в год и через 25 л в нем
содержалось лишь 0,8% органического вещества.
Аналогичная картина отмечена и для естественных экосистем,
где нарушение почвенного покрова и вынос на поверхность
безгумусного или малогумусного материала связан с естественными
причинами. Так, выброс крота через год после поступления на
поверхность дерново-подзолистой почвы (дубо-ельник
волосистоосоковый) содержал в слое 0-6 см 0,76% С, в слое 6-12 см -
1,12% С. Через 4-5 л количество С составляло, соответственно, 0,87%
в слое 0-5 см, 0,42 в слое 5-9 см, и 0,97 в слое 10-13 см. Через 7-9 л в
слое 0-1 см содержание С исчислялось 4,1%, в слое 1-9 см 0,8%, в
слое 9-13 -0,79%. На 15-17 г в слое 0-7 см содержалось 4,04% С, в
слое 7-11 см - 1,23% С. За это же время в погребенном выбросом
горизонте А1 содержание С упало с 3,27% до 2,15% (5-й год), 1,84%
(9-й год) и 1,33% (17-й год). Разложение гумуса шло со скоростью
0,12% в год. В погребенном горизонте А1А2 содержание С падает за
17 л с 0,66% до 0,39% со скоростью 0,015% в год.. Сравнение разных
геологических пород (мел, алеврит, песок) показало, что в отвалах
мела (Курск) содержание С через 3 г составляло 0,25%, через 20 л -
0,59%, в песке, соответственно, 0,07 и 0,38%, в алевритах юры 0,27 и
0,56%. Песок по накоплению С заметно отстает ог мела и алеврита.
Итак, скорость накопления гумуса при создании БГЦ заново,
измеряется сотыми долями процента. В уже сформировавшемся БГЦ
накопление гумуса в новых отложениях идет быстрее на порядок
(0,12% С в год). Но в обоих случаях существует предел накопления С,
связанный с зональными условиями, особенностями БГЦ, типом
почвообразующей породы. Об изменении гумусированности почв в
течение длительного периода свидетельствуют многолетние опыты
Ротамстедтской станции (табл. 5.75).
Таблица 5.75. Запасы питательных веществ(т/га) в бурых почвах
Ротамстедтской станции
Дата
Угодие
Глуби¬
нном
Сорг
Nopr.
So6m
Sopr
Робщ
Рорг
X 1881
пашня
0-23
26,3
2,93
0,52
0,48
1,89
0,72
0-69
58,0
73,0
1,13
1,00
4,71
2,10
“ ”
0-23
29,7
3,24
0,58
0,52
1,84
0,76
м ”
0-69
63,0
7,60
1,28
1,11
4,91
2,21
III 1904
кусты
0-24
38,6
4,1
0,62
0,57
1,86
0,85
“ “
“ “
0-71
73,0
9,60
1,32
1,19
5,36
2,52
XI1964
« м
0-28
71,8
6,86
1,10
1,04
2,23
1,20
<1 И
0-76
109,0
11,86
1,84
1,67
5,65
3,02
“ ”
лес
0-29
69,4
6,60
1,11
1,04
2,38
1,17
и «
“ “
0-76
110,0
11,60
2,06
1,88
6,00
2,99
-218-
При восстановлении естественного растительного покрова на
пашне заметно возросли запасы гумуса, при этом, в слое 0-23 см.
Ниже запасы гумуса практически не изменились. Скорость
накопления гумуса в гор. А1 бурой почвы Ротамстедта измерялась с
1881 по 1904 г. 0,15 т/га год, с 1904 по 1964 (лес) 0,5 т/га год.
Итак, в многочисленных циклах достаточно одной смены БГЦ,
чтобы запасы гумуса в верхнем слое изменились. Но обращает на
себя внимание постоянство запасов, гумуса в более глубоком слое
(23-76 см). Разница в глубинах в табл. 17.9 связана с изменением
плотности почв под влиянием кустарников и леса.
Изменение содержания гумуса в течение сезона
В течение сезона содержание гумуса в слое А1 может
изменяться. Обычно к концу лета (август), по данным М.
И.Дергачевой [1984], формируется наиболее стабильное гумусовое
состояние почвы. Содержание гумуса в почве в летние месяцы может
снижаться на 0,01% от массы почвы, иногда больше.
По данным [Золотарева и др., 1992] в дерново-подзолистых,
серых лесных почвах и черноземах содержание гумуса варьирует как
в течение года, так и в многолетних циклах. В пахотных почвах эта
динамика осложняется (усиливается) вспашкой, внесением удобрений
(табл. 5.76).
Таблица 5.76. Содержант гумуса( % от массы почвы) и изменение
(% от содержания гумуса) в пахотных горизонтах почв
(Б.Н. Золотарева и др., 1992)
Годы
Почва
Вариант
Начало
периода
Конец
периода
Убыль
т/га всего
Убыль
т/газа
год
Скорость
изменения
%/год
1956-70
дерново-
контроль
2,03
1,43
16
1,07
-1,9
1970-84
подзоли¬
44 44
1,43
1,34
3
0,21
-0,5
1956-70
стая
NPK
1,68
1,25
12
0,80
-1,7
1970-84
a 4t
“ ”
1,25
1,12
4
0,27
-0,8
1956-70
навоз
1,91
1,55
9
0,60
-1,1
1970-84
44 44
1,55
1,46
3
0,21
-0,5
1983-88
Серая
контроль
1,32
1,32
0
0
0
U 44
лесная
NPK
Ъ2
1,34
н/о
н/о
н/о
44 44
К U
“ +навоз
1,35
1,40
44
“
“
Указанные исследователи предложили серию формул, для
оценки изменения в содержании С в зависимости от типа почв и ее
обработки. Так, в дерново-подзолистой почве содержание в пахотном
-219-
слое гумуса и гумусовых кислот (оценивается по С) в течение сезона
подчиняется уравнениям: Собщ = 0,82 + 0,0350х, где х - время в
месяцах, Сгк = 0,15-060014х, Сфк =0,15+0,0007х, Сфк =0,13+0,0019х.
При внесении навоза соответствующие уравнения выглядят
следующим образом: Собщ = 0,56+0,0089х; Сгк = 0,14+0,0002х; Сфк
= 0,12+0,028 х. Для суглинистой серой лесной почвы
соответствующие уравнения имеют вид: Собщ = 1,24+0,0027х; Сгк =
0657+0,0024х; Сфк = 0,30-0,005х. Внесение удобрений и навоза, а
также вид обработки (вспашка, поверхностная обработка и т.д.)
изменяет коэффициент уравнения, оставляя без изменения саму ее
форму. Аналогичные уравнения получены для выщелоченных
черноземов: Собщ = 2,99+0,0093х; Сгк = 0,20-0,0015х; Сфк =
0,15+0,0036х. В буроземах Южной Чехии содержание в слое 0-2 см
общего углерода Собщ = 6,24-06054х в лесу Собщ = 3,48-0,0104х; на
заброшенном поле Собщ = 0,91+0,0076х.
Все эти уравнения показывают тренд в содержании гумуса в
разных почвах в течение сезона (года).
По данным В.В. Снакина [1992] в апреле в горизонте А1 (0-10
см) обыкновенного чернозема содержалось 5,31% С, в мае - 6,45% ,
июне - 6,50%, августе: - 5,85%, сентябре - 5,31% общего углерода. В
апреле следующего года содержание Собщ возросло до 6,64%. По
этим данным колебание в содержании гумуса превышает 1% от массы
почвы. Такие значительные годовые изменения гумусированности
скорее отражают неоднородность почвенного покрова и эти цифры
приведены лишь для того, чтобы предостеречь исследователей от
возможных артефактов (например, от включения в гумус детрита,
пестроты почвенного покрова, которую можно принять за динамику
свойства во времени).
По данным М.И. Дергачевой [1989] в течение сезона меняется
состав гумуса, соотношение гумусовых кислот (табл. 5.77).
Таблица 5.77. Изменение в течение сезоыа параметров гумуса
(гуминовых, фульвокислот, гуминов, отношения гуминовых и
фульвокислот) в почвах, % от общего С, (М.И.Дергачева, 1989)
Месяц |
[ГК 1
|ФК |
|гм |
| Сгк: Сфк
Дерново-подзолистая почваДомск, гор.А!
vni
36,4
36,7
26,9
0,99
IX
35,6
38,9
25,5
0,91
X
29,2
41,8
29,0
0,70
XII
50,6
31,7
17,7
1,59
VI
46,0
47,0
7,0
0,98
VIII
35,8
35,8
28,4
1,00
То же, rop.Bh
-220-
vni
45,3
35,0
19,7
1,28
IX
53,6
35,4
11,0
1,51
X
39,3
39,9
20,8
1,00
XII
64,8
28,5
6,7
2,21
vm
44,9
35,1
20,0
1,30
Чернозем выщелоченный, Алтай, гор. А1
VIII
41,0
17,8
41,2
2,30
X
35,4
19,8
34,7
1,79
XII
68,3
16,4
15,3
4,18
VI
36,7
18,3
45,0
2,00
VIII
43,9
18,8
37,3
2,34
Тоже, гор. АГ
VIII
45,0
18,1
36,9
2,48
XII
54,3
14,3
31,4
3,79
Vi
40,1
19,2
40,7
2,09
Максимальная динамика в содержании гумуса отмечается в гор.
А1 (0-5 см). Заметна динамика до 15 см. Ниже она не достоверна.
Одной из причин накопления гумуса считают фитомассу корней,
которые перегнивая, превращаются в гумус. Это мнение восходит к
П.А. Костычеву и В.Р. Вильямсу. Однако, как показали детальные
исследования свойств почв под сосняками после их посадки на
пашне, содержание гумуса ни в горизонте А1, ни в горизонте А1А2
дерново-подзолистых суглинистых почв (Малинки) не коррелирует с
массой любых фракций корней. Не удалось найти связь между
содержанием гумуса и корнями в слое 10-30 см в светло-каштановых
почвах (Волгоградская обл.).
В слое 0-5 см почвы под 85-летним сосняком содержание
гумуса колебалось в пределах 4,2-8,8%.
-221-
Таблица 5.78. Гумус (%) в тессерах ельника /1/, сосняка /2/, березняка/3/
20 -30
СО
00
>о
о"
00
</">
o"
so
\о
о"
со
о-
оЛ
00
ЧЗ’
o*
CO
wo
o*
со
го
<э
SO
o"
so
o'
*o
o'
0,36
о
<N
ON
VO
o"
s
o"
o'
»n
cf
so
CO
o"
ON
о"
Ol
00
f»
o'
о
40
o'
''Г
so
On
o'
ON
CO
o“
oo
оЛ
so
о"
VO
CO
o'
CN
O-I
o'
VO
o^
о»
so
o'
On
CO
o"
On
o"
о
00
о"
ro
O'
о
Ol
о*
о"
о
NO
o’4
Os
so
o'1
so
г-
o'
CN
00
o“
OJ
oo
o'
04
00
o'
о
00
о
3
оЛ
oo
•o
оЛ
Tf
o"
Vi
*n
o'
*o
O'
ол
00
o"
VO
CO
о
о
VO
оЛ
so
O'
оЛ
00
so
о
s
оЛ
СО
<N
Ol
о-
О;
o-
rf
so
NO
On
o'
Tf
ол
VO
00Л
00
о"
\o
Ov
o"
CO
o"
ON
O'
o"
04
(N
»n
«о
oo
o"
os
00
o'
ч
о
CN
«О
CN
о
»n
cs
cs
so
о
of
о
of
£
о
Ол
со"
«Л
oo
o^
VO
o^
00
O'
vo^
of
CO
CN
ON
CN
00ж
of
3
ON
00
00
O;
so
CN
rn
?
00
«П
vo
Г'
so
On
о"
s
«О
*n
00
o"
«о
VO
ON
o"
CO
o-
r-
ол.
o~
s
o'
oo
«о
o"
о
СО
NO
«П
in
о
ГО
О-
rn
<N
o^
о-
о-
OJ
°°„
CN
VO
тг
«о
CN
«о
8
ON
CN
Ov
o'
ON
ro^
of
00
o-^
Ol
CO
of
«о
NO^
•Л
»o
«Л
■o
о
'Я
OI
VO
ON
of
40
Ол
of
ON
of
00
ro
CO
vO
o^
ro
00
*n
of
CN
ro
of
о
<o
</">
ON
со"
o-
VO
of
ON
‘O
of
ON
o-^
ro"
oo
NO
ro"
VO
Ол
го"
in
ON
of
04
of
Os
oo
of
о
«о
of
ON
о
of
00
го
O'
CO
CO
CN
in
ON
CN
CN
CN
ro
fN
of
CO
*r>
ГОл
o-
ол
VO
rt
oo
ON
'О
CO
о
»п
го
CN
ю
о
of
со
<о
of
CO
00
of
oo
of
оЗ
СО
oo
CN
of
Ol
«-
of
*n
v\
о
о
of
о
VO
04
00Л
of
?
of
о
"ST
40
o^
00
00
CN
of
оо
of
СЧ
ГО
o-
ro"
1Л
ON
of
•о
г*
NO
CO
Wi
00
Г'
Ол
«О
oo
тг
о
ro"
rt
С0Л
Tf"
о
rf
<лГ
»o
CO
VO*4
00
Tf"
•o
°°L
ro
o^
’^r
*п
*n
о
CO
ТГ
со
<o
00Л
CO
VI
SO
ГО
On
а?
of
CN
of
OJ
of
СОл
of
CO
o^
«0
04
o-
of
OJ
Г-"
NO
co^
of
Ol
ON
in
On
CO
CN^
of
oo
ro
On
ON
of
CO
CO
of
ГО
«0
со"
о
СП
о-
CN
со"
os
CO*4
SO
so
of
СО
On
CO
тг
CO*4
00
»o
■"fr"
NO
oo
ro"
V)
•Л
ro"
VO
°°«
ro
uo
ТГ
ON
о
*n
Ol
го
oo
00
of
»n
ON
of
00
co^
CO
со
ro"
Ol
00
к
со
Ol
Tf"
S
к
ON
*4
vd
3
к
Tf
oj
к
On
so"
o-
o
so"
uo
CO
O'"
CN
oo
ON
04
vO~
O'
oo"
Tf
SO
о
ON
s:
o>"
ON
о
к
ON
O'"
о
со
00
СО
ON
оо
оо
оо"
00
ON
scT
0
01
ON
ON
о-
к
ON
'Tt
ON
CO
vf
O'
VO
O'
00
no"
00
so
uo"
o
o^
Tf
ON
ON
ro
O'
CO
oo"
O'
Ol
O'"
ГО
о"
s
O'"
со
O'"
2
04
го
ГГ
*o
VO
o-
oo
Ov
о
-
CN
ro
Tf
<r>
SO
o-
00
а
(J
й
Таблица 5.79. Поступление водорастворимого С из подстилки в 20 -
сантиметровые монолиты в полевых условиях (И.М Хаджиев, М.И.
Дергачева, 1982)
N лизиметра
(варианта)
Прошло через
образец» г/л
Поглощено
образцом, г/л
Прошло через
образец, г/л
Поглощено
образцом, г/л
Август 1976, (Поступило 0,318)
Октябрь, 1976, (0,226)
1
0,020
0,298
0,029
0,197
2
0,034
0,284
0,028
0,198
4
0,086
0,232
0,044
0,182
5
0,038
0,280
0,034
0,192
Август 1977 (Поступило 0,129)
Октябрь 1977(0,136)
1
0,024
0,105
0,030
0,105
2
0,035
0,094
0,042
0,093
4
0,030
0,099
0,030
0,105
5
0,027
0,104
0,024
0,121
Примечание: гор. А чернозема выщелоченной^ 1), дерново-глеевой почвы (2),
второго гумусового горизонта из дерново-слабоподзолистой почвы(4) и породы в
основании дерново- сильноподзолистой почвы(5)
В то же время под ельником амплитуда варьирования в
аналогичных почвах была больше: 0,38... 10,5%. В почве под
березняком и содержание гумуса, и его варьирование было
наименьшим (2,0...4,5%). в слое 5-10 см наибольшая
гумусированность почвы - под сосной (З...6,4%), под елью - меньше
(165-7,0%), наименьшим под березой (1,3...3,0%). В разных частях
тессеры (от ствола к границе кроны) скорость как накопления, так и
минерализации гумуса заметно различается. Связь гумусированности
с тессерой заставляет подытожить данные о динамике
гумусированности почвы следующим образом. Любая сукцессия,
замена индивидуального растения на другое, локальное воздействие
животных, удобрения, нарушение почвенного покрова приводит к
изменению гумусированности почв. Эти изменения могут быть
сезонными, многолетними и вековыми. Если гранулометрический
состав почвы не меняется, и нет обработки почв, то все изменения в
содержании гумуса цикличны. Вмешательство человека приводит к
трендовому изменению гумусированности, в основном, к потери
гумуса.
Одним из возможных источников гумусовых веществ в почве
многие исследователи считают водорастворимые органические
соединения. Они фильтруются в почву из подстилки, опада, травяного
колдана. Возможность такого процесса, подтверждают данные
И.М. Гаджиева и М.И. Дергачевой [1982]. Они помещали под
естественную подстилку 20-сантиметровые монолиты ненарушенных
-223-
почв. Опыты показали, что поступление органического вещества в
течение сезона может заметно колебаться (иногда на 20-50%).
Колеблется поступление органического вещества с водой и по годам
(табл.5.79).
Но при этом каждый год 20-сантиметровый слой почвы
задерживает 70-90% поступившего из подстилки органического
вещества. Наименьшее поглощение органического вещества в
отдельные сроки отмечали для второго гумусового горизонта.
Почвообразующая порода поглощала, в основном, более 80%
поступающего в нее органического вещества.
Фракция органического водорастворимого вещества,
аналогичная по поведению гуминовой кислоте, всеми почвами
закреплялись полностью. Но 10—20% фульвокислот (или соединений,
соответствующих им) проходили сквозь призму почвы, высотою 20
см.
Данные показывают, что поглощение органического вещества
из водных растворов, прошедших через подстилку, широко
распространенное явление и поэтому, весеннее и осеннее обогащение
почвы органическим веществом вполне возможно. В августе
подстилки уже отмыты от водорастворимых органических
соединений и, частично, или полностью разложены. Поэтому именно
в этот период содержание гумуса в почве наименьшее.
Как уже было видно из приведенных данных, параллельно
изменению в содержании гумуса, меняется содержание в нем
Сгк/Сфк. Оно также меняется в течение сезона, в многолетнем цикле,
вековом. Формулы группы исследователей (Б.Н. Золотарева и др.),
приведенные выше показывают тренды в этих изменениях в разных
почвах. М.И. Дергачева [1989] установила, что в годовом цикле в
дерново-подзолистой почве Сгк/Сфк меняется от 0,4 в октябре до 0,9
в декабре, в дерново-подзолистой от 0,5 до 1,5; в черноземе
обыкновенном от 0,5 до 4 и т.д.
Следует признать, что этот факт (изменение соотношения
Сгк/Сфк в течение сезона), впервые твердо установленный
М.И. Дергачевой, вполне доказан. Изменчивость этого отношения в
принципе соответствует изменчивости самого содержания гумуса в
почвах.
Итак, содержание гумуса в почве изменчиво в течение сезона,
что связано с поступлением растворов, содержащих органическое
вещество, из подстилок, колдана, с деятельностью почвенных
животных, микрофлоры, потребляющих органическое вещество
почвы.
-224-
Содержание гумуса в почве в одном и том же ее объеме
меняется также по годам, что связано с варьированием в поступлении
опада, с поселением разных растений на данной почве, со случайным
влиянием фауны и микрофлоры.
Следует обратить внимание на зависимость накопления и
сработки гумуса от глубины залегания горизонта. Так, в слое 0-25 см
при зарастании пашни кустарником (естественное восстановление
растительного покрова) содержание гумуса увеличивается со
скоростью 0,5 т/га в год, в слое 25-70 см со скоростью 0,1 т/га в год.
Деятельность человека - кардинально изменяет почву, поэтому
ее оценка не включена в данную работу. Сработка гумуса в
погребенном слое 20-25см идет со скоростью 0,15% в год, в слое 25-
30 - 0,015%, т.е. на порядок медленнее. Это объясняет, почему
гумусовые слои сохраняются при погребении очень долгое время.
Динамика значений pH
Любое почвообразование связано с изменением pH породы. Это
положение впервые было выдвинуто В.В. Геммерлингом [1910],
который полагал, что преобразование породы в почву проходит
сначала щелочную стадию, а затем уже почва подкисляется.
Изменение pH почвы связывают с растворами, прошедшими сквозь
полог растений и подстилку. Иногда дождевые воды, обмывающие
растения (ель, березу) имеют pH = 3, но в целом, pH дождевых вод,
прошедший сквозь кроны, колеблется в пределах 4,6-6,6 (если нет
загрязнения).
Лесные подстилки обладают относительно низкими значениями
pH (4-5). Связано подкисление почв и с обменными реакциями между
почвами и корнем. Корень, поглощая катионы (К+, Са2+), выделяет Н\
поглощая анионы (no;, ро’ ), выделяет анионы (нсо;).
В пределах БГЦ pH варьирует, как и многие другие почвенные
свойства, что доказывает связь pH с процессами почвообразования.
Отмечается, что под разными растениями pH не только
различается, но и динамика этого параметра в течение сезона не
совпадает, что хорошо продемонстрировала Л.Б. Холопова [1982] и
В.А. Бганцова [1991].
Так, у ствола ели pH горизонта А1 колеблется в течение сезона в
пределах 4,6-4,4-4,5, на расстоянии 0,7 м от ствола 4,5-5,2-4,6 (май-
июнь-октябрь). Эти различия в самом ходе динамики
прослеживаются и в горизонте А1А2.
О роли растений в создании определенного уровня pH
свидетельствуют данные В.В. Снакина [1992], который с помощью
-225-
ионообменных электродов доказал суточную динамику pH (табл.
5.80) даже у чернозема обыкновенного. При этом амплитуда
изменения pH достигает значения 0,5 даже в черноземах. Наименьшая
амплитуда изменения в серой лесной почве. Возможно, устойчивость
pH серых лесных почв по сравнению с черноземами связано с более
постоянной влажностью верхнего слоя этих почв и с более заметным
влиянием подстилки (опада).
Таблица 5.80. Изменение pH и рСа почвенного раствора при
изменении рС02 почвеного воздуха (В.В.Снакин)
Почва
Пара¬
метр
0
Зч
1сутки
2 суток
3 суток
4 суток
Черноз¬
ем обык-
новен.,
рС02
3,8
1,13
1,13
1,30
1,13
1,13
pH
7,0
6,5
6,5
6,6
6,6
6,7
рСа
2,0
1,0
1,9
1,9
2,1
2,2
Пойма,
дерново-
подзол.
рС02
3,8
1,07
1,07
1,07
1,07
-
pH
7,6
6,7
6,7
6,7
6,7
-
рСа
1,9
1,8
1,9
1,8
1,8
-
Серая
лесная
рС02
3,8
1,22
1,22
.1,22
1,22
-
pH
4,8
4,7
4,7
4,7
4,8
-
рСа
2,4
2,5
2,6
2,4
2,5
-
Наблюдается слабая связь pH с влажностью почвы (максимум
pH приходится на средние значения влажности, которая
прослеживается как в суглинистых, так и в супесчаных почвах). Но
амплитуда этих изменений очень мала (<0,1). В удобренных почвах
изменение pH с изменением влажности может быть более заметным.
Подщелачивание почв отмечается в пустынях под саксаулом,
где с листьями на поверхность почв поступает много Na, Са, К, Mg,
образующих соединения с высоким значением pH.
Окислительно-востановительный режим почв
Изменения влажности, температуры, pH влияют на химические
свойства почв, растворимость отдельных компонентов, обменные
реакции и т.д.
Еще одним фактором, влияющим на химизм почв, следует
признать окислительно-восстановительные условия. При
преобладании низких окислительно-восстановительных потенциалов
в почвах отмечается консервация органического вещества
(образование торфа), идут процессы аммонификации и
денитрификации, элементы с разной валентностью переходят в
состояние с низшей валентностью (в частности, Fe3+ в Fe2+).
-226-
В плакорных почвах степей ОВП обычно держится на уровне
500-600 мВ.
Дерново-подзолистые почвы характеризуются в летние месяцы
ОВП 400-700 мВ. При летнем затоплении ОВП в горизонтах А1 и А2
падает до 300 мВ.
В сероземах ОВП колеблется в пределах 350-600 мВ.
Обычно, восстановление химических соединений начинает
преобладать при ОВП ниже 400 мВ.
Динамика обменных катионов
Все указанные факторы влияют на состав и сумму обменных
катионов. По предположительным расчетам Е.А. Дмитриева (устное
сообщение) небольшое снижение в содержании гумуса влечет за
собой уменьшение емкости поглощения почв. В серых лесных почвах
динамика в сумме обменных катионов может достигать 3-4 мэ/100 г
почвы.
В дерново-подзолистой суглинистой почве содержание
обменных катионов колеблется в пределах нескольких мэ/100 г почвы
(табл. 5.81,5.82) по годам и в течение сезона.
Для обменных катионов также характерна разная динамика
обменных катионов в зависимости от положения образца в тессере (от
удаления от ствола дерева). Часто, в горизонте А1А2 динамика Са
противоположна динамике его в горизонте А1. На расстоянии 1,4 м от
дерева амплитуда динамики Са как правило наибольшая. Для
горизонта А1 характерны летние и осенние максимумы в содержании
обменного Mg. Содержание Са в горизонте А1 может и повышается
снижаться осенью.
Таблица 5.81. Динамика активности ионов (ммоль /л) в почвенном
растворе чернозема обыкновенного (Хомутовская степь) в течение
суток и сезона ( В.В.Снакин).
Ион,, срок
6ч
9ч
12ч
15ч
18ч
21ч
К+,1
0,65
0,54
0,49
0,59
0,59
0,60
“2
0,49
0,34
0,30
0,32
0,34
0,44
“3
0,43
0,43
0,42
0,47
0,58
0,55
“4
0,29
0,28
0,30
0,33
0,40
0,46
“5
3,3
3,5
4,8
2,6
2,3
1,0
N03, 1
5,0
0,92
0,17
0,16
0,12
0,36
“2
2,7
0,37
0,66
0,43
0,59
2,7
“3
0,86
0,50
0,55
0,64
0,53
0,48
“4
0,22
0,09
0,04
0,04
0,05
0,07
“5
1,1
0,74
0,39
0,33
0,31
0,29
-227-
Са2+ ,1
19,7
23,5
23,5
25,9
27,6
22,6
“2
35,2
36,7
34,2
38,5
32,4
36,8
“3
32,6
35,0
38,4
39,8
62,0
62,3
“4
49,8
34,6
32,0
51,0
44,0
42,5
“5
15,5
21,6
42,5
43,3
25,4
15,5
рн л
6,99
6,81
6,60
6,63
6,71
6,97
“2
6,85
6,82
6,83
6,79
6,71
6,97
“3
6,84
6,64
6,65
6,00
5,55
6,65
“4
6,52
6,54
6,48
6,58
6,42
6,64
“5
5т88
6,41
6,46
6,62
5,88
6,15
ОВПД
595
612
622
620
615
602
“2
587
584
563
561
563
575
“3
582
591
590
588
591
592
“4
589
590
584
578
593
592
“5
551
548
564
582 1
584
568
Примечание:!- 3...4.IV; 2- 10...13V; 3- 25...27 VI;4- 30VII...3.VIIl;5-
19...21.Х1.
Таблица 5.82 Динамика обменного А1 (мг-экв/100г) в дерново-
подзолистой почве (Л.Б.Хололова, 1982)
Лес, возраст
Год
Горизонт
май
июль
октябрь
сосняк,20л
1969
А1
1,6
0,6
0,9
” м
А1А2
2,1
2,5
2,3
1970
А1
0,6
1,0
1,9
44 44
А1А2
1,1
2,5
2,8
Сосняк, 60,л
1969
А1
0,8
2,1
2,8
“ “
А1А2
0,8
2,9
2,2
“ “
\\970
А1
1,1
1,3
2,3
А1А2
1,4
2,1
3,1
Сосняк,78л
1971
А1
0,8
0,8
0,9
44 44
А1А2
0,9
0,8
1,3
1972
А1
0,7
1,4
1,0
46 44
А1А2
1,0
2,5
2,4
Липняк,80л
1969
А1
1,4
1,3
0,2
« сс
А1А2
1,4
2,4
0,9
4444
1970
А1
0,3
0,4
0,5
44 44
44 44
А1А2
0,5
1,0
1,3
Ельник, 85л
1971
А1
1,2
1,4
1,9
44 44
А1А2
2,2
2,5
2,8
44 44
1972
А1
1,1
1,4
1,0
44 44
44 44
А1А2
2,4
2,5
2,4
Березняк,50л
1971
А1
0,7
0,8
0,9
44 ”
«с «
А1А2
1,2
1,2
1,5
44 44
1972
А1
0,7
0,5
0,6
44 44
44 44
А1А2
1,3
1,4
1,3
Березняк,85л
1971
А1
1,0
0,7
1,1
44 44
44 44
А1А2
1Л
1,1
2,2
-228-
а и
1972
А1
0,8
1Д
1,0
“ “
А1А2
м .
1,9
1,6
Таблица 5.83. Динамика обменных Са и Mg ( мг-экв/100г) в дерново-
подзолистой почве ( Л.Б. Холопова, 1982)
Лес, возраст
Год
Горизонт
май
июль
октябрь
Са
Mg
Са
Mg
Са
Mg
Березняк,50л
1971
А1
5,8
2,7
5,1
2,4
5,2
2,0
А1А2
3,7
1,9
3,7
1,8
3,5
1,6
** “
1972
А1
4,9
2,2
5,0
2,2
4,4
1,8
«< и
44 “
А1А2
3,1
1,5
3,4
1,9
3,5
1,3
Березняк, 85л
1971
А1
4,1
2,1
4,0
1,8
4,3
2,0
U <«
“ “
А1А2
2,9
1,8
2,6
1,6
2,6
1,4
“ “
1972
А1
4,3
1,7
4,4
1,7
4,1
2,1
«с м
А1А2
2,8
1,4
3,2
1,5
2,6
1,2
Ельник, 85л
1971
А1
5,0
1,7
5,0
1,8
5,3
1,3
и «с
**44
А1А2
3,4
1,7
2,6
1,0
3,2
0,9
UU
1972
А1
7,6
1,7
5,4
1,1
6,4
1,3
“ “
44 44
А1А2
3,4
1,7
2,6
1,0
3,2
0,9
Сосняк,78л
1971
А1
5,8
2,3
5,1
1,8
5,4
1,5
“ “
44 44
А1А2
4,3
1,6
4,0
1,4
3,9
1,2
1972
А1
5,2
1,6
5,5
1,7
4,7
1,2
44 44
А1А2
3,8
1,1
4,2
1,4
3,1
и
Эти данные подтверждаются материалами по мерзлым почвам
(табл.5.84).
Они также свидетельствуют о динамичности содержания и
состава обменных катионов в почве как характеристики почвы.
Установлены сильные колебания в содержании обменных
катионов в холодных почвах. Возможно, это - свидетельство
глубокого воздействия мерзлоты на почвы, их химические свойства.
Более постоянная величина - степень насыщенности почв,
которая, очевидно, связана со всем комплексом условий и более
стабильна в естественных условиях.
Хотя можно говорить о незначительном повышении
насыщенности к середине лета.
Можно предположить, что емкость поглощения катионов
зависит, кроме гумуса от самой поверхности почвенных частиц,
свойств коллоидов. Косвенно, в пользу этого предположения
свидетельствует динамика нерастворяющего соли объема почвенной
воды. Он меняется в течение вегетационного периода, что
-229-
определяется особенностями коллоидов, их изменчивости в течение
года (табл.17.20).
Таблица 5.84. Динамика обменных катионов в холодной дерново¬
таежной почве (О.И.Худяков)
Глубина.
см
Обменные катионы
Гидролитическая кислотность
Насыщенность, %
8.04
10.06
10.07
8.04
10.06
10.07
8.04
10.06
10.07
1-2
66,3
38,0
81,7
21,5
6,2
7,4
76
86
92
5-10
32,7
30,5
35,7
5,6
6,9
6,8
85
89
84
10-15
24,2
37,5
31,4
4,5
7,5
4,6
84
83
87
20-30
17,6
29,4
32,7
1,2
5,3
6,2
87
84
64
40-50
22,0
46,3
48,5
1,2
4,6
4,8
95
91
91
Все материалы согласно говорят о динамичности свойств
почвенной матрицы, о ее способности к циклическим изменениям в
течение годового цикла. Известно, что изменение состава
поглощенных катионов меняет ряд свойств почвенной матрицы.
Цикличность в таких изменениях, вполне вероятна.
Меньше данных о динамичности других свойств почв. Так,
существуют материалы о динамике двух- и трехвалентных
соединений Fe в вытяжке 1 н и 0,1 н серной кислоты. Из почвы в
раствор поступают разные количества Fe , при этом в периоды
переувлажнения почв содержание Fe заметно увеличивается
(табл.5.85).
Таблица 5.85. Величина нерастворяющего объема воды и других
показателей в темно-серой лесной почве. Пущино.( по Т.А.
Полубесовой)
Дата
Нерастворяющий соли объем, %
pH почвеного
раствора
Влажность, %
0.01 н. NaCl | 0,05 H.NaCl
Слой 0 - 20 см
21.05
7,5
3,2
8,3
13
4.06
6,5
2,9
8,43 _
17
10.07
7,9
3,8
7,96
22
29.07
9,1
4,4
8,00
22
Слой 20 - 30 см
21.05
6,2
5,7
7,75
16
4.06
6,8
5,4
7,40
13-
10.07
8,_7
4,8
7,28
21
29.07
8,1
7,2
7,55
22
Слой 30 - 50 см
-230-
21.05
14,5
7,1
7,59
15
4.06
14,2
6,5
7,32
17
10.07
13,9
5,3
6,74
20
29.07
14,0
7,2
7,17
21
При использовании ионита КУ-2 удалось уловить динамику Fe в
почве. Содержание формы Fe, которая поглощалась катионитом,
измерялось 0,5-2 м-мол/100 г ионита, с максимумом в конце мая и
начале октября. Есть данные [Ногина, 1960] об интенсивной
динамике форм Fe, извлекаемой вытяжкой Тамма. Но эти данные
очень спорны, тем более что, как показали исследования
A.К. Дегтяревой [1990] на Яхромской пойме (Московская обл.)
несколько последовательных Таммовских вытяжек (а тем более Мера-
Джексона , как выяснил Ф.Сегален) извлекают почти все валовое
железо из почвы.
В целом, амплитуда динамики Fe в почве, тех ее форм, которые
переходят в 1 н Н2 SO4, измеряется до 100 мг/100 г почвы.
О динамике подвижных, водорастворимых солей в почвах
имеется богатейшая литература. В ней проанализирована
естественная динамика солей, динамика связанная с орошением,
промывкой. В.А. Ковда [1937, 1946], Б.Б. Полынов [1936],
B.Р. Волобуев, Н.Г. Минашина, Ф.И. Козловский, Г.И. Андреев
вскрыли основные закономерности миграции солей в почвах.
Изменения в содержании солей колеблются от сотых долей % до
целых % от массы почвы. Установлено, что при опускании уровня
грунтовых вод они обычно уменьшают свою концентрацию, и,
наоборот, при подъеме фунтовых вод их концентрация
увеличивается. Поступление воды в верхние горизонты и фильтрация
вниз по профилю почвы приводит к частичному рассолению почв,
выносу солей. Капиллярный подток засоленных вод в почвенный
профиль приводит к его засолению.
В целом, в естественных условиях максимум растворимых солей
почве наблюдается в летние месяцы, минимум - в зимне-весенние.
Само присутствие солей в почве влияет на потенциал почвенной
влаги, понижая его. Меняется доступность питательных веществ
растениями, часто она (для N,P,K) уменьшается. Изменяется качество
специфической поверхности почв (ее кислотные и другие активные
центры).
Обычно, динамика солей четко определяется сезонностью.
Влияние биоты сказывается в перехвате воды, что приводит к
засолению почв на глубине этого перехвата. Но есть случайные
факторы, влияющие на засоление: выбросы землероев (сурки,
суслики) засоленной подпочвы на поверхность почв. В этом случае
-231-
происходит катастрофическое засоление и идет медленное
последующее рассоление.
Засоление заметно проявляется в степях, полупустынях и
пустынных почвах, а также в поймах рек. В последнем случае в почву
привносятся: в северных реках Са и Fe, в южных - Са, Na, SO, Cl.
Приморские марши обычно засолены во всех климатических
поясах. Но если они изолируются от моря, от засоленных вод, то в
них, в гумидной зоне идет интенсивный процесс рассоления (колодцы
Нидерландов). При этом за 10-15 лет рассоление охватывает толщу
1,5-2 м.
Итак, анализируя все те изменения, которые происходят с
химическими свойствами почв, можно придти к следующему
заключению.
Таблица 5.86 Динамика обменных катионов в темно-серой
суглинистой почве, Пущино.
Дата |
Са, м-э/100 г |
Mg м-э/100 г |
К м-э/100 г |
| I м-э/100 г
Слой 0-20 см
21.05
13,4
1,7
0,17
15,2
4.06
13,1
1,7
0,12
15,0
1007
14,3
1,8
0,27
16,4
29.07
17,4
0,9
0,25
18,6
Слой 20-30 см
21.05
13,5
1,2
0,16
14,9
4.06
13,0
2,2
0,12
i3,3
10.07
16,6
0,9
0,24
17,7
29.07
16,6
2,8
0,24
18,6
Слой 30-50 см
21.05
13,8
1,6
0,13
15,5
4.06
15,3
1,6
0,08
16,9
10.07
19,1
3,0
0,20
22,2
29.07
19,3
2,2
0,19
21,1
-232-
Таблица 5.87 Динамика растворимых в 1,0h.H2SO4 веществ в поверхностно-подзолистой песчаной почве,
экв/100г, ( даты: 1-18.05; 2- 25.06; 3- 23.09, P.M.Морозова,1978)
L
S
Fe-орган..
соединения
СО
Ov
1
1
f
1
1
.
1
,
1
о
о
о
о
CS
cs
CO
cs
,
CO
СО
CO
со
о
TJ-
•п
о
cs
со
1
,
-
r-
VO
о
00
VO
cs
cs
о
CS
VO
VO
00
-
о
о
cs
CO
•
,
+
(N
fe
со
1
cs
о
cs
<N
CO
OS
cs
r«*
cs
со
cs
-
о
00
rr
r-
cs
о
о
о
о
о
о
о
о
о
©
о
о
о
+
со
w
fe
со
CN
CO
Os
CO
2
«П
я
*r>
so
о
00
cs
3
г-
00
w->
г
г-
*Л1
5
Tf
wo
cs
wo
s
w-i
r-
о
cs
о
os
VO
§
s
Os
CO
00
os
CO
cs
rr
о
со
о
«п
о
о
1Л
TJ-
00
VO
VO
rr
r-
Tf
г-
so
o
VO
1
-
$
Os
s
CO
ON
Os
cs
so
Tf
5
VO
•о
5
3
?
г-
Tf
VO
о
r-
Г»
wo
VO
wo
1
1
<
со
W>
cs
1
r-
8
v>
Г"
«о
§
cs
CO
vq
cs
cs
со
«о
о
со
со
CS
00
я
Ov
VO
00
о
s
&
00
о
со
cs
o>
00
§
00
VO
m
VO
cs
W4
со
CO
s
cs
CO
CO
cs
§
г-
о
CS
«Л
•о
ОО
Tf
о
СО
СО
о
00
о
oo
о
Os
VO
,
.
-
cs
os
NO
CO
ЧО
о
so
CO
os
cs
CO
v>
cs
о
cs
<N
OS
oo
V)
со
w->
v~)
Os
rj-
со
OS
Tf
wo
cs
oo
о
Ox
CN
oo
.
(N
О
со
CO
cs
со
CO
Os
OS
ТГ
«о
oo
«о
©
VO
OS
со
;?
cs
43-
о
VO
VO
OS
Т*
CO
CO
wo
CN
r-
CO
о
Tf
VO
VO
о
cs
о
<N
Tf
r-
тГ
Os
о
wo
со
r-
г->
CS
со
со
СО
со
cs
<Л
CS
со
cs
cs
CO
о
w->
CS
CN
t
,
-
OS
cs
00
со
*n
00
so
00
3
cs
CO
os
го
о
со
*Г)
со
ОО
со
v>
wo
?!
r*>
cs
CO
cs
CO
О
со
о
Г"*
чэ-
s
cs
CO
w->
00
cs
cs
VO
VO
CS
со
Tf
CO
CN
-
о
cs
3
CO
cs
CO
00
-
OS
1^
00
so
VO
VO
CO
wo
VO
so
U
-
»o
©
«о
os
*r>
s
£
s
OS
wo
3
OS
wo
as
VO
wo
Г-
«о
•о
VO
w->
<o
s
00
Ю
1
1
Глубина,
см
СО
6
«о
«
CO
о
1
<n
1
о
о
CO
1
о
cs
§
•
о
со
[40-50 1
о
VO
1
о
0
Г'
1
о
00
1
гг
180-90 1
о
0
1
Ц00-120 |
1120-1401
о
VO
©
rr
T—«
о
00
1
1180-200 |
о
r-
cs
1
о
я
1280-300 |
Горизонт
<
cs
<
5
cs
со
u
1. Есть стабильное химическое свойство - валовый состав почв.
Его изменяет длительный, трендовый, направленный и необратимый
процесс. Основные изменения валового состава сопряжены в природе
с привносом и выносом материала. Поэтому привнос свежего
материала (аллювий, пирокластические отложения) может создавать
видимость цикличности для валового состава верхних горизонтов.
Отложения пепла или песка близкого к одному из предыдущих
отложений по составу, приводит к определенной цикличности у
валового состава. Но собственно процессы выветривания и
почвообразования трендовы, необратимы и приводят к изменению
состава почв.
2. Часть почвенных свойств зависит от таких параметров, как
влажность и температура. К ним относятся концентрация почвенного
раствора, диффузия, реакции обмена между раствором и твердой
фазой.
Эти свойства обратимы и цикличны при возвращении почвы к
исходному состоянию температуры и влажности восстанавливаются и
эти параметры.
3. Часть химических свойств почв связана с биотой, с
биологическим круговоротом веществ, с поступлением и
разложением органического вещества в почве. Таким свойством
следует считать гумусированность почв.
4. Понятно, что все химические свойства зависят и от других
факторов (содержание и состав гумуса также зависит от температуры
и влажности почвы).
5. Разная степень зависимости от условий жизни почвы
определяет разный характер динамики почвенных свойств. Так,
валовой состав в отсутствии катастрофических поступлений
материала в почву (или, наоборот, сноса почвенных горизонтов)
обладает слабым трендом к направленному изменению, которое
трудно уловить в нормальных почвах.
Свойства, зависящие от влажности и температуры,
обнаруживают циклический характер динамики, связанный с
циклическим увлажнением и иссушением почв.
Те свойства, которые определяются биотой, имеют четкую связь
с периодами наибольшей биологической активности. Например,
значения pH максимальны или минимальны в июле-августе, времени
наибольшего развития растений.
Кривые изменения содержания веществ в почвах имеют или J1-
образную или U-образную аппроксимирующую форму.
Следует отметить, что даже циклические изменения могут
случайно выйти за пределы обратимости и привести почву к новому
-234-
состоянию, например, сильное подкисление, пусть временное, почв
может привести к выщелачиванию некоторых веществ (Fe, Са) и к
формированию новой экосистемы.
Ясно, что настоящее влияние биоты, в том числе растений, на
почвы, сказывается в первую очередь на свойствах, которые связаны с
процессом снабжения растений водой и пищей.
Поэтому питательный режим почв необходимо оценить
отдельно от других химических свойств почв.
Динамика свойств почв показывает периоды разного
обеспечения растений питательными веществами и водой и периоды,
в которые наиболее важно снабжение растений этими веществами.
Различия в динамике в разных компонентах почвенного покрова
позволяет растениям использовать эти компоненты в разные периоды
своей жизни.
Динамика химических свойств почв и их цикличность позволяет
оценить возможность тех или иных почвенных процессов в профиле
исследуемых почв.
Наблюдения покакзывают, чторастворимое органическое
вещество может поступать в слой 20-40 см и увеличивать там
содердание гумуса.
Питательный режим почв
Потребление растениями веществ из почвы связано с их
доступностью, подвижностью в почве. Растворяясь в воде, эти
соединения активным или пассивным транспортом поступают в
корень. Часть вещества попадает в корень в результате обменных
реакций. Изучение подвижных форм главных, необходимых
питательных соединений опирается на систему вытяжек,
имитирующих растворяющее воздействие корней. Сюда относят
водные, слабокислотные, щелочные вытяжки, солевые растворы.
Поэтому следует помнить об ограниченности термина
“подвижность”. Он говорит лишь о растворимости вещества в данном
реактиве. Все эти методы основаны на отборе образцов почв и
анализе их в лаборатории. При этом, каждый последующий образец
берется из нового места в пределах поля, леса и т.д.
Отбор образцов позволяет лишь статистически оценить
изменения в содержании питательных веществ. Поскольку
отобранные образцы анализируются в сравнительно постоянных
лабораторных условиях, то трудно уловить этими методами влияние
температуры на подвижность веществ в почве.
-235-
В настоящее время разрабатывается методы, позволяющие
анализировать подвижные вещества в почве без отбора образцов. К
таким методам относят ион-селективные электроды, настроенные на
какой-то один ион и метод ионитов, извлекающих из почвы сумму
разных ионов, в зависимости от типа ионита. Электроды измеряют
активность ионов в почве и с этой поправкой дают возможность
охарактеризовать содержание подвижных элементов в почве. Иониты,
обычно помещают в целлофановые пакеты (мембраны) и сквозь нее
они поглощают ионы. Обычно катиониты насыщают Н, а аниониты
ОН. Эти ионы обмениваются на К, Са, Na, NH4, Fe, РО4, SO4, NO3.
Новые методы позволили организовать непрерывные наблюдения за
динамикой веществ в почве и выявить некоторые особенности в
динамике подвижных веществ, ранее ускользавших от внимания
исследователей (T.J1. Быстрицкая, В.В. Снакин, Н.П. Орехова,
Е.В. Турченкова и др.).
Подвижные питательные вещества
Содержанием подвижных веществ в почве управляют
следующие факторы: растворимость этих соединений в воде,
влажность почвы, ее температура, фаза развития растений и их масса,
поступление элементов с дождями, опадом, из воздуха
(азотфиксация), диффузия из других горизонтов почвы, в том числе в
корневую зону.
Многочисленные агрохимические исследования показали, что в
течение лета отмечается минимум в содержании питательных
веществ в почве, приходящийся на период наибольшего прироста
фитомассы.
Такая динамика характерна для соединений N, Р, К. Резкое
снижение в потреблении питательных веществ приводит к
возрастанию количества этих соединений в почве.
Причины динамики питательных веществ
Восстановление, если не исходного, то близкого к исходному,
содержания подвижных питательных веществ, зависит, в первую
очередь, от потенциального запаса этих веществ в почве. Потенциал
определяет возможность пополнения почвенного раствора и
почвенного поглощающего комплекса подвижными, доступными
растениям веществами.
Нерастворимые соединения переходят в растворимые, а те - в
раствор и оттуда - в растения. Запас нерастворимых соединений
-236-
может постоянно пополняться, а может постоянно обедняться, что
приводит к обеднению почвы питательными веществами. Возможно,
с пополнением запасов подвижных веществ в результате
установившегося равновесия межоу твердой фазой, обменным
комплексом, раствором связан эффект, который установил
А.Н. Лебедянцев. При высушивании (хранении) образцов почв в них
возрастает количество подвижных соединений азота. Типичная
кривая содержания (потребления) питательных веществ имеет
несколько максимумов и минимумов, обязаны периодам
интенсивного и не интенсивного потребления питательных веществ
растениями (рис.5.6).
~aML-
2 4 6
зима весна лето осень зима
winter spring summer autumn winter
Рис.5.6 Общие закономерности динамики питательных веществ в
лесных почвах. 1-апрельский максимум. 2-майское потребление при
распускании листьевЗ-ерерыв в потреблении.4- прирост деревьев в
высоту.5-перыв в потреблении.6-прирост деревьев по толщине. 7-
осеннее поступление веществ с опадом.
Достижение такого же равновесия можно наблюдать на парах,
где отсутствие потребителя приводит к равновесному состоянию почв
(табл.5.88).
Таблица 5.88. Содержание нитратов в суглинистых бурых почвах
Англии при бессменных 50-летнем паре и посеве пшеницы, мг/кг
Угодие
слой,
см
июнь
1911
июль
1912
Пар
0-22
12
8
23-45
9
10
Пшеница
0-22
4
2
23-45
2
3
-237-
Таблица 5.89. Минерализация органического азота в пахотном слое
почвы на чистых парах [Справочная книга..., 1969]
Почва
Запас гумуса,
т/га
Накопление N03,
кг/га
Минерализация гумуса
т/га
% исходного
Дерново-подзолистая
3,0
60-90
1,1-1,6
2,0-3,0
Серая лесная
5,6
65-78
1,2-1,4
1,2-1,4
Чернозем
выщелоченный
П,6
75-90
1,6-1,9
0,7-0,8.
Чернозем типичный
14,1
85-105
1,7-2,3
0,6-0,8
Чернозем
обыкновенный
8,8
85-120
1,6-2,3
1,0-1,5
Эти данные показывают, что содержание гумуса связано с
питательным режимом почв и их богатством. Но существуют данные
[Кулаковская, 1980] что в супесчаных дерново-палево-подзолисгых
почвах Белоруссии увеличение содержания гумуса свыше 2% не
приводит к увеличению урожая. Тесная корреляция отмечается в
диапазоне 0-2% гумуса. Почти такие же данные приводит
Н.Ф. Ганжара. Но запасы гумуса следует оценивать не только как
источник подвижных питательных веществ на сегодняшний день, по
как потенциальный запас питательных веществ и как фактор,
улучшающий физические свойства почв.
Роль температуры в динамике питательных веществ в почве
Как уже упоминалось, увеличение температуры почвы приводит
к повышению концентрации веществ в почвенном растворе, ускоряет
диффузию веществ в почве, усиливает обмен между почвенным
поглощающим комплексом и ионами раствора.
На практике высокие летние температуры не увеличивают
содержания питательных веществ в почве. В летний период действует
энергично другой процесс - потребление питательных веществ
растениями и поэтому резкое снижается их содержание в почве.
Обычно, динамика питательных веществ затухает в слое ниже 20 см.
Она заметна лишь в слое распространения основной массы корней
[Холопова, 1982]. Это связано с меньшим количеством корней в
глубоких слоях, их более высокой влажностью и, соответственно,
более быстрым выравниванием концентраций питательных веществ в
горизонте. Последняя причина, возможно, главная. Поэтому в
районах, где верхний слой почвы быстро пересыхает, а влага
сохраняется в нижних слоях, потребление питательных веществ идет
из нижних горизонтов в первую очередь. Опыт с внесением
удобрений на разную глубину в слитой чернозем Кубани показал, что
-238-
по сравнению с контролем (не удобренный орех грецкий)
экспериментальные растения поглощали питательные вещества из
нижних горизонтов в заметных количествах (табл.5.90). При этом
содержание питательных веществ в нижних слоях практически не
менялось.
Таблица 5.90. Поступление N, Р, К в листья ореха грецкого с разной
глубины слитого почвы чернозема в течение 12 дней, % к контролю
[Карпачевский и др., 1989]
Элемент
Глубина
внесения,
см
1
2
3
4
5
6
9
10
12
Средне
е
N
5
67
95
101
118
73
80
110
51
67
78
20
93
72
78
112
93
118
102
86
84
90
50
67
89
118
96
60
103
88
76
89
87
100
125
124
114
146
79
125
57
49
133
106
К
5
74
101
101
77
117
119
93
96
88
96
20
117
114
106
111
121
107
114
123
82
107
50
92
90
87
91
129
103
89
90
73
94
100
95
105
95
84
133
112
103
100
75
102
Р
5
75
130
79
75
90
101
99
87
97
91
20
104
93
93
92
96
103
103
103
89
97
50
97
96
104
92
107
108
99
86
89
98
100
100
93
100
88
104
97
110
89
93
98
Амплитуда динамики питательных веществ в почвах составляет
(для разных элементов) от нескольких мг до десятков их (что,
конечно, зависит также от метода определения). Как уже отмечалось
выше, в засоленных почвах сезонная динамика растворенных солей
определяется водным режимом, преобладанием восходящих и
нисходящих токов воды в почве.
Круглогодичные наблюдения за содержанием в почвах
подвижных К и Р показали, что при переходе среднесуточной
температуры через 5°С в почве резко увеличивается содержание
питательных элементов. В зимний период отмечается относительно
постоянное содержание питательных элементов в почве. Повышение
температуры ускоряет диффузию веществ в почве, увеличивает
поглощение К почвенным поглощающим комплексом. В хорошо
прогреваемых почвах при наличии воды подток питательных
элементов к корням растений весьма значителен. Возможно, что
именно этим обстоятельством (связанным с приуроченностью к
субтропикам и тропикам) объясняется высокое плодородие
ферраллитных почв.
-239-
Поведение подвижных веществ в экосистеме
Для солей период динамики достигает сотен и тысяч лет. При
движении растворов сквозь почву происходит их хроматографическое
разделение [Полынов, 1955], что связано с разной подвижностью С1,
S04, С03 (быстрее движется CI, затем S04, медленнее всех С03),
поэтому в сторону движения растворов увеличивается отношение
CI/SO4 И SO4/CO3.
К подвижным питательным веществам также применимы
закономерности движения солей. Питательные элементы также
выносятся с нисходящим током воды. Особенно это четко
прослеживается на парах, в лесных парцеллах, лишенных травяного
яруса. В этих условиях часто горизонт А1А2 богаче питательными
веществами, чем горизонт А1.
Но, как уже неоднократно говорилось, главный регулятор
динамики питательных веществ в почве - фитоценоз. Потребление
растениями питательных веществ из почвы определяет колебания в
их содержании. При этом, хотя вынос питательных веществ
несоизмерим с их запасами в почвах (табл. 18.5), опыт сельского
хозяйства показывает, что внесение удобрений во многих случаях
продуктивно и приносит заметную прибавку урожая. Действительно,
даже в слое 0-20см запасы питательных веществ на 2-3 порядка
превышают вынос их растениями. Теоретически, без поступления
питательных веществ в почву из атмосферы почвенных запасов
должно бы хватить на 500-1000 лет. На практике большая часть
питательных веществ недоступна растениям, что и подтверждается их
отзывчивостью на удобрения. Недоступные сегодня питательные
вещества становятся доступными завтра, постепенно переходят в
доступную форму. В почве идет и противоположный процесс -
превращение доступных веществ в не доступные для растений
соединения. В этом случае постоянное поступление питательных
веществ из атмосферы или с удобрениями чрезвычайно важная статья
прихода.
Таблица 5.91. Запасы в почвах и вынос растениями питательных
веществ [Справочная книга..., 1969]
Суглинистая почва
Запасы в почве, т/га
Вынос из почвы,
кг/га год
0-20 см
0-100 см
N
К20
Р205
N
К20
Р205
N
К20
Р205
Дерново-подзолистая
3,3
90
3
6,6
450
12
19
26
8
Серая лесная
5,6
50
4
9,4
320
10
22
27
9
Чернозем выщелоченный
9,4
50
4
26,5
250
10
22
27
9
-240-
Чернозем типичный
11,3
50
6
35,8
250
10
23
25
9
Чернозем обыкновенный
7,0
50
4
24,0
250
10
23
25
9
Темно-каштановая
5,6
60
4
15?2
350
12
21
22
8
Серозем типичный
2,8
60
5
8,6
400
13
39
43
14
Краснозем
4,7
7
48
10,5
50
150
-
-
-
Расход питательных элементов из почвы определяется
биологическими особенностями растений, их химическим составом
(табл.18.6).
Таблица 5.92. Средний состав некоторых сельскохозяйственных
растений, % на а/с массу
Растение
N
Зола
К20
Na20
СаО
MgO
Р205
Пшеница озимая, зерно
2,80
1,73
0,50
0,06
0,07
0,15
0,85
Рожь озимая, зерно
2,20
1,83
0,60
0,06
0,09
0,12
0,85
Кукуруза, зерно
1,91
1,23
0,37
0,01
0,03
0,19
0,57
Гречиха, зерно
1,80
1,15
0,27
0,07
0,05
0,15
0,57
Горох, зерно
2,08
2,70
0,40
0,22
0,02
0,35
0,67
Люпин синий, зерно
4,80
3,68
1,14
0,03
0,28
0,45
1,42
Хлопчатник, семена
3,00
3,90
1,25
0,02
0,20
0,54
1,10
Лен, семена
4,00
3,27
1,00
0,07
0,26
0,47
1,35
Подсолнечник, семена
2,61
3,30
0,96
0,10
0,20
0,51
1,35
Горчица, семена
4,50
3,61
0,59
0,20
0,70
0,37
1,46
Чай, листья
4,70
5,70
1,90
0,14
0,46
0.50
0,36
Хмель, шишки
3,22
6,56
2,30
0,15
1,10
0,36
1,11
Свекла сахарная корни
0,24
0,57
0,25
0,07
0,06
0,05
0,08
Картофель, клубни
0,32
0,97
0,60
0,02
0,03
0,06
0,14
Клевер красный в цвету,
1,97
5,38
1,60
0,11
2,01
0,63
0,56
Виноград, лоза
0,17
0,85
0,50
0,01
0,07
0,04
0,14
Овес, зерно
2,30
2,88
0,50
0,05
0,16
0Д7
0,85
Рис, зерно
1,20
5,26
0,32
0,12
0,07
0,18
0,81
Ячмень, зерно, яровой
2,10
2,55
0,55
0,10
0,10
0,16
0,85
Фасоль, зерно
3,68
3,90
1,72
0,06
0,24
0,29
1,38
Соя, зерно
5,80
2,84
1,26
0,03
0,17
0,25
1,04
Прнмечание. N - м.б. N2 ? а/с ?
В растениях содержание N, например, колеблется в пределах
0,18 до 5%, К2 О - 0,25 ...2.30%, Р205 - 0,07... 1,02. Сам урожай
варьирует в не меньшей степени от 100мг до 100 г зеленой массы на
одно травяное растение и до 4-7 кг листвы на одно дерево. Поэтому
динамика питательных веществ в первую очередь будет связана с
типом БГЦ или агроценоза, в котором функционирует почва.
По содержанию валовых количеств можно предположить, что
калия, например, как не возобновляемого ресурса должно хватить для
получения среднего урожая на 10000 лет, Р-на 1000 лет (без учета
-241-
возврата этих элементов в почву). Но, очевидно, естественные БГЦ по
своему круговороту почти сбалансированы. Поэтому они
существуют, практически, бесконечно долго (сменяя лишь друг
друга), и не снижают своей общей продуктивности. В то же время
агроценозы чутко реагируют на удобрения.
В естественных БГЦ борьба за питательные элементы между
растениями идет также энергично, как и в агроценозах. Для
естественных БГЦ тоже характерны различия в потреблении
питательных веществ в разные периоды сезона.
Обращает внимание резкое возрастание содержания азота в
травах, когда окопкой снимается влияние деревьев. Специальные
опыты показали, что лишь при внесении азота в дозе более 25 кг/га
травяной ярус реагирует на него. В обычных лесах при меньшей
норме N деревья перехватывают азот, поступающий в почву как с
дождевыми осадками, так и при азотофиксации. При этом фиксация
азота варьирует по годам. Так, клевер александрийский в 1-й год
пользования фиксирует 38 кг N/ra, в 2-й год - 88 кг N, в 3-й - 1-62 кг,
в 4-й-31 KrN/год.
Неравномерно распределена фиксация N из атмосферы и в
течение сезона, что связано с влажностью и температурой почвы.
Динамика питательных веществ в почвах, таким образом, зависит от
климата, погоды, типа БГЦ, компонентов фитоценоза и микробного
комплекса, осадков и их химизма, свойств почв. В агрохимии
установлено, что внесение 45 кг/га N повышает урожай на 7-40%, то
же количество Р на 3-30%, К - на 2-15%. Если такое количество
удобрений действует на урожай, то значит, содержание доступного
количества этих элементов ограничено. По содержанию валовых
количеств N, Р, К можно полагать, что калия вполне достаточно в
почве. Если пересчитать внесение дозы удобрения (45 кг/га), то
окажется, в слое 0-10 см они составляют 4,5 мг на 100 г почвы. По
многолетним исследованиям агрохимиков эта величина соответствует
низкой обеспеченности почв питательными элементами (табл. 18.7).
Таблица 5.93. Обеспеченность почв питательными элементами в слое
0-40см [Минеев, 1990]
Обеспеченность
N-N03,
мг/кг
К20,
мг/Ю0г
Р205,
мг/кг
В,
мг/кг
Мп,
мг/кг
Мо,
мг/кг
Zn, мг/кг
Очень бедная
0-5
0-4
<5
0,1
<1
<0,05
<0,02
бедная
5-10
4-8
6-10
0,1-0,2
1-10
0,05-
0,15
0,34,0
среднеобеспеченн
ая
10-15
8-12
11-15
0,3-0,5
11-50
0,2-0,25
1Л-3.0
богатая
15-20
12-25
15-25
0,6-1,0
51-100
0,3-0,5
3,1-5,0
очень богатая
>20
>25
>25
>1
>100
>0,5
>5
-242-
Внесение удобрений в почву - существенно влияет на циклы
элементов в экосистемах. Следует также отметить, что для разных
почв шкалы обеспеченности разные, и получены они разными
методами. Поэтому прямое сравнение содержания подвижных
элементов в разных почвах, как правило, не корректно, требует
больших поправок. Но как сравнительные характеристики разных
почв эти показатели весьма полезны. Для почв получены данные по
оптимальному содержанию в них доступных питательны
веществ(табл. 18.8).
Таблица 5.94. Оптимальные для агроценозов на суглинистых почвах
почвенные параметры (Минеев, 1990]
Показатели
Чернозем
обыкновенн
Серая
лесная
Дерново¬
подзолиста
Серозем
типичны
ый
я
й
Г умус, %
7
3
2,5
1,3
Азот, %
0,30
0,20
0,15
0,14
Фосфат подвижный,
мг/100 г
20
20
20
4
Калий обменный, мг/100г
35
20
15
400
Они свидетельствуют, что роль удобрений не только в
пополнении запасов питательных веществ в почве, сколько в
интенсификации круговорота этих веществ, в ускорении их циклов.
Наблюдения показывают, что злаковые, в частности пшеница и
ячмень, максимальное количество N, Р, К из почвы потребляют при
выходе растений в трубку. При наливе зерна расход резко снижается,
а содержание К в почве даже увеличивается. С этими периодами
коррелируют минимумы и максимумы в содержании питательных
веществ в почве. По данным Г. К. Зыкиной и др. [1992] активность
нитрат-ионов в пахотном слое серой лесной почвы была высокой в
июле (при наливе зерна) и в сентябре (при возвращении части
нитратов в почву с пожнивными остатками и прекращение
потребления их из почвы растениями). Активность N03 заметно
увеличивается в отдельные годы, что связано с азотфиксацией
(увеличение заметно как на удобренных, так и на не удобренных
вариантах).
Под хлопчатником на орошаемом сероземе и лугово-сероземных
почвах в течение 1975-1988 гг. к началу вегетации всегда был
приурочен максимум в содержании подвижного К, к концу вегетации
- минимум. Эта закономерность прослеживается в многолетнем
цикле.
-243-
В естественных ценозах разные растения имеют различную
продолжительность жизни и несовпадающие сроки фаз развития.
Поэтому в почвах этих ценозов такие четкие максимумы смазаны. В
естественных ценозах встречаются несколько максимумов и
минимумов в содержании питательных веществ в почве в течение
сезона. Они обусловлены интенсивностью потребления веществ
разными растениями.
Динамика азота в лесных экосистемах
Одним из примеров динамики иона аммония в лесных почвах
могут служить данные З.Н. Арефьевой [1968]. В естественных лесах
очень высока концентрация питательных веществ в подстилках.
(Содержание NH4 в сосняке черничнике в подстилке на дерново-
подзолистых почвах колеблется от 12 мг/кг в мае до 430 мг/кг в
сентябре). В почвах под разными лесами максимумы могут
сдвигаться (табл.5.95).
Таблица 5.95. Содержание иона-аммония в супесчаной дерново-
подзолистой почве южной тайги Зауралья, мг/кг (Арефьева, 1968)
Месяц
Горизонт
1958-1960
Ао |
А1
|Ао |
А1 _
Ао |
>
о
А1
гг.
Сосняк черничник
Сосняк травяно-зеленомошный
лес
вырубка
лес
вырубка
VI
300
76
216
55
29
22
74
21
VII
189
28
99
45
77
32
128
24
IX
430
257 1
595
260
620
211
562
255
X
103
12
84
16
67
9
87
9
V
82
44
102
44
67
32
110
50
VI
71
36
26
21
76
13
192
147
VII
93
33
91
45
194
26
294
44
vin
293
48
240
31
158
14
143
35
IX
106
21
51
14
150
15
174
24
V
160
14
307
23
64
13
123
30
VII
143
24
65
14
126
15
50
27
X
74
8
187
10
42
8
57
13
На вырубках наблюдаются лишь количественные различия, по
характеру изменений - тот же (5.96; 5.97). В горизонте А1
содержание NR» заметно меньше, отмечается явное снижение
количества NH4 в почвах в середине лета. Изменения в динамике NH4
могут определяться не только потреблением их растениями, но и
процессами нитрификации (табл. 18.10). “Антагонизм” в содержании
-244-
аммиака и нитратов в почвах особенно хорошо заметен в условиях
пала (сжигания подстилки).
Таблица 5.96. Динамика нитратного и аммиачного азота в дерново-
подзолистых супесчаных почвах Припыжминских боров Зауралья,
мг/кг [Арефьева, 1968]
Возраст
вырубки
Горизонт
Май
Июнь
Июль
NH3 |N03
NH3 |N03
NH3 |N03
Сосняк травяно- зеленомошный
свежая
Ао
-
-
74
0
77
0
А1
-
-
21
0
32
0
1 год
Ао
110
31
192
0
294
14
А1
50
0
147
0
44
0
2 года
Ао
123
0
-
-
50
26
А1
30
12
-
-
27
5
3 года
Ао
129
163
-
-
-
-
А1
29
0
-
-
-
-
Сосняк черничник
свежая
Ао
-
-
216
0
99
0
А1
-
-
55
0
45
0
1 год
Ао
102
13
51
0
91
0
А1
44
0
26
0
45
0
2 года
Ао
307
0
-
-
65
20
Ai
23
0
-
-
14
0
3 года
Ао
184
0
-
-
62
0
А1
31
0
-
-
22
0
В этом случае процессы нитрификации идут активнее и нитраты
в большой степени образуются в лесных почвах (табл. 5.97).
Отмечается, что в отдельные периоды избыток нитратов выносился из
горизонта АО в горизонт А1 и даже горизонт А2. Для исследования
лесных почв характерен в одни годы максимум в содержании NH в
июне, иногда в июле, в другие - в июле - ярко выражен минимум.
Таблица 5.97. Динамика иона-аммония (верхняя строка) и иона
нитрата (нижняя строка) в дерново-подзолистой супесчаной почве
Зауралья после пожара (1) и в сосняке черничнике (2) [Арефьева, 1968]
Горизон
т
1959
1960
1961
VI
vn
VIII
IX
X
XI
XII
V
VII
X
XII
Ш
V
vn
1Ао
359
110
322
189
213
193
36
38
30
38
69
37
12
И
20
14
0
45
45
16
98
332
65
34
18
179
54
20
1А1
134
46
89
128
137
38
16
21
29
36
30
63
15
14
0
0
0
0
0
10
84
211
59
30
16
83
И
0
1А2
19
22
25
11
31
17
20
17
16
14
12
10
10
14
0
0
0
0
0
0
9
0
0
19
13
16
0
0
- 245 -
2Ао
-
47
147
55
99
248
-
49
71
202
223
109
89
49
-
-
0
0
0
0
-
0
0
0
0
0
0
0
2А1
-
21
46
18
9
121
-
19
10
32
33
15
13
37
-
0
0
0
0
0
-
0
0
0
0
0
0
0
2А2
-
22
28
21
11
18
-
15
8
12
18
16
12
19
-
0
0
0
0
0
-
0
0
0
0
0
0
0
Такие противоречия наталкивают на мысль, что выбранные
сроки исследования могли не отразить всех особенностей динамики.
Более детальные исследования в лесных почвах под лесом и на
гари с учетом содержания подвижных элементов в зимнее время
показали, что в декабре, как правило, содержание нитратов на гари
заметно меньше, чем в сентябре. Эти данные были подтверждены
другими наблюдениями, на других, суглинистых, почвах и в иных
условиях. Действительно, зимою в почвах подвижных питательных
веществ значительно меньше, чем ранним летом и поздней осенью.
Возможно, этот эффект связан именно с более низкой температурой и
растворимостью веществ в зимний период.
В лесных почвах нитратов почти нет в течение всего года
В песчаных маломощных подзолах под сосняком брусничным
основная динамика аммиачного азота наблюдается в подстилке. В
толще почвы 3-80 см максимальная амплитуда достигает 6 мг/100 г,
иногда снижаясь до 0.
В подстилках характерно зимнее увеличение в содержании
обменного аммония (с ноября по апрель). Учитывая низкое
содержание в лесных почвах тайги нитратов, следует предположить,
что, во-первых, динамика в первую очередь определяется
потреблением азота деревьями. При этом подстилка играет важную
роль в снабжении растений азотом.
Динамика калия в лесных экосистемах
Динамика подвижного (водорастворимого) калия по данным
В.К. Куликовой [1968] различается в разных типах леса на
супесчаных подзолистых почвах, Карелия, также, в основном, в
подстилках. В минеральных горизонтах амплитуда изменения в
содержании К составляет 3-5 мг/100 г почвы (табл.5.98).
Максимум содержания подвижного калия приходится на март-
апрель, т.е. на период, когда температура воздуха поднимается выше
+5°. Есть также осенний максимум, который может быть
наибольшим. Зато минимум содержания подвижного калия
приходится на весенне-летние месяцые (май-июнь).
-246-
Отмечаются некоторые различия в динамике подвижного калия с
возрастом насаждения. Но этот момент пока не очень ясен.
Таблица 5.98. Динамика водорастворимого К20 в подзолистой
супесчаной почве, Карелия, мг/100 г почвы [Куликова, 1968]
Возраст | Г оризонт
I
И
ш
|rv
|V
|VI
| VII
| VIII |
|1Х |
|х
Березово-еловые разнотравно-черничные
леса
12
Ао, L
-
-
-
26
15
34
134
15
89
44
Ао, F
21
8
20
-
6
0
45
5
39
35
А1А2
1
сл.
1
1
0
0
2
1
сл
0
В1
1
1
0
0
0
0
0
сл
сл
0
38
Ао, L
-
-
-
48
И
30
41
31
105
43
Ао, F
52
19
12
-
5
17
35
22
22
15
А1А2
2
5
2
2
0
0
1
1
0
0
В1
сл
2
0
2
0
0
сл
сл
1
0
84
Ао, L
-
-
-
54
12
35
61
31
56
85
Ао, F
36
28
37
-
12
31
83
42
111
29
А1А2
1
2
0
1
1
1
2
1
1
1
В1
1
3
1
1
0
0
0
0
1
1
Березово-еловые мертвопок]
ровные
леса
38
Ао, L
-
-
-
58
-
26
62
50
56
50
Ао, F
74
37
5
-
7
11
9
И
42
42
А1А2
1
5
сл
2
0
2
0
1
1
0
В1
1
-
0
2
0
2
0
0
0
0
56
Ао, L
-
-
-
50
-
18
60
30
39
36
Ао, F
43
65
12
-
8
15
25
13
39
36
А1А2
1
0
0
3
1
1
2
сл
1
1
В!
0
0
0
0
0
0
0
сл
0
0
В маломощном подзоле, сосняке брусничном, наблюдаются
некоторые различия в величинах водорастворимого и обменного
калия (табл.5.99).
Таблица 5.99. Динамика калия в маломощном подзоле, мг/100г почвы
(В.К. Куликова,1978)
Гори
зонт
глуби
на, см
водорастворимый
обменный (In NaCl)
1966
1967
1968
1969
30.VI
I
9.IX
20.Х
27. Ш
22. V
17.VD
22.ЕХ
19.IV
22. V
26. vm
V
IX
XI
Ао
0-1
16
5
7
27
13
13
6
132
50
29
48
32
65
Ао
1-3
0
2
4
17
21
15
26
-
-
-
-
-
-
А2
3-7
2
-
0
-
1
0
1
4
2
5
2
2
B1
7-15
-
1
-
-
1
0
0
3
2
2
2
1
B2
30-40
-
0
-
-
0
1
-
2
1
4
I
1
ВЗ
50-60
-
-
-
0
-
1
-
2
1
7
1
1
ВС
70-80
-
-
-
0
-
0
-
3
2
9
1
1
-247-
Содержание обменного калия в 2-3 раза больше
водорастворимого в минеральных горизонтах. В подстилке
содержание обменного калия часто на порядок выше, чем
водорастворимого. Как и для аммиачного азота, для подвижного и
обменного калия заметно повышение концентрации в зимние месяцы.
Динамика подвижного фосфора
Динамика доступного растениям фосфора аналогична динамике
К и NH. Так, в торфяных почвах Латвии максимум подвижного Р для
слоя 0-10 см отмечается с 30 мая по 21 июня, а затем содержание
фосфора в почве резко снижается в июле-сентябре-октябре, снова
возрастая в ноябре (в этих почвах также ведет себя подвижный калий:
с 29 мая по 6 июня максимум его содержания, затем концентрация
снижается и снова возрастает к августу.
В дерново-палево-подзолисгых супесчаных почвах Белоруссии
содержание подвижного Р слабо увеличивается в июле по сравнению
с маем и сентябрем [Забелло, 1968]. В спелом насаждении общее
количество подвижного Р больше, но тенденция та же: максимум Р в
июле. Сама амплитуда динамики в минеральных горизонтах 5010 см
мала. За 10 л содержание NH изменялось в пределах 2-6 мг/кг и на
вырубке и в лесу.
Все приведенные примеры свидетельствуют, что существующие
методики часто не дают полного представления о динамике
питательных веществ. Вмешивается пространственная
неоднородность почв, так как отбор образцов в новый срок
производится в новых точках. О варьировании в содержании
подвижного Р дают представление данные Л.Б. Холоповой (табл.
18.15). коэффициент вариации для отдельных сроков достигает
величин 70 и даже 135 % при сравнительно невысоком уровне
варьирования по срокам. Поэтому отбор образцов из разных точек
увеличивает ошибки. Кроме того, как это было показано для pH, в
разных точках БГЦ и парцеллы динамика питательных веществ
может существенно отличаться, вплоть до прямо противоположных
циклов.
Таблица 5.100. Динамика и варьирование (V, %) подвижного фосфора
в дерново-подзолистых почвах, мг/100г почвы [Холопова, 1982]
Дата
1971
1972
А1
А1А2
А1
А1А2
М |V
М |V
М |V
М |V
Березняк волосистоосоковый, 50 л
-248-
9.V
7
25
4
23
6
23
4
28
1.VI
6
31
5
20
-
-
-
-
I.VH
6
47
3
23
5
18
3
47
4. VIII
7
18
4
65
-
-
-
-
1.IX
6
63
4
22
-
-
-
-
8.Х
5
12
3
37
4
50
2
45
27.XI
7
28
4
13
-
-
-
-
Березняк волосистоосоковый, 85 л
9.V
6
33
3
47
6
48
4
55
1.VI
6
31
4
62
-
-
-
-
1.VII
6
31
3
57
6
31
3
43
4.vm
7
31
3
57
6
31
3
43
1.IX
8
18
4
50
-
-
-
-
8.Х
5
42
3
80
5
70
2
80
27.XI
4
42
3
80
5
70
2
80
Сосняк лещиново-хвощово-лютиковый, 78 л
9.V
2
40
1
0
1
50
1
50
1.VI
2
65
1
0
1
50
1
50
1.VU
2
65
1
50
-
-
-
-
4.VIII
2
35
1
40
-
-
-
-
1.IX
1
40
1
0
-
-
-
-
8.Х
I
30
0
0
1
70
0
0
27.XI
0
0
1
80
0
0
-
-
Ельник лещиново-костянично-кисличный, 90 л
9.V
6
48
1
37
6
50
3
53
1 VI
7
43
3
30
-
-
-
-
1.VII
4
32
3
75
3
77
2
70
4. VIII
5
56
2
70
-
-
-
-
1.IX
4
70
2
0
-
-
-
-
8.Х
4
68
2
85
4
55
2
135
27.XI
6
153
2
40
-
-
-
-
Кроме того, зимние оценки содержания питательных веществ
отражают потенциальное содержание питательных веществ, а не
количество подвижных элементов в данный зимний срок. Возможно,
для оценки обеспеченности почв питательными веществами это не
играет принципиальной роли, но для оценки именно динамики
необходимо учитывать доступность питательных веществ именно при
данной температуре.
Более детальное представление о динамике питательных
веществ могут дать другие методы, не экстракции, а определенные in
situ. К ним относят методы ион-селективных электродов (ИСЭ) и
ионитов.
С помощью ионитов были проведены круглогодичные
исследования динамики К, Р в дерново-подзолистых почвах (Е. В.
Турченкова, 1984) и в коричневых почвах (Г. Ю. Зенкова, 1987).
-249-
Полученные результаты вскрыли новые особенности в
поведении питательных элементов в почвах. В дерново-подзолистых
почвах (Е. В. Турченкова, 1984) в годовом цикле наблюдается
несколько максимумов и минимумов (в лесных БГЦ). Так, в апреле,
при переходе температуры воздуха через 5 подвижность фосфора
заметно возрастает. Затем в мае-начале июня содержание подвижного
Р падает. Новые максимумы отмечаются в июне, августе и общее
возрастание количества Р в сентябре-октябре. В зимний период
содержание подвижного Р выравнивается и снижается к январю-
февралю. Весна вновь увеличивает подвижность Р.
Анализ динамики питательных веществ непосредственно в почве.
С помощью ионитов удалось выявить динамику разных
питательных веществ не отбирая образцы из почвы. Для этого
использовали метод ионитов.
Аналогичная динамика К, в частности, в дерново-подзолистых
почвах подтверждает данные полученные другими методами и
уточняет определенную общность в поведении питательных
элементов. В гор. А1 четко прослеживается зимний минимум,
весенний максимум, июньский-июльский максимум и осеннее
возрастание подвижности К.
Таблица 5.101. Дневная активность К и N03 в почвах
Почва
время,
часы
К,
ммоль/л
N03,
ммоль/л
Влажность,
%
Температура,
оС
Чернозем южный
10
0,50
0,24
22,5
13
12
0,37
9,75
26,2
11
14
0,50
22,6
23,0
13
Чернозем
обыкновенный
10
0,38
1,75
16,8
14
12
0,52
3,3
24,9
16
Чернозем типичный
10
-
1,8
21,9
16
12
0,07
1,6
27,4
15
14
0,15
1,8
-
-
Серая лесная
10
0,02
2,5
18,5
16
12
0,04
3,2
15,0
14
-250-
Таблица 5.102. Средиее(М) и специфическое (Р) содержание К и NHL)
под разными растениями в ельнике волосистоосоковом
Растение
Год
К
NH
4
м |р
М
Сосняк лещиновый
Кисяида
78
<50
53
Папоротник женский
48
<50
51
Сньггь обыкновенная
1980
102
100-150
57
Лацдыш майский
91
100-150
45
Осока пальчатая
67
50-100
41
Сосняк с липой
Кислица
111
<50
54
Папоротник женский
1980
69
50-100
52
Сныть обыкновенная
68
<50
58
Липняк волосистоосоковый
Сныть обыкновенная
62
100-150
52
Ландыш майский
1980
116
50-100
59
Осока волосистая
53
<50
64
Сосновые посадки
Мертвопокровная
парцелла
52
30-60
35
Вероника дубравная
44
30-60
26
Ожика леарственная
92
60-90
41
Вероника
лекарственная
1982
57
60-90
39
Вейник
35
<30
27
Кошачья лапка
53
30-60
30
Г рушанка средняя
88
60-120
30
Ежа сборная
69
90-120
34
Золотая розга
68
90-120
38
Весеннеее возрастание связано с повышением температуры и
"химической" подвижностью веществ: увеличивается их
растворимость, концентрация в растворе, скорость диффузии и т.д.
Распускание листвы у деревьев резко снижает содержание
подвижных питательных веществ. Затем наступает небольшой
перерыв в потреблении, что отражается в июньском максимуме
питательных веществ. Энергичный прирост в высоту снова снижает
количество питательных веществ в почве. После прекращения
прироста в высоту наступает небольшой перерыв в интенсивном
потреблении, который снова сменяется усиленным поглощением
питательных элементов для обеспечения прироста по диаметру
ствола, плодоношения и т.д.
-251-
Осеннее увеличение подвижных питательных веществ связано с
поступлением опада: из него в течение месяца вымывается до 20%
зольных веществ, которые в первую очередь поступают в гор. А1.
В аридных условиях (коричневые почвы под можжевеловыми и
дубовыми лесами Средиземноморского типа, маквис) обращает на
себя внимание неравномерность в уровне обеспеченности почвы
подвижными соединениями (Г. Ю. Зенкова, 1992). В отдельные
летние месяцы содержание подвижных соединений, например, К,
меньше, чем в зимние (декабрь-март). Летом подвижный К,
возможно, почти полностью потребляется растениями. Отмечается
цикличность в динамике: возвращение через год к исходным
значениям. Как и в дерново-подзолистых почвах отмечается неясная
цикличность, синусоидальнообразная кривая динамики в содержании
калия в почве. Эта динамика отражает воздействия растений: она
варьирует в разных БГЦ.
Динамика Р в коричневых почвах напоминает динамику калия.
Аналогичные чередования максимумов и минимумов. Заметна
разница в динамике в разные годы. Влияние растительных сообществ
также четко проглядывает при сравнении динамики Р в разных БГЦ.
В коричневых лесных почвах существенно содержание подвижных
соединений аммиачного азота. Динамика NH4 также напоминает
синусоидальную кривую.
В светло-каштановых почвах отмечается существенная разница
в динамике Р в ряду и междурядье вяза, дуба, ясеня. В ряду в гор.А1
отмечается возрастание количества подвижного Р в начале августа.В
междурядье -содержание Р низко.
Оценка возможного вклада разных факторов в динамику
питательных веществ в почвах
Выше говорилось о влиянии растений на динамику питательных
веществ в почве. Это хорошо подтверждается данными по
содержанию подвижного Р в гор. А1 под разными растениями
травяного яруса.
Установленные факторы, влияющие на динамику питательных
веществ, возможно не одинаковы по своему весу в разных условиях.
Не тождественно их воздействие на разные питательные элементы.
Оценка степени влияния (по формуле К. Шеннона) на
коричневых почвах показала, что на содержание подвижности N-NH4
влияют фенологические фазы и наличие почвопокровного плюща, на
содержание Р - наличие почвопокровного плюща, типа древесных
пород, тип подстилки, на К - тип древесных пород, фенологические
фазы, тип подстилки.
-252-
Для оценки динамики питательных веществ в естественных БГЦ
необходимо оценить эти факторы, их важность в жизни БГЦ.
Так, питательные вещества поступают в гор.А1 из подстилки, с
дождевыми водами, при разложении органического вещества почвы,
в результате растворимости соединений в почвенном растворе.
Часть этих параметров прямо связаны с температурой и
влажностью почв. Потеря питательных веществ из почвы связано с
потреблением их растениями и выносом их из гор.А1 в нижние
горизонты. Бросается в глаза существенные различия между
концентрацией подвижных веществ в почве и их поглощением
ионитом. Как уже говорилось выше, также противоречивы такие
факты, как запасы подвижных веществ в слое почвы 0-40 см (зона
распространения корней) и отзывчивостью растений на сравнительно
небольшие дозы удобрений.
Разгадка, возможно, кроется в следующем.
Объем корней в почвах составляет 1-20 м3/га, что соответствует
лишь 0,5% от объема слоя почвы 0-40 см. Реагирует с корнем слой
почвы 1-3 мм, как это показывают опыты разных исследователей (JI.
О. Карпачевский, 1981). Значит, из остального объема почвы
питательные вещества подаются или раствором, или же, в
ненасыщенных водой почвах, диффузией. Следовательно, если почва
достаточно сухая, то снабжение питательными веществами будет
замедлено (коэффициенты диффузии-солей в почве колеблются в
пределах n 10'3...n 1 O'6 см /с).
В насыщенных водой почвах питательные вещества из верхних
горизонтов выносятся нисходящим слоем. Поэтому в обоих случаях
дополнительное внесение питательных веществ в верхний горизонт
почв благотворно действует на растение
По этой же причине (неравномерность распределения
питательных веществ в почве минимум в зоне, прилегающей к
поглощающим корням, максимум в блоке почв, наиболее удаленном
от корней) анализы крупных образцов почв, принятые в агрохимии,
завышают содержание доступных питательных веществ в почве, а,
главное, не учитывают медленную скорость их подачи к корню.
Именно более высокая влажность почв способствовали, как
этобыло показано выше, более эффективно снабжать растения
питательными веществами.
Оценка содержания питательных веществ в почве осложняется,
также суточной динамикой этих концентраций. Так, используя ИСЭ
установили, что активность К и NO3 в разных почвах существенно
колеблется даже в 1-ую половину дня (табл. 18.16).
-253-
Одним из возможных способов оценки питательного режима
можно считать расчет средней концентрации питательных элементов
(средний уровень их содержания). Его следует дополнить
специфичным рангом (содержание питательных элементов в почве),
рассчитанным по информационному анализу Данные
свидетельствуют, что в разных типах леса и обеспеченность, и
специфика одних и тех же видов может существенно отличаться.
Вполне возможно, что высокий уровень в содержании
питательных элементов может отражать как низкую интенсивность
потребления, так и быстрый возврат (с опадом) поглощенных
растением питательных веществ.
Итак, анализ динамики питательных веществ позволяет вскрыть
четкую цикличность этого процесса. Она бывает суточной,
многодневной, сезонной, многолетней. Влияние зимних пауз четко
прослеживается в умеренном холодном климатическом поясе. Роль
растений на фоне термодинамического равновесия почвенных
соединений, находящихся в твердой фазе и почвенных растворов,
четко прослеживается во всех экосистемах.
Годовая динамика может быть элементом более сложного
многолетнего процесса, связанного с развитием экосистемы до ее
зрелости, сукцессиями экосистем (парцелл), случайными,
вероятностными воздействиями на почву (в основном , животными).
В литературе, особенно у физиологов растений и агрохимиков,
накопилось много данных о сбалансированных удобрениях,
оптимальных отношениях NPK для растений. В естественных почвах
для каждого вида растений это отношение может быть другим. При
этом, очень важно учесть влияние питательных элементов на
диффузию друг друга в почве, на pH, на другие свойства почв.
В заключение следует также обратить внимание, что динамика
питательных веществ в пределах экосистемы неодинакова. Возможны
прямо противоположные изменения в концентрации тех или иных
веществ в разных точках экосистемы. Эта пространственная
функциональная неоднородность сочетается с неоднородностью в
содержании питательных веществ в экосистеме, с варьированием
влажности, pH, температуры, запасов подстилки и т.д. Все эти
факторы мешают правильно оценить динамику питательных веществ.
Особенно трудно разделить динамику и пространственное
варьирование, используя традиционные методы.
Следует помнить еще об одной опасности, которая грозит
исследователю, использующего при наблюдениях за динамикой
почвенных свойств (питательным режимом) смешанные образцы. Е.
А. Дмитриев (1986) доказал, что ряд почвенных свойств не аддитивен
-254-
и при анализе смешанных образцов могут получаться совсем не
средние данные по характеристике данного свойства. Выше
говорилось, что динамика pH на разном расстоянии от ели прямо
противоположная . Это значит, что усреднение покажет отсутствие
динамики pH в почве. Аналогичная история может произойти, если
при смешивании образцов на pH среды выщелоченных почв
попадется включение карбоната Са.. Анализ показывает щелочную
реакцию, что не будет соответствовать реальности. Поэтому
наступило время методов, позволяющих контролировать почвенные
свойства непосредственно в природе, без отбора образцов. Одним из
таких методов следует признать метод ИСЭ (В.В. Снакин, 1992, Г.А.
Курелла, 1994). Не менее важны дистанционные методы изучения
почв, такие, как электрическое зондирование (АЛПоздняков и др,
19%).
Следует также отметить, что почвенный гумус также является
источником ряда питательных веществ. Его восстановление в
агроценозах идет плохо. Гумус постепенно срабатывается, и его
количество уменьшается. Для восполнения запасов гумуса, как
проказали исследования агрохимиков, в частности В. Кумахова,
необходимо ежегодное внесение ороганических удобрений порядка
8т/га. В этом случае баланс органического вещества почвы будет
положительным.
Итак, почва динамичное тело. Ей свойственны вековые,
многолетние, сезонные, суточные изменения свойств. Часть свойств
могут изменяться циклично, изменение же других - необратимо.
Необратимые изменения лежат в основе эволюции почв, которая
связана с постоянным воздействием факторов почвообразования.
Следует выделить 3 категории динамических процессов в почве, как в
природном теле. Первая категория - изменение свойства
индивидуального объема почвы (педона, тессеры, индивида). Эти
изменения сопровождаются формированием генетических горизонтов
почвы, морфонов, суточной динамикой почвенных свойств, в том
числе, питательного, водного, теплового режимов. 2-ая категория -
изменения почвенного покрова, динамика почвенного покрова. В
этом случае почвенный покров может эволюционировать из одного
типа в другой, в колюром компонентами его будут совсем другие
почвы. Но возможно, что компонентный состав почвенного покрова
останется прежним, изменяется лишь положение отдельных
компонентов в почвенном покрове (произойдет чередование, смена
почв, свойственная этому почвенному покрову). Например,
"поменяются” местами малогумусные и сильно-гумусированные
почвы, почвы с разной степенью насыщенности основаниями и т.д.
-255-
При сохранении компонентного состава почвенного покрова
возможно изменение участия тех или иных компонентов (возрастание
участия одних и уменьшение доли других), что будет наблюдаться,
например, при обсыхании, или, наоборот, переувлажнении
ландшафтов в отдельные засушливые или плювиальные периоды
(периоды повышенного поступления осадков).
3-я категория динамических процессов в почвах связана с
полным или частичным замещением одного объема почвы сначала
другой породой, на которой уже разовьется та же или другая почва.
Эта форма динамики связана с процессами эрозии, дефляции,
переотложения минерального субстрата водами и ветром,
поступлением пирокластических материалов на поверхности почв. В
зависимости от скорости поступления материала старый объем почвы
может включаться в состав новой почвы, а может превращаться в
подстилающую породу, в которой уже собственно почвенные
процессы не идут. Именно эта форма динамики характерна для
почвы, как компонента биосферы, в геологической истории планеты.
Но оценивая "геологическую" динамику почвы следует
отметить, что геологический материал, пройдя стадию
почвообразования, сохраняет, часто, определенные свойства,
унаследованные от почвы . К ним следует отнести остаточную
гумусированность, некоторое обогащение элементами,
биологический коэффициент потребления которых достаточно велик
(Be,S,Cr,Zn,As,Mo,Ag,Cd,Sn,J,Cs,Au,Br). Сохраняются некоторые
элементы структуры почв. Некоторые формы карбонатов
унаследованы породой от почвы (они образовались при разложении
гумуса). В частности, обогащение лессов карбонатами связано,
возможно, с тем, что они прошли почвенную стадию (Л.С. Берг, С.С.
Неуструев). Обычно в палеогеографических исследованиях обращают
внимание на погребенные почвы, рассматривая их как свидетелей
существующих в тот момент условий. Но представления о динамике
почвенных свойств позволяет искать и в слоях, примыкающих к
погребенным почвам следы почвообразования. Погребенные почвы
свидетельствуют о катастрофе, неожиданном и быстром погребении
почвы, что вполне сравнимо с найденным в вечной мерзлоте трупом
мамонта или с насекомыми, увязнувшими в смоле деревьев, которая
затем превращается в янтарь. Но значительно больше
палеонтологических и палеогеографических данных получено при
анализе разрозненных останков растений и животных (отдельных
костей, деталей скелетов, пыльцы и т.д.). Возможно, что именно
динамический подход к почвам, позволяющий выявить собственно
почвенные свойства и возможную амплитуду их изменения позволит
-256-
более четко представить историю биосферы в геологическое время.
Знание динамики позволяет оценить само свойство, специфичность
его для почвы и связь с геологическими процессами.
В многочисленных публикациях, материалы из которых
частично были приведены выше, представлены данные об изменении
в содержании гумуса пахотных почв. Имеются кривые,
показывающие убыль гумуса в почвах. Но часть этой убыли связана
не с динамическими почвенными процессами (разложение и синтез
гумуса), а с геологическим процессом - эрозией почв. В этом случае
четкое разделение процессов эрозии и сработки гумуса позволяет
оценить историю ландшафта и прогнозировать те или иные
изменения при эволюции ландшафта.
Возможность регенерации почвенного покрова после его
уничтожения четко прослеживается в истории Земли, хотя далеко не
всегда ясно, сколько времени потребуется для полного
восстановления ландшафта, включая педосферу. Но поскольку
площадь суши ограничена, что ставит предел площади педосферы, то
сохранять определенную долю действующих почв - актуальная
экологическая задача. Совершенно прав Т. Мальтус (1992) когда
говорит о необходимости сохранения почвы, почвенного покрова, как
источника жизни, поскольку его ресурсы - ограничены. Именно
размеры педосферы определяют увеличение производства продуктов
в арифметической профессии поскольку- живые организмы
ограничены площадью педосферы. Можно увеличить площадь
посевов до определенной величины, но она все равно ограничена
площадью педосферы.
За период с 1955 по 1965 гг. индекс производства продуктов
питания возрос на 30 пунктов, в то время, как народонаселение
возросло на 22 пункта. Это позволило увеличить количество
продуктов питания на душу населения (на 10%). Но с 1959 г оно
держится на одном уровне. Увеличение произошло в период с 1955 по
1965 гг, когда отмечались большие успехи в области селекции,
молекулярной биологии, сельскохозяйственной науки. В настоящее
время население планеты превышает 6 млрд чел (в 1961 ФАО
прогнозировало, что к 2000 г население Земли достигнет 6 млрд
человек). Если сравнить, что в 1900 г население мира составляло 1,7
млрд человек, то в 1965 г оно увеличилось до 3,4 млрд. Следующее
удвоение произойдет где-то в районе 2010 г. Для
удовлетворительного питания людей необходимо буде увеличить
производство продуктов растительного происхождения на 200%, а
животного на 300%.
-257-
Единственная реальная надежда на улучшение жизни людей -
плодородие почвы, ее сохранность, восстановление деградированных
площадей.
В настоящее время у человечества есть возможности для
повышения урожая большинства сельскохозяйственных растений.
Оценивая возможную динамику почвы, ее продуктивность в
зависимости от этой динамики можно прогнозировать состояние
сельского хозяйства в любом районе.
Именно поэтому динамическое почвоведение становиться
важной дисциплиной при изучении биосферных процессов и тех
процессов, которые идут в агроэкосистемах.
Эволюция жизни на Земле была связана с эволюцией почв. Еще
более с эволюцией почв связана жизнь человека. Динамическое
почвоведение призвано разработать систему оценок эволюции почв,
почвенного покрова, отдельных свойств почв.
В частности, загрязнение почв должно оцениваться не
установленными по содержанию в растениях ПДК вредных
элементов, а динамикой в содержании этих веществ в почве. Если
наблюдается постоянный трендовый рост их количества в почве, то
следует бить тревогу до того, как загрязнение достигнет опасных
границ.
Динамическое почвоведение позволяет разрабатывать более
надежные приемы регенерации почв и почвенного покрова,
восстановление биосферы и создания наиболее разумной
совокупности ландшафтов в пределах каждой климатической зоны и
каждой почвенно-географической провинции.
Экологическая роль питательных веществ в почве - основная
для растений. Питательные вещества - объект конкуренции между
растениями. Выше отмечалось, что травяные растения в лесах
потребляют те подвижные питательные вещества, которые остаются в
почве после потребления их деревьями. В верхнем слое почвы
травяные растения перехватывают поток питательных элементов вниз
по профилю, поэтому, в лесах с напочвенным покровом содержание
питательных веществ в слое А1 часто оказывается выше, чем в
парцеллах, лишенных травяного яруса. Чем раньше растения
включают свой механизм поглощения питательных веществ из почвы,
тем удачливей они в борьбе за существование. Растения, часть корней
которых распространены в подстилке или валеже имеют
определенное преимущество в снабжении их питательными
веществами. На пахотных удобренных почвах возобновившие леса
имеют обычно более высокий бонитет, чем естественные леса.
-258-
ГЛАВА 6. ПОЧВЫ ЛЕСОЛУГОВОЙ ЗОНЫ РОССИИ
Понятие лесолуговая зона удачно ввел С.П. Ярков (1961).
Название показывает разнообразие фитоценозов, следовательно, и
почв, в пределах лесной зоны (тайги). С.П. Ярков первым обратил
внимание почвоведов на сложную организацию лесной зоны.
Дальнейшие исследователи подтвердили положения С.П. Яркова о
большом участии лугов в формировании лесолуговой зоны.
Эта зона занимает наибольшую часть территории России. В
Европейской части и на значительной части Сибири и Дальнего
Востока коренные леса в настоящее время вырублены. По вырубкам
идет возобновление молодых лесов (вторичных и первичных), или
образуются болота, и, временно, луговые ассоциации. Аналогичная
смена ассоциаций происходит при пожарах (естественных и
искусственных), а это значит, что на территории лесной зоны всегда
значительная часть площади занята травяными ассоциациями.
Зона разнообразна по условиям почвообразования: по
материнским породам, растительному покрову, климату. Общим для
всей зоны можно считать преобладание осадков над испарением
(коэффициент увлажнение >1), и круглогодичную высокую
влажность почвы во втором и третьем метрах (близкую к наименьшей
влагоемкосги).
Почвообразующие породы представлены самыми разными по
гранулометрическому составу отложениями от песков до тяжелых
глин. Часто в пределах зоны они подстилаются плотными породами
(гранитами в Карелии, траппами в Восточной Сибири, кислыми и
основными лавами на Камчатке). Значительная часть территории
представлена моренами и переотложенными моренными суглинками
и песками. Такое многообразие пород приводит к не меньшему
разнообразию в растительном покрове.
Но прежде чем охарактеризовать почвы лесной зоны, дадим
представление о почвах «ерников», тундровых фитоценозов,
сформированных карликовыми вицами берез, ив и кустарничками
(типа шикша, голубика, черника и пр.).
Описание почвы в тундре на севере Якутии (по
Н.С.:Мергелову):
0-3 см Живой лишайниково-моховой покров
А 3-7 см Темный коричнево-бурый, гумусированный суглинок,
рыхлый, пронизан корнями.
В глеев. 7-23 см, неравномерно окрашенный суглинок,
буровато-сизый фон, по которому - ржавые пятна.
В глеев.7-44 см Сизовато-бурый суглинок. Редкие ржавые пятна
-259-
С 44-60 см -сизый, ржавые пятна, линзы льда с 55 см.
Таблица 6.1. Свойства почвы ерника. Восточно-Сибирская тундра
(данные Н.С. Мергелова)
Горизонт,
рНв
Гумус,%
Обменные катионы,
Оксалаторастворимые
см
мг-экв/100г
(по Тамму)
Са
Mg
Н
Si
Fe
Al
АЗ-7
5.1
5.4
12.4
4.8
3.8
0.20
1.28
0.44
Bg 7-17
4.7
1.9
4.5
3.1
0.9
0.18
0.88
0.28
Bg 22-35
5.0
1.4
7.4
3.7
0.4
0.12
0.78
0.32
См 55-60
4.8
1.5
6.2
2.9
0.9
0.14
0.83
0.31
Степень ненасыщенности до глубины 22 см 10-18%, 3-9% и
ниже. Почва -подбур оглеенный глубоко гумусированный.
Основные типы лесов в лесной зоне
Основные лесообразующие древесные породы в лесной зоне -
различные виды хвойных деревьев. Сосна обыкновенная встречается
до Дальнего Востока. Сибирская сосна, или кедр сибирский, растет в
Западной и Восточной Сибири. Корейский кедр приурочен к
Дальнему Востоку. Ели норвежская (Европа и Сибирь) и аянская
(Дальний Восток, Камчатка), пихта европейская, сибирская,
сахалинская, разные виды лиственницы - наиболее распространены в
лесах Сибири и Дальнего Востока. Леса из лиственницы занимают
наибольшую площадь в лесной зоне, в основном, в Сибири. Лесной
покров формируют леса разного типа (табл. 2.5-2.7). Березы и осины
обычные спутники хвойных пород. Часто образуют вторичные леса.
Каменная береза образует на Камчатке первичные леса низкогорий
паркового типа (до 600м н. у.м. , Шамшин, 1999). Такие же леса
образует каменная береза в Приморье (в горах Сихотэ-Алиня), но там
они фрагментарны.
Сейчас установлено, что типы леса, как правило, состоят из
нескольких парцелл, отличающихся своим эдификатором
(организатором парцеллы, средообразователем, и доминантами
растительного напочвенного покрова). Под разными парцеллами
почвы могут отличаться на уровне подтипа и даже типа.
-260-
Характеристика лесных почв
Леса занимают территорию зоны от Северо-Западной до
Сихотэ-Алинской провинций, Камчатки и Сахалина. Северо -
Западная провинции занята сосняками и ельниками, но площадь
сосняков больше. Среднеднегодовая температура на Кольском п-ове
(-1°С), на карельском берегу Кандалакшского залива - +0,5°С, на юге
Карелии +2°С. Самый теплый месяц - июль, со средней температурой
воздуха в Мурманской обл. 12°, в Карелии 14°- 16°. Годовая сумма
осадков растет от 450 мм на Кольском до 550-575 мм на карельском
побережье Белого моря и 600-650 мм на юге Карелии. Граница между
северной и средней тайгой не четкая и проводится по иллювиально¬
гумусовому горизонту почв, менее заметному в средней тайге.
Основные лесообразующие породы - Pinus sylvestris L., Picea abies,
Betula pubescns Ehrh., Alnus incana (L.) Moench. и Populus tremula L.
Северотаежные леса низкорослы, изрежены, бедны по составу
(около 600 видов высших растений), V -Va бонитета. Среднетаежные
леса более богаты по составу (до 910 видов высшей растительности),
III-IV бонитета.
Сосняки занимают 61% площади лесов Карелии
На Кольском п-ве сосна занимает 39% площади лесов.
Лишайниковые, брусничные и черничные сосняки, соответственно,
65-70% и 87% от всех сосняков.
Регион относят к Кольско-Карельской и Карельской
провинциям иллювиально-гумусовых подзолов и болотных почв.
Приводится характеристика почвы в центральной части
Кольского полуострова, на побережье Белого моря (Кандалакшский
залив), вблизи оз. Тапперийок, Кольский п-ов, западные отроги
возвышенности Кейвы, северная тайга, Ловозерский р-н Мурманской
обл. Сосняк лишайниково-березово-редкосгойно -мозаичный
Древесный ярус - Pinus sylvestris и Betula tortuosa: 5С5Б.
Средняя высота сосен 7 м, средний диаметр на высоте 1,3 м 16,5 см.
Два дерева 150-180 лет (диаметр 22 и 30см), остальным около 100
лет. Средняя высота берез 3 м, их средний диаметр 5-10 см. В
подлеске единично Juniperus sibirica. Степень сомкнутости крон 0,3.
Травянисто-кустарничковый ярус представлен Betula папа L.,
Empetrum nigrum L., Vaccinium vitis-idaea L., Arctostaphylos uva-ursi
L., Vaccinium uliginosum L., Calluna vulgaris (L.) Hill, Andromeda
polifolia, Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Ledum palustre L. [41].
Общее проективное покрытие травянисто-кустарничкового яруса
составляет 21%. Кустарнички распределены по площади либо
отдельными строго очерченными куртинами, либо в подкроновых
-261-
пространствах деревьев (березы - обязательно, отчасти сосны).
Возможно, что на открытых участках куртины - бывшие подкроновые
пространства. 79% площади покрыты ягелем - лишайниками рода
Cladonia (70%) и зелеными мхами (30%). На территории 80-100 лет
назад был сильный пожар [9]. Выделили три парцеллы: сосновую,
березово-кустарничковую и лишайниковую. Почвообразующие
породы - слоистые отложения озерно-ледникового генезиса.
Грубозернистые полимиктовые пески на глубине 50 см сменяются
легким опесчаненным суглинком мощностью 20-30 см, затем песком;
на глубине 130 см вскрыты песчано-гравийные сильно уплотненные
отложения с суглинистыми прослоями.
Описание почвы
Ао 0-1 см. Подстилка. Влажная, черная;,детрит лишайников,
брусники, вороники, мхов, хвои, листьев; граница ровная; переход
резкий по составу.
А1А2 1-2,5см. Переходный горизонт. Песок; свежий; темно¬
серый; отмытые зерна кварца (менее половины по объему) и
оторфованный детрит; рыхлый; много мелких корней, мало крупных;
граница волнистая; переход заметный по цвету.
А2 2,5-10(16) см. Песок. Свежий, белесовато-серый, редкие
крупные корни; рыхлый; граница волнистая; переход по цвету и
плотности.
Bf 12-33 см. Песок. Свежий, косо-слоистый; окраска
неоднородная: ржаво-бурый фон темно-коричневые пятна-прослои
(гранулометрический состав тоньше, чем в гор. А2), очень сильно
уплотнен - ортзанд, желтые пятна (гранулометрический состав
грубее, чем в гор. А2); единичные корни; граница волнистая; переход
постепенный по цвету.
ВС1 33-48 см. Песок. Свежий, слоистый, окраска неоднородная:
светло-желтые, грязно-желто-охристые и темно-серые слои
одинаково плотные; рыхлый; граница волнистая; переход по
гранулометрическому составу.
ВС2 48-55 (65) см. Опесчаненный легкий суглинок, влажный,
горизонт варьирует по мощности, вплоть до исчезновения (на
боковой стенке); грязно-охристый; слабо уплотнен; мелкокомковатая
структура, слегка слоеват; граница волнистая; переход по
гранулометрическому составу.
ВСЗ 60-78 см. Как ВС1, нет желтых пятен, более однороден;
граница ровная, переход заметный по плотности,
гранулометрическому составу.
-262-
D 78-130см. Песок грубый, с большим количеством камней (от 1
до 30 см в диаметре) и суглинистых прослоек; слабо влажный; грязно-
желто-охристый; сильно уплотнен.
Таблица 6.2. Химическая характеристика подзола иллювиально¬
железистого (северная тайга, Кольский п-ов, оз. Тапперйоц)
Горизонт
Глубина,
см
рНв
рНс
С%
N,%
Feox
%
Fefl
%
Обменные катионы, мг-экв/100г
Са*+
Mg2+
Ы
АГ
Ао
0-1
4,3
4,0
н.о
н.о
н.о
7,75
2,00
1,59
2,12
AiA2
1-2,5
4,2
3,1
8,24
н.о
0,02
0,05
2,50
2,00
1,06
1,33
а2
2,5-13
6,0
4,9
0,13
0,01
0,02
0,05
1,50
1,00
0,53
0,27
Bf
13-33
6,0
5,1
0,69
0,03
0,26
0,20
2,25
1,50
0,80
0,53
ВС1
33-48
5,9
5,3
0,28
0,015
0,13
0,18
3,25
1,50
0,53
0,25
ВС2
48-55
6,0
4,5
0,29
0,014
0,26
0,38
5,50
2,55
0,51
1,06
ВСЗ
60-78
5,9
5,1
0,1
след
0,07
0,24
2,25
2,00
0,49
0,26
С
78-130
6,0
4,9
0,19
след
0,1
0,25
2,00
1,25
0,54
0,50
Примечание: здесь и дальше Feox оксалаторастворнмые соединения железа по Тамму,
Ред -соединения железа по Джексону.
Почва - подзол иллювиально-железистый мелкоподзолистый.
Величины pH низкие в верхнем слое почвы А1А2 и более высокие в
гор. А2 и В, но распределение аморфного Fe (по Тамму), как и
морфологический профиль свидетельствуют, что почва - подзол.
Содержание органического вещества значительно только в гор. Al А2
(потери при прокаливании в нем составили 8,24%). В подпочве
количество Сорг держится практически на одном уровне.
Исследования почв лесов центрального региона очень много.
Ниже приводятся данные по лесным почвам Центрально-лесного
заповедника, Тверской области, и Биогеоценологической станции
Малинки, Московская обл.
Малинское лесничество расположено в Подольском районе на
юге Московской области в Краснопахорском лесхозе.
Вторичная моренная равнина характеризуется холмисто¬
увалистым рельефом с максимальными высотами до 224м над у.м.
Она образована моренными отложениями Клинско - Дмитровской
гряды и конечными моренами Московского оледенения. Равнина
захватывает южную часть Клинско - Дмитровской гряды, север
Теплосганской возвышенности, простираясь на запад до р.Пахры и
верховий р.Москвы. Морена перекрыта покровными суглинками и
супесями.
Лесничество расположено в поясе умеренно-холодного климата.
В течение года наиболее часто господствуют континентально¬
полярные массы воздуха, реже - арктические, еще реже -
-263-
атлантические и тропические. За год на поверхность поступает с
солнечной радиацией 52,5ккал/см2, из которых 5 ккал в зимние
месяцы. С рассеянной радиацией поступает 35-40ккал. Общий
радиационный баланс составляет 27,5ккал/см2/год.
Среднее количество осадков 550мм. возможны годы с 270мм. В
летние месяцы КУ может достигать 0,2.в среднем равняясь 0,7-0,8. (В
годовом цикле КУ >1). Мера континентальное™ невелика - 42 (100 -
мера континентальности в Верхоянске, Якутия).
Территория расположена в зоне южной тайги, в пределах
широколиственно-хвойных лесов. Южнее в 30 км проходит граница
смешанных и широколиственных лесов и , соответственно, дерново-
подзолистых и светло-серых лесных почв. Лесной фон составляют в
основном ельники с примесью дуба, липы, березы, осины. Есть
сосняки, дубравы, липняки, березняки, осинники. По поймам малых
речек формируются ольшаники. На выходах известняков по реке
Пахре и Десне произрастают вязовники. Леса перемежаются с
пашнями и сенокосами. Анализ архивных данных показывает, что
леса и пашни неоднократно менялись местами в течение, по крайней
мере, последних 500 лет. Об этом свидетельствуют карты
государственного межевания 18 в и курганы вблизи впадения р.
Пахры в р. Москву, которые были заложены представителями
Дьяковской культуры в 10 - 14 вв. Эти данные свидетельствуют, что в
южной тайге уже несколько сотен лет наряду с лесами
распространены пашни и луговые участки (суходольные луга).
Именно поэтому при рассмотрении почв лесов будут оцениваться
свойства почв луговых ценозов, с учетом, что суходольные луга -
производные фитоценозы от лесных биогеоценозов.
Кроме того, часть лесов в настоящее время растет на бывших
пашнях, что также откладывает отпечаток на свойства почв. В
частности, в результате бывшей распашки почв в настоящее время
под многими лесами заметен горизонт А1А2, бывший гор. А
пахотный.
Кроме того, неотъемлемой частью ландшафта тайги можно
считать поймы малых рек, занятых часто лугами и олыпатниками.
На территории лесничества в конце 19 в проведены работы по
разведению леса. В результате этих посадок на территории
лесничества появились сосняки на суглинистых почвах.
Почвенный покров представлен дерново-подзолистыми
почвами, в том числе их пахотными и сенокосными вариантами. По
долинам речек формируются перегнойно-глеевые, торфяно-глеевые и
дерново-глеевые почвы. Встречаются дерновые почвы, в том числе на
-264-
выходах известняков. В пределах выбранной части катены
распространены лишь дерново-подзолистые почвы.
Описание разреза дерново-подзолистой почвы
Заложен в нижней части катены, в ельнике мшистом, в центре
хвощового окна (хвощовая парцелла). Наряду с ней в ельнике
встречаются елово-липовая, елово-мшистая, елово
волосистоосоковая парцеллы. Почвенный покров парцелл отличается
лишь мощностью и степенью выраженности горизонтов, а также
количественным выражением таких свойств, как содержание гумуса,
pH, состав и сумма обменных оснований.
Почва: среднедерновая - среднеподзолистая
Ао (О) 0 - 4(6) см . Очес мха, на поверхности которого много
веток, хвои . Запасы подстилки исчисляются в среднем 11-14т/га В
осоковой парцелле формируется дернина
А 14(6) - 7(10) см. Влажноватый, темно-серый, непрочно¬
комковатый средний суглинок, много корней, рыхлый, переход
хорошо заметен по цвету и сложению.
А1А2 7(10) - 15 см Влажноватый, светло-серый с буроватым
оттенком ( кофе с молоком в котором мало молока) зернисто¬
комковатый средний суглинок, пронизан корнями, рыхлый, переход
заметен о цвету и сложению
А2 15 - 21 см Влажноватый, белесовато - палевый (молоко с
добавкой кофе)средний суглинок, пластинчатый, местами бурые
пятна, встречаются ортштейны, в том числе микроортштейны,
пластинки выламываются так, что верхняя сторона их светлая, а
нижняя инкрустирована микроортштейнами, придающими темную
окраску нижней стороне пластинки. Плотноват, переход ясный по
цвету и сложению.
А2В 21 -40 см. Влажный, пестроокрашенный красно-бурый с
желтыми и белесыми пятнами, средний и тяжелый суглинок,
агрегаты призмовидные, по граням призм кутаны более темного
красно-бурого цвета. Можно разделить на два морфона А2В и ВА2 .
Встречаются корни растений.
В1 40 - 67 см Влажный, бурый с красно-охристыми пятнами,
тяжелый суглинок, призмовидный, по граням призм кутаны и
кремнеземистая присыпка, единичные корни.
ВС 67 - 120см Влажный, более желтого оттенка, чем гор.В1,
много бурых прослоек и пятен, тяжелый суглинок.
При анализе большого количества почвенных разрезов, в том
числе специально выкопанного площадью 5x5 м , удалось
-265-
установить, что часто языковатость связана со старыми ветровалами,
почвенно-ветровальными комплексами . Горизонт А1А2 в
большинстве случаев унаследован почвой от предыдущего пахотного
ее состояния и отражает процесс эволюции пахотного горизонта в
гор.А2.
Как уже говорилось, почвы остальных парцелл отличаются
степенью выраженности и мощностью горизонтов. Анализ показал,
что типичные, пластинчатый и мучнистый белесые горизонты А2 с
разной вероятностью появляется в почвах лесного массива:
вероятность появления А2 в еловых парцеллах 0,64; сосновых-0,41; в
дубовых 0,18; березовых- 0,79; осиновых - 0,43; в лесных окнах -0,34.
В среднем для всего лесничества вероятность появления типичного
А2 - 0,43.
Химические и физические свойства почв свидетельствуют,
(табл. 6.5, 6.6) что они относятся к дерново-подзолистым почвам по
классификации Почвенного института 1977г. В зависимости от типа
БГЦ, парцеллы они отличаются не только морфологическими и
физическими свойствами, но и pH, содержанием гумуса, составом
обменных катионов, в том числе участием обменного А1 в почвенном
поглощающем комплексе. Отмечается заметное различие почв в
зависимости от типа угодья (лес, луг, пашня), хотя почвы относятся к
одному типу.
Для подтверждения этой закономерности приведены также
данные по таежно-осолоделой почв около Байкала (Горбачев, 1985).
Они подтверждают общую тенденцию. На пашне и лугу плотность
почвы обычно больше, чем в лесу. Из лесных почв наиболее
уплотнены почвы под березняком.
Удельная поверхность почв показывает, что наибольшая
оподзоленность в гор. А2 отмечается в почвах под ельником, где
гранулометрический состав самый легкий.
В целом отмечается достаточно четкая дифференциация почв по
гранулометрическому составу. Обращает на себя внимание меньшая
дифференциация по гранулометрическому составу (удельной
поверхности) почв на пашнях, что, безусловно связано с
перемешиванием почв, примесью нижнего горизонта (В), возможно, с
эрозионным сносом части гор А1А2 и А2. Это явление для слоя 0-
30см (табл. 6.3) подтверждается для всех почв, не только почв
подзолистого типа (Н.С. Орешкина, 1983).
-266-
Почвы под суходольными лугами
Луговые ценозы в лесной зоне обычно вторичны, но они
достаточно широко распространены на всем пространстве этой зоны.
Часть из них связаны с деятельностью человека (раскорчевка леса и
использование земли под сенокос). Свойства почв на лугу несколько
различаются с почвами под лесом. Уплотнение гор. А1 под луговыми
почвами связано с тем, что в луговых ценозах педофауна в основном
представлена постилочными формами, обитающими в дернине и
органогенном горизонте - луговом войлоке. Именно там наиболее
распространены коллемболы, акариды и другие представители
педофауны. Представителей фауны в гор. А1 значительно меньше,
поэтому рыхление этого горизонта выражена меньше, чем в лесу.
По данным Н.С. Орешкиной все лесные почвы (по сравнению с
аналогичными почвами пахотных и травяных угодий) обладают более
низкими плотностью, сопротивлением расклиниванию, более высокой
водопроницаемостью. В гумидных условиях лесные почвы более
обогащены обменным алюминием, чем почвы пашни и луга.
В дерново-подзолистых почвах верхний слой под суходольным
лугом заметно богаче, а пахотный беднее гумусом, чем почва под
лесом
Плотность при сведении леса увеличивается иногда до
глубины 40-50см (в дерново-подзолистых почвах).
Под лесом почвы всегда обладают заметно более высокой
водопроницаемостью, чем под лугом и в поле. При этом в лесах
наибольшая неоднородность водопроницаемости (коэффициент
вариации 160%, у почв луга - 100%, в почвах поля -70%). Безусловно,
роль такой неоднородности водопроницаемости в лесу чрезвычайно
важна. Высокие значения водопроницаемости, которых больше в
лесу, приводят тому, что в лесных почвах практически нет эрозии. В
поле водопроницаемость несколько выровнена, что характерно
вообще для антропогенного влияния, приводящего к снижению
разнообразия в ландшафте.
Изменение удельной поверхности почв отражает элювиальные
процессы, примесь нижних горизонтов, накопление или сработку
гумуса.
Возможно, что изменение удельной поверхности связано с
трансформацией минералов, коллоидов, накоплением или
разрушением самых тонких фракций элементарных частиц, что при
гранулометрическом анализе, не фиксируется, но заметно по
изменению удельной поверхности почвы.
-267-
Изменение удельной поверхности также связано с составом
обменных катионов. Насыщение почв Са увеличивает удельную
поверхность почв. Определенную по воде.
Таблица 6 3. Свойства разных почв под разными ценозами (по Н.С.
Орешкиной, 1983), значения из 16-100 повторностей)
Тип угодья
Глубина, см
Удельная
поверхность,
см2/г
Плотность твердой
фазы, г/см3
Плотность
почвы, г/см3
дерново-подзолистая почва, Малинки, Московская обл.
сосняк
0-5
79
2,59
1Д2 1
5-10
47
2,63
1,28
15-20
45
2,64
1,35
25-30
49
2,66
1,43
45-50
83
2,70
1,50
ельник
5-10
53
2,57
0,66
15-20
43
2,64
0,97
20-30
37
2,64
1,21
березняк
5-10
120
2,57 .
1,14
15-20
42
2,61
1,32
25-30
42
2,65
1,48
45-50
70
2,69
1,56
пшеница
5-10
47
2,60
1,44
25-30
58
2,63
1,56
145- 50
62
2,67
1,65
таежные осолоделые, ( по В.Н. Горбачеву, 1985) Иркутская обл.
сосняк
5-10
39
15-20
29
2,61
35-40
31
2,66
ельник
5-10
103
2,68
15-20
27
2,55
35-40
59
2,65
березняк
5-10
87
2,70
15-20
60
2,57
35-40
65
2,68
Различия между почвами лесов и лугов проявляются в первую
очередь в верхних слоях почвы (0-30 см, табл. 6.4).
Эти различия связаны, в первую очередь с формированием на
лугах дернового горизонта Ад и более выраженного гор. А1
(табл.6.5). Общность почв лесов и суходольных лугов можно
проследить по их морфологическим, физическим и химическим
свойствам, (табл.6.5 и 6.6)
Оценка мощности генетических горизонтов на лугу и в лесу
показывают принципиальную генетическую однотипность этих почв.
- 268 -
Изменения связаны, в основном, с появлением гор. Ад,
увеличением гор. А1 и часто меньшей выраженностью гор. А2.
Таблица 6.4. Средние оценки свойств почвы (слой 0-30 см) в
зависимости от экосистемы
Тип угодья
плотпость, r/CMJ
порис¬
тость, %
объема
удельная
поверх¬
ность, mV
Скорость
впиты¬
вания,
мм/мин
гумус, %
массы
почвы
тв. фазы
дерново-подзолистая почва
луг
1,37
2,64
48
2
3,4
лес
1,19
2,62
54
46
130
1,1
поле
1,47
2,62
44
54
17
не опр.
таежные осолоделые (В.Н. Горбачев,Э П. Попова, 1983)
лес |
11,18 ]
I?# ,|
155 I
157 |
1 И,0
Эти данные подтверждают правильность общего подхода С.П.
Яркова о необходимости рассмотрения лесной зоны, как лесо -
луговой.
Таблица 6.5. Мощность горизонтов почв на суходольных лугах
(по Е.Ю. Якименко)
Место,
возраст луга, лет
Мощность горизонта, см
Ад+А1
А1
А2
А2В
луг
лес
луг
лес
луг
лес
Висим.
,50
20
16
-
-
18
14
Тоже,
100-120
18
12
16
15
20
20
Тоже,
180-200
14
14
14
17
19
19
Тоже,
220-250
21
12
18
18
21
19
Тоже.
280-300
18
17
16
18
23
26
Лисино, 40
25
16
-
-
23
29
Тоже,
140
21
10
-
13
32
18
Тоже,
140
18
11
5
Пятна
22
25
Тоже
140
16
9
9
И
18
15
Под суходольными лугами изменяются отдельные свойства
почв, сохраняется общая направленность в почвообразовании
(табл.6.6).
-269-
Таблица 6.6. Свойства почв под луговыми и лесными фитоценозами.
Воз-раст,
лет
Горизонт,
глубина, см
Гумус,
%
Содержание обменных катионов,
мг-экв/100 г почвы
pH
Сг/Сф
Са
Mg
Al
Н
Лиси-но,
Ад (о) 1-5
6,5/-
21/25
3/4
0,4/3
0,3/2
6/5
0,6/-
40
А1 10-15
4,3/7,6
17/6
3/4
0,4/6
0,1/1
6/4
0,8/0,3
А2В 25-30
0,7/1,5
9/7
4/5
0/0
0/0
6/5
1,1/0,7
Bg 60-70
0,6/0,5
19/19
8/10
0/0
0/0
7/7
0,8/0,6
То же,
Ад (о)1-5
7,4/-
13/13
2/3
2/10
1/2
5/4
1,0/-
140
А17-12
4,7/7,3
8/5
3/3
2/12
0/1
6/5
1,1/0,6
А2В 15-25
0,6/0,8
6/2
3/1
0/3
0/1
6/5
0,1/0,9
Bg 65-80
0,3/0,5
18/17
8/8
0/0
0/0
7/6
0,7/0,3
Висим, 50
Ад (о) 1-4
9,8/-
23/9
6/2
0/5
0/0
6/4
0,7/-
А1 10-15
4,3/5,1
7/6
2/1
2/5
0/0
5/5
0,5/0,6
А2В 25-35
2,5/2,9
6/7
3/3
5/4
0/0
5/5
0,3/-
В 40-50
1,3/1,4
6/6
9/8
7/4
0/1
5/5
0,2/0,1
100-120
Ад (о)1-5
12.8/-
22/21
7/7
1/4
1/1
5/5
0,6/-
А1 10-15
3,7/5,3
11/11
3/4
5/8
0/1
5/5
0,3/0,5
А2 20-35
1,4/1,9
9/9
3/3
3/6
0/0
5/5
0,2/0,6
В1 65-75
0,5/0,8
28/30
12/15
1/0
0/0
5/5
0,4/0,2
180-200
Ад (о) 1-5
13,3/-
22/21
7/9
1/3
1/1
5/5
0,4/-
А1 7-12
5,8/4,3
8/7
3/3
4/5
0/0
5/5
0,5/0,5
А2 15-25
1,3/1,3
7/7
2/4
3/4
0/0
5/5
0,4/0,6
В1 55-65
0,6/0,6
26/27
18/18
1/1
0/0
5/6
0,2/0,3
220-250
Ад (о)1-5
18,7/-
19/20
6/6
3/4
1/1
5/5
0,44/-
А1 7-15
4,2/4,3
6/8
3/5
3/6
0/0
4/5
0,4/0,5
А2 25-35
1,1/1,2
7/8
2/3
5/4
0/0
5/5
0,1/0,2
В1 60-65
0,8/1,0
31/32
14/11
2/2
0/0
5/5
0,2/0,2
280-300
Ад (о)1-5
18/-
18/30
5/9
3/2
1/1
5/5
0,4/-
А1 10-15
4,8/5,9
7/14
5/7
6/4
0/0
5/5
0,3/0,8
А2 25-35
1,4/1,4
6/6
1/3
3/1
0/0
5/5
0,1/0,1
В1 65-80
0,5/0,5
24/26
9/10 1
2/2
0/0
5/5
0,4/-
Примечание: числитель-луг, знаменатель - примыкающий к лугу лес.
Воздействие лесного фитоценоза на почвы
Воздействие разных пород деревьев достаточно четко
проявляется в различиях свойств почв под этими породами. Несмотря
на то, что почва относится к тому же классификационному таксону,
различия в содержании гумуса, pH, обменных катионов достаточно
заметны. Изменяются, но в меньшей степени и физические свойства
почв, особенно, удельная поверхность, отражающая
гранулометрический состав почв и их гумусированность. Особенно
заметно уменьшение удельной поверхности в гор. А2 почвы под
ельником, что коррелирует с морфологически большей
выраженностью оподзоливания в этих экосистемах, чем под другими
-270-
деревьями. Под березняком, вторичному, сменившему ельник,
верхний горизонт имеет большую удельную поверхность, чем почвы
под хвойными породами и пашней, но гор. А2 этой почвы сохраняет
оподзоленность, создавшуюся еще под ельником.
Изменение почв в горизонтальном направлении сочетается с
изменением почв по вертикали (профильное строение почв). Такая
анизотропность почв свойственна всем лесным почвам, но заметно
лишь в верхнем горизонте почвы (А1). Ниже она проявляется в
меньшей степени, но обнаруживается по тенденциям в изменении
почвенных параметров.
Анализ показывает, что свойства почв в лесу закономерно
связаны с типом парцеллы, микрозоной, травяным ярусом (табл.5.7 и
5.8). Эту связь можно оценить, используя формулу Шеннона для
измерения количества информации, содержащейся в данном
распределении свойства. На основании ее выделены специфические
значения свойств почв в зависимости от фактора (т.е. такие значения
свойств, которые были бы характерны для определенного значения
фактора, если бы другие факторы не оказывали на данное свойство
влияния).
Вторая особенность лесных почв, характерная для всех
природных зон, - как уже говорилось, особая анизотропность почв в
лесных экосистемах, связанная с воздействием биогеценотического
поля эдификатора парцеллы (окна, дерева) на почвенный покров.
Таблица 6.7. Специфические значения содержания обменных
катионов (мг-экв/100г ) в зависимости от биогеоценотических
факторов в слое 0-50см среднесуглинистой дерново-подзолистой
почвы
Параметр
| Сумма катионов
|Са2+
|Мв2+
|А13+
горизонты
А1
21
11
1-2
1-2
А1А2
11
3
1
3-4
А2
6
1
1
5
А2В
7-14
1-6
3-4
6-7
В
15-20
7-14
3
8
Порода дерева
ель
21
4-6
3-4
1-4
дуб
15-17
4-10
1
6-7
береза
7-11
1
1
8-10
осина
7-11
1-3
1-4
8-10
липа
21
14
5
1-2
сосна
18-20
1-3
-
5
окно
11
7-10
1-2
5
микрозона вокруг эдификатора
-271-
1-я
15-17
3-7
1-2
5
2-я
21-26
7-14
5
10
3-я
4
14
3-4
1-2
доминанты напочвенного покрова
осока волосистая
14
3
1
1-4
зеленые мхи
1-18
11
3
8
снытевое разнотравье
15-17
1-6 J
1-2
3
хвощ
7-11
4-6
3
3-4
мертвопокровная
8-12
4-5
1-2
5-7
Она проявляется в закономерном изменении запасов подстилки,
перераспределении осадков, часто в микрозональносги
растительного покрова вокруг ствола дерева или центра лесного окна.
Проявляется эта особенность в той или иной степени на всех лесных
почвах, суглинистых и песчаных, таежных и почв широколиственных
лесов, но, безусловно, выраженность анизотропности в разных почвах
различается.
Анизотропность в той или иной степени свойственна всем
лесным почвам, но иногда она затушевывается разными другими
влияниями (высокой полнотой древостоя, рекреационным
воздействием, влиянием животных, вывалов, других случайных
факторов). В зависимости от сенсорности почв и их рефлекторности
она может проявляться очень ярко или в неявной форме, как
тенденция. Хорошо заметна она обычно в верхних горизонтах почвы,
в запасах и мощности подстилки, в содержании гумуса в гор. А1,
сумме и составе обменных катионов в этом же горизонте. В горизонте
В влияние современного БГЦ обычно менее заметно, а закономерное
изменение свойств в пределах тессеры в этом горизонте уже обычно
не прослеживается. Очевидно, анизотропность - влияние
современного БГЦ.
Таблица 6.8 Специфические свойства гор. А1 дерново-подзолистой
почвы под разными растениями (В. А. Бганцова 1991, Е.Н.
Серова,1983).
Растения
Плотность почвы,
г/смЗ
Водопро¬
ницае¬
мость,
мм/мин
pH
почвы
Обменные катионы,
мг-экв/100г
пределы
средняя
Са2+
Mg2+
Костяника
0,5-1,1
0,80
0
1
-4
4,6-4,9 ^
3-5
1-2
Кислица
0,5-1,1
0,71
25-200
4,3-4,6
1-3
1-2
Хвощ лесной
0,7-1,1
0,85
25-150
3,4-5,5
3-5
6-7
Копытень
0,7-0,9
0,88
0-100
4,6-5,5
7-13
1
Осока волосистая
0,4-1,1
0,65
75-150
4,0-4,6
5-7
0-2
Щитовник Линнея
0,3-0,8
0,61
0-150
4,6-5,2
1-3
-
-272-
Папоротник
мужской
0,5-0,9
0,70
0-150
4,0-5,2
3-5
4-5
Ландыш
0,3-0,5
0,4
-
-
11-15
3-4
Живучка
0,6-0,7
0,65
25-50
4,9-5,2
-
-
Сныть
0,4-0,5
0,45
25
4,0-4,3
-
-
Мертвопокровная
парцелла
0,3-0,5
0,40
125-150
4,0-4,3
-
-
Динамичность изменений почв в лесах связано с ростом
деревьев (их возрастом), сукцессиями парцелл. Очевидно, самое
яркое проявление влияний деревьев на почву можно проследить на
самых старых деревьях, например, в Кологривском лесу, где возраст
деревьев измеряется 200-гг (табл. 6.9).
По архивным данным этот лес не рубился не менее бООлет.
Высота деревьев - 40 м (1а бонитет).
Таблица 6.9. Некоторые свойства подзолистой почвы липо - ельника
220-230 лет, Кологривский лес, Костромская обл.
(Дворников и др., 1987).
Г оризонт,
глубина, см
pH
Гум
yc,%
Гидроли
тическая
кислот¬
ность,
мэ.ЮОг
Обменные катионы,
мэ/100гпочвы
Гранулометри¬
ческие
частицы, %
Са
Mg
Al
Н
<0,001
мм, %
<0,01
мм, %
01
5,6
90*
55,6 ^
41,6
11,7
2,6
8,8
-
-
02
5,5
84*
55,6
45,5
4,6
1,4
3,4
-
-
А2 п о. 0-1
4,3
3,3
10,0
3,4
0,7
4,6
0,9
10
33
A2h(Bhf) 1-4
4,2
4,2
19,0
3,4
1,0
5,8
2,9
11
34
А2 10-20
4,9
0,9
6,8
2,1
0,9
3,7
0,3
7
29
А2 20-30
4,9
0,6
7,2
1,7
0,3
3,1
0,3
8
29
A2/Bt 30-40
4,9
0,5
11,0
5,5
1,4
5,0
1,0
18
40
Bt/A2 40-50
4,7
0,5
12,2
9,6
5,1
5,8
0,3
29
52
Btl 50-60
5,1
0,5
9,5
12,0
8,6
0,7
3,4
24
50
Bt2 65-90
5,0
0,5
7,3
10,1
4,2
1,0
1,2
22
48
B3(t) 95-100
5,1
0,5
6,3
9,7
3,9
1,0
0,9
21
49
ITOCg 110-150
5,2
0,4
5,1
8,3
3,3
0,5
0,6
14
41
fflBCg 150-180
4,9
0,7
3,2
13,2
4,8
0,4
1,4
16
46
IV BG/G 180-220
6,3
0,4
2,3
15,8
5,5
од
0,3
8
41
VD 220-250
6,9
0,3
1,1
19,2
9,1
0,2
0,3
7
42
Примечание: п о. -поверхностно оглеенная почва.
Аналогичные свойства характерны и для почв Забайкалья (табл.
5.10), где выделяют подзолистые, бурые лесные, дерновые таежные
почвы.
-273-
Таблица 6.10. Характеристика лесных почв Забайкалья (В.А.
Вторушин и Цибжитов Ц.Х., Ярилова Е.А., Убугунова В.Н.. цит. по
Корсунову В.М., 1989)
Г оризонт,
глубина, см
рНвод
Г идролит
ическая
кислот¬
ность
А1 по
Соко
лову
Гумус
%
Обменные катионы
Feox
Са
Mg
Н
Г орная подзолистая альфегумусная
АО 0-10
5,0
59,5
15,5
Не определялись
А2 4-13
4,3
9,8
27,7
4,6
3,0
2,0
7,1
0,14
В 15-25
5,8
6,1
15,3
1,0
1,8
0,9
5,0
0,25
В2 30-40
5,9
5,4
11,4
0,6
2,0
1,0
2,1
0,53
ВС 50-60
5,9
2,7
6,1
0,2
Не определялись
0,51
ВС 70-80
6,2
2,5
3,6
0,3
0,57
Г орная криогенно-подзолистая
АО 0-10
3,8
120<8
3,2
90,0
18,4
6,9
15,9
0<18
А1 10-20
4,0
6,5
3,1
0,9
0,4
0,4
3,1
0,05
В 20-30
4,6
4,9
2,0
0,3
0,4
0,4
1,7
0,04
ВС 30-40
5,2
4,5
0,3
0,6
1,2
1,6
0,6
0,69
ВС 50-60
5,5
3,7
0,4
0,5
0,6
0,2
0,3
0,43
Г орная таежная оподзоленная
А1А2 0-2
5,3
5,1
12,0
6,2
1,2
0,07
АВ 4-4
5,3
7,5
0,3
2,2
4,9
6,2
0,7
0,91
В 4-9
5.5
5.2
6,2
1,4
6,1
1,0
0,3
0,44
Бурая лесная лсссивированная
А1 6-12
4,4 1
10,5
6,2
16,1
1,6
0,8
0,4
1,4
А1В 12-22
5,0
5,6
3,1
3,9
1,6
0,8
0,1
1,5
В 35-45
5,3
8,1
1,9
0,9
2,7
0,9
0,1
1,3
В 60-70
4,1
5,3
3,1
0,5
4,8
2,4
0,1
0,8
ВС 100-110
4,1
3,8
0,7
0,3
4,8
2,7
0,1
0,5
Эти почвы также обладают высокой кислотностью, характерным
распределением оксалаторастворимых соединений железа
(Таммовского). Среди бурых лесных почв встречаются
глубокогумусные почвы. (Приведены данные по горным лесным
почвам, которые в регионе в основном формируют почвенный
покров).
Экологические функции лесных почв
В лесных почвах можно изучить их естественные экологические
функции. Именно поэтому к лесным почвам сейчас привлечено
внимание почвоведов, и изучение этих почв идет самым широким
фронтом.
Многообразие экологических функций можно свести, для
удобства, к нескольким группам, к таким, как снабжение растений
-274-
питательными веществами и водой, разложение останков живых
организмов, включая грибы, микроорганизмы, растения, животные и
превращение их в почвенный гумус, нейтральный по отношению к
растениям, а иногда даже обладающий стимулирующим
воздействием. Окисление органического вещества до С02. Третья
группа функций - обеспечение места поселения живых организмов.
Указанные группы включают достаточно самостоятельные
экологические функции, как например снабжение растений азотом,
калием, фосфором, другими элементами - они осуществляются
разными механизмами, и поэтому их следует считать
самостоятельными экологическими функциями. Различаются также
механизмы накопления этих веществ в верхних слоях почвы, хотя по
инерции эти механизмы рассматриваются в рамках одного общего
биологического круговорота. Достаточно сказать, что накопление
азота в почве - биологический, закрепление фосфора • химический, и
калия - физико-химический процессы. Если почвы отличаются по
минералогическому и гранулометрическому составам, водному
режиму, содержанию растворимых солей, функции снабжения
растений питательными элементами будут существенно разными.
Естественные почвы обладают всем набором экологических функций,
что выработалось за время эволюции биосферы (экосистем). Следует
отметить одну очень важную особенность почвы: в случае
невозможности выполнять в полном объеме какую-нибудь
экологическую функцию, почва передает эту функцию, "делегирует"
ее другому горизонту: дернине, кустарничково-корневому (лесной
аналог дернины), торфу и моховому очесу. Так, кварцевые пески,
бедные от природы питательными веществами часто в гумидной зоне
зарастают сфагнумом и образуют сфагновые болота. В этих
горизонтах распространена большая часть корней растений, в том
числе деревьев. Часто эти горизонты становятся "домом" других
организмов (растений, животных, микроорганизмов). Аналогичная
ситуация отмечается на почвах с многолетней мерзлотой или с
длительным сезонным промерзанием почвы: образуются
органогенные горизонты (та же дернина, кустарничково-корневой),
которые прогреваются быстрее и способствуют более раннему началу
жизнедеятельности живых организмов. Следует отметить один очень
своеобразный факт: органогенные горизонты обычно очень плотно
заселены микроорганизмами, мезофауной и чем больше мощность
подстилки или аналогичного органогенного горизонта, тем больше в
них живых организмов. Очевидно, разложение опада, подстилки,
корней нельзя прямо связывать с заселением (населением) этих
горизонтов. А сам процесс разложения подстилки сложнее и в этом
-275-
необходимо разбираться особо. Работы Т.С. Всеволодовой - Перель
(1987) показали, что педофауна переводит материал опада и
подстилки в органические агрегаты, с зольностью 7-10%, т.е.
практически сохраняет их органическую природу. При этом теряется
лишь 3-4% органического вещества. Таким образом многочисленное
население подстилки поддерживает существование этого горизонта, а
не уничтожает его, как это принято считать в настоящее время. Чем
больше население подстилки, тем длиннее трофическая цепь в ней,
тем дольше она сохраняется, как особое образование на поверхности
почвы. Но это положение нуждается в дальнейшем исследовании.
Деградация почв - это полная или частичная потеря ею своих
экологических функций, отсутствие горизонта (дернины, подстилки,
органогенного), которому можно передать эти функции. В этом
случае деградирует также экосистема, развивавшаяся на этой почве.
Особенно четко это положение просматривается при анализе лесных
почв и лесных экосистем.
Распространение лесных почв.
Лесные почвы распространены во всех природных зонах от
тундры до пустыни, но доля их участия существенно различается, как
разнятся и сами лесные экосистемы.
В тундре также есть «леса», или многолетние "лубяные"
экосистемы, представленные карликовыми формами берез, ив.
Восточнее Байкала в субальпийском поясе распространены кедровые
и ольховые стланики, в Европе - сосновые стланики. Для почв (в
основном, разные подтипы подбуров) этих экосистем характерен
органогенный горизонт Акк, кустарничково-корневой (аналог
дернового, но созданный не корнями трав, а корнями кустарничков:
брусника, голубика, карликовая береза и пр.).
Таежные леса достаточно хорошо исследованы и составляющие
их хвойные и лиственные экосистемы оценены с большой
детальностью самыми разными специалистами. Для них характерны
подзолистые, дерново-подзолистые, бурые лесные, дерново-лесные
(дерновые таежные) и др. почвы.
Парцеллярная изменчивость почв (в пределах леса), так же, как
и анизотропность их, и различия в зависимости от угодья, ставят
перед исследователями вечный вопрос: что раньше: яйцо или курица.
Отмеченные свойства почвы послужили причиной появления данных
экосистем, или сами экосистемы создали эти условия, изменив
свойства почв в "нужном" направлении. Ясно, что почвы пашни
изменены человеком, исходя из его понимания экологических
-276-
требований сельскохозяйственных растений. Создан достаточно
рыхлый, но не вспушенный пахотный слой с плотностью около 1, в
него внесены удобрения, если надо - известь и пр. Экологическое
соответствие пашни культуре проверяются по величине урожая (реже
- по его качеству). Но в течение вегетационного периода при
отсутствии обработки пашня переходит в равновесное состояние,
плотность почвы увеличивается, водопроницаемость несколько
снижается, иногда меняется агрегированность. Под зерновыми
культурами почва приобретает свойства близкие к свойствам луговых
(дерновых) почв. В естественных экосистемах ситуация несколько
иная, особенно это касается лесных экосистем. Поселение растений
подчиняется правилу, сформулированному А.Л. Бельгардом и А.П.
Травлеевым (1990). Растения выживают лишь при - экологическом
соответствии экосистемы природным условиям. Одним из важных
экологических свойств почв, определяющих существование лесных
экосистем, следует считать ее водный режим. Если в почве есть запас
продуктивной влаги во втором метре в течение вегетационного
периода, то лесная экосистема может существовать на этой почве. В
противном случае при достижении определенного возраста
экосистема погибает. (Карпачевский, Травлеев, 1991, Карпачевский,
Смирнова, Травлеев и др, 1995). Следует различать также две группы
экологических функций почвы, которые, возможно, связаны с
экологическими функциями климата. На данной почве (например,
черноземах) посаженные ели образуют своеобразную экосистему,
прекрасно растут, но не возобновляются. Аналогично ведут себя
лесные полосы в сухой степи. Очевидно, что лесорастительные
свойства почв (органогенные функции их) достаточно хороши для
произрастания деревьев, которые в необходимом количестве
снабжаются водой и питательными элементами. Однако
лесовозобновительные свойства (экологические функции)
неблагоприятны для лесных экосистем. В то же время доказано, что
искусственные насаждения в степях изменяют свойства исходных
почв (в основном, верхних горизонтов): уменьшают плотность,
увеличивают водопроницаемость, содержание гумуса. В степях
лесные полосы накапливают снег, и весной почва промывается
иногда до глубины 4 м по сравнению с 1-2м под травяными
экосистемами и на пашнях. Т.е. и в этом случае лесные экосистемы
создают определенные экологические условия для своего
существования, изменяют экологический тип водного режима
(Ефремов и др., 1986)
Аналогичная картина прослеживается и в лесной зоне.
Поселившаяся на данной почве древесная порода изменяет свойства
-277-
почв в "нужном для себя" направлении. О том, что этот процесс идет,
говорит факт анизотропности лесных почв, закономерного изменения
их в пределах тессеры (от ствола дерева к границе кроны).
Особенно ярко это проявляется под старыми деревьями. В
частности, под 300-летней елью, в Центрально-лесном заповеднике
(табл. 6.11), но также обнаруживается и в бурых лесных почвах,
менее дифференцированных, чем почвы подзолистой группы.
Анизотропность бурых лесных почв подтверждают данные по
почвам Уссурийского стационара, в Сихотэ-Алине. В этом случае
горизонтальная дифференциация выражена в меньшей степени, но
достаточно заметна и достоверна. Она обычно хорошо проявляется в
гор. А1, что свидетельствует о современном характере формирования
этого горизонта (табл. 6.12). Отмечается большее содержание гумуса
в гор. А1 на расстоянии до 50-70 см от ствола дерева. На этом же
расстоянии в бурых почвах наблюдаются самые высокие значения pH
и наименьшее содержание обменного А1. Самые низкие значения pH
характерны для почв непосредственно около стволов деревьев, что
согласуется с данными потдругим регионам.
Таблица 6.11. Изменение свойств гор. А1А2 палево-подзолистой почвы
(ЦЛГЗ) по радиусу от 300-летней ели («царица» - ель в ельнике
приручьсвом). По данным Ф.В. Карташева.
Расстоя¬
ние, м
Гумус,%
pH
Обменные катионы, мг-экв/100г почвы
Са
Mg
Н
А1
0,5
2,79
4,46
2,88
0,79
1,70
1,10
1,5
2,83
4,40
2,18
0,65
1,54
1,16
2,0
0,36
4,83
0,19
0,14
0,92
1,21
3,5
1,00
4,46
0,23
0,05
0,70
2,45
4,0
1,67
4,61
0,86
0,80
1,30
1,76
5,0
2,13
5,26
1,12
0,49
1,30
1,35
6,0,
2,70
4,66
0,24
0,75
0,90
3,00
7,5
1,79
5,51
1,36
0,80
1,00
0,60
8,5
2,10
4,40
1,10
0,50
1,40
2,10
9,5
2,06
4,49
0,47
0,24
0,95
3,05
10,5
0,86
5,04
0,40
0,19
0,80
0,70
11,0
0,98
4,08
0,45
0,23
1,17
1,13
12,0
1,20
4,13
0,52
0,50
1,44
2,56
Примечание: на 12 м от царицы - ели стоит 100-летняя ель
Для бурых лесных почв характерно значительное содержание
обменного А1, что связано с обогащенностью почвы оксидами этого
элемента и равномерным его распределением в профиле почвы, как и
оксидов железа.
-278-
Данные по анизотропности (табл. 6.12) и роли травяных
растений в изменении свойств почв показывают высокую
динамичность свойств почв при определенном их консерватизме, что
проявляется в уровне (средней величине) данных свойств.
Таблица 6.12. Химические свойства гумусового горизонта бурых
лесных почв Сихотэ-Алиня в тессерах (1-3 - микозоны тессеры от
ствола к границе кроны)
N точки
pH
С,%
Обменные катионы, м-экв/100 г почвы
Са
Mg
Н
А1
I
МП- 1
17 2
3
4,88
1,79
8,9
8,5
2,3
3,6
23,3
6,98
1,86
24,7
2,0
0,9
0,4
28,1
6,40
1,09
12,8
2,3
0,9
2,1
18,1
ПП 1
-4 2
3
7,01
3,09
40,0
6,5
0,6
0
47,1
7,34
2,90
43,9
8,8
0.6
0,1
53,4
6,63
2,10
30,1
5,7
0,7
1,2
37,7
Кедр-1
ач 2+4
3
5
5,16
1,93
17,2
4,0
0,6
0,3
22,1
5,50
2,05
30,9
3,3
1,3
3,2
38,7
5,32
1,44
21,2
2,7
1,4
1,8
37,1
5,14
0,77
6,8
0,7
0,8
2,7
11,0
Вы- 1
ру- 2+4
бка 3
5
6,30
2,08
18,8
3.2
0,8
0,3
23,1
6,01
2,15
17,0
3,7
1,1
0,7
22,5
6,65
1,71
19,3
4,6
1,1
0,8
25,8
6,83
2,11
28,3
3,8
0,7
0,1
22,9
МП- 1
2
3
4,49
2,97
14,7
3,8
3,0
6,0
27,5
5,55
3,80
23,6
4,2
1,7
3,3
32,8
5,10
2,85
22,8
5,7
1,4
2,0
31,9
Кед-1
рач 2
3
6,17
2,29
19,5
15,0
1Д
0,5
26,1
~5Д0
2,47
19,5
1,3
1,6
2,6
25,0
6,18
2,42
16,1
5,3
0,7
1,3
23,4
Примечание: 1,2,3,4,5 точки взятия образцов у ствола дерева(1) и последовательно
удаляясь от ствола (2,3,4)
Так, pH подзолистых почв колеблется в пределах 4-5, а pH
бурых лесных - в пределах 6-7. Фитогенное поле даже травянистых
растений изменяет почву непосредственно под растением (в
результате обмена веществ, изменения качества осадков,
взаимодействия с определенной фауной и т.п.).
Об этом же свидетельствуют различия в свойствах почв под
разными парцеллами, что также можно объяснить только тем, что
парцеллы изменяют почвы в определенном направлении.
Многочисленные исследования позволили выявить общие
закономерности изменения свойств почв в лесах в зависимости от
разных биогеоценотических факторов. Под разными древесными
породами, разным растениями напочвенного яруса, на разном
удалении от дерева просматриваются различия в таких свойствах
-279-
почв, как, например, содержание и состав обменных катионов, хумус,
pH, динамика почвенных свойств. Поскольку каждое растение
развивается в определенных пределах значений любого свойства, а
эти амплитуды частично перекрываются, то считать вероятностную
приуроченность растений и почв по определенным свойствам нельзя
считать исходной. В любом случае растения на фоне варьирования
общих величин почвенных свойств формируют почвы с более узкими
пределами колебания этих же свойств. Это положение
подтверждается многолетними наблюдениями за связью почвенных
свойств и растений травяного яруса (Бганцова, 1991, Орехова, 1978,)
В этих работах было показано, что изменчивость ряда
почвенных свойств по годам остается в пределах, специфичных для
данного вида растений. Это относится к pH, содержанию гумуса,
плотности, распределению пор по размерам (табл. 6.13). Выявляется
следующая общая картина: общий набор свойств дерново-
подзолистой почвы способствует поселению растений определенного
вида. В зависимости от успеха в конкуренции в данной точке лесной
экосистемы выживает определенное растение, которое уже затем
начинает "улучшать" почву в соответствии со своими требованиями.
Иными словами, поселение растений, попадание семян в данную
точку леса - случайность, но если свойства почвы больше
экологически содействуют данному растению, чем его конкуренту, то
данное растение занимает эту точку пространства и изменяет уже
само почву в "нужном" для самого растения направлении.
Таблица 6.13. Плотность и поры разного диаметра в гор. А1 дерново-
подзолистой почвы под разными растениями, % общего объема пор
(В.А. Бганцова, 1991)
Растение
Плотность, г/смЗ
Пор¬
истость
,%
диаметр пор, мм
почвы
тв.фа-
зы
>0,3
0,3-
0,15
0,15-
0,1
о о
*8 ~
0,06
0,04
0,04-
0,03
Хвощ лесной
0,67
2,44
72,4
п,з
4,1
2,8
2,9
3,3
2,7
Живучка
0,63
2,47
74,5
6,5
4,7
3,3
2,8
2,6
2,0
Сныть
0,55
2,43
77,4
9,2
3,8
1,8
2,4
1,9
-
Кислица
0,68
2,39
71,7
7,9
3,2
2,7
3,9
3,8
3,3
Копытень
0,71
2,52
71,8
18,1
2,6
2,1
2,3
2,4
2,9
Папорот-ник
муж.
0,55
2,36
76,6
12,4
2,1
1,5
2,3
1,9
3,2
Костяника
0,67
2,41
72,3
10,0
4,5
4,3
2,6
2,9
2,9
Осока
волосистая
0,87
2,40
63,9
5,4
3,9
3,1
3,6
3,6
2,9
Щитовник
Линнея
0,74
2,40
69,0
13,5
4,1
4,1
3,2
3,2
3,3
-280-
Корневые системы растений создают соответствующую систему
пор. Потребление и возврат веществ приводит к изменению pH
почвы, содержания гумуса непосредственно под растением. При этом
следует оговориться, что корреляции непосредственно между массой
корней (и массой любой фракции корней) и свойствами почвы не
наблюдается. На почву влияет все растение и сопряженная с ним
биота. В том числе микроорганизмы и грибы. Разнообразие
естественных экосистем и связанное с ним разнообразие свойств почв
свидетельствуют, что в пахотных почвах так или иначе, но часть
экологических функций подавлена, они упрощены и требуется
вмешательство человека, чтобы поддерживать искусственную
экосистему на должном производственном уровне. Анализ также
показывает, что лес богаче в проявлении экологических функций,
чем травяные экосистемы, так как в нем осуществляется поддержание
роста деревьев, кустарников, травяного яруса, мохового,
многочисленного и разнообразного животного мира. Для леса
характерны не только сукцессии БГЦ, но и внутри типа леса, которые
проявляются в смене видов напочвенного покрова в данной точке
парцеллы, смене парцелл, перемещения тессер. Именно поэтому
изучение лесов и лесных почв как экологически
многофункциональных экосистем очень перспективное направление
биогеоценологических исследований. В настоящее время именно в
лесах экологические функции раскрываются наиболее ярко и в
полной мере.
Для леса также характерно еще одно явление, которое не
встречается в травяных ценозах: ветровал и почвенно-ветровальные
комплексы (ПВК). В естественных лесах смена поколений
происходила всегда через вывалы старых деревьев. Экологическая
роль ветровала в том, что он возвращает в верхние горизонты
вымытые из них элементы. Кроме того, ПВК приводит к осеменению
вегетативно размножающихся растений и тем самым обновляет
популяции травяного яруса. В процессе эволюции ПВК почвы могут
проходить самые разные этапы и относиться к разным
классификационным таксонам (Скворцова и др., 1983).
Таблица 6.14. Свойства подзолистой и бурой лесной почв
ветровального комплекса. Сихотэ Алинь.
Объект
Глу¬
бина,
см
Са
обм.
Mg
обм.
А1 по
Сокол
ову
Feox
Мпох
ПП
П
pH
ПВК, 100 лет,
Al-Fe-гумусовая
4
V
3,2
2,5
78
102
14,8
5,9
10
2,0
1,1
3,8
120
71
6,1
5,6
-281-
подзолистая.
бугор
20
1,7
0,9
3,9
151
58
6,4
5,7
30
1,3
0,6
3,8
123
58 .
6,0
5,7
40
2,1
0,8
3,2
117
42
6,1
5,7
То же, западина
4
13,7
2,9
0,9
91
185
17,5
5,9
10
7.5
1,4
3,5
155
92
10,4
20
3,0
1,5
1,9
177
30
8,8
5,8
30
3,3
1,1
3,5
154
24
8,8
5,7
40
2,6
1,1
2,5
137
13
7,6
5,8
НенарушенныйА
l-Fe-гумусово-
подзолистая
4
11,2
3,5
1,2
84
190
17,5
6,5
10
3,6
1,4
3,0
89
46
7,1
5,8
20
2,8
1,2
3,0
83
16
7,6
5,8
30
2,8
1,2
3,0
82
16
7,6
5,8
40
1,9
1,0
2,6
142
10
6,9
5,7
ПВК 6100 лет
бурая лесная
почва, бугор
4
11,6
2,4
0,9
206
42
12,0
6,2
10
6,6
1,9
2,2
156
31
8,7
5,9
20
4,8
1,7
4,0
173
27
6,4
5,8
30
4,6
0,9
4,1
170
31
6,4
5,9
40
3,8
0,9
5,0
116
25
6,6
5,9
То же, западина
4
24,1
4,2
0,4
182
93
17,7
6,8
10
24,1
4,2
0,4
182
93
17,7
7,1
20
16,1
3,0
0,4
148
37
9,2
6,6
30
9,4
3,2
0,4
145
24
9,7
6,5
40
8,6
5,9
0,6
152
22
9,1
6.4
Ненарушенная
бурая лесная
почва
4
16,1
3,7
0,5
232
83
13,2
6,3
10
9,1
2,3
1,3
215
56
8,4
6,1
20
7,4
1,8
2,6
207
38
7,5
6.1
30
5,9
1,6
3,4
223
27
7,0
5,8
40
5,8
2,2
4,1
189
27
6,4
5,9
Но, в конечном итоге, почвы приобретают черты той почвы,
которая преобладает в данной парцелле (табл.6.15)
На ветровальном бугре регенерация почв идет быстрее, чем в
западине, где некоторое переувлажнение сказывается в большой
степени, чем на ровном участке. К тому же в западине обнажается
нижний горизонт почвы, который более медленно превращается в
горизонт А1
Таблица 6.15 Изменение со временем ряда свойств почв на
ветровальном комплексе
Возраст, лет
Плотность
По¬
рис¬
тость,
%
Удель-ная
поверх¬
ность,
м2/г
Гу-
мус, %
рНв
Обменные катионы, мг-
экв/ЮОг почвы
Поч¬
вы
Тв.
Фазы
Са
Mg
Al
Н
Дерново-палево-сильноподзолистая почва, ветровальная западина, А1, ЦЛГЗ
1-2
1,00
2,57
57,5
51,3
2,6
5,7
6,95
2,39
1,5
7
0,39
10-20
1,17
2,56
54,3
43,2
2,87
5,6
5,95
2,57
2,0
2
0,6
-282-
30-50
0,98
2,54
61,9
58,2
4,9
5,7
9,46
2,78
1,0
8
0,44
80-100
0,83
2,49
66,8
65
4,48
5,3
5,05
2,9
3,1
0,55
>100
0,57
2,38
76,5
96
9,23
5,2
8,8
3,34
3,6
8
1,05
Дерново-палево-сильноподзолистая почва, ветровальный
1, бугор, А1, ЦЛГЗ
1-2
0,95
2,56
62,8
53,8
3,60
5,6
6,39
2,15
2,17
0,47
10-20
0,67
2,47
72,9
66,6
6,28
5,2
7,3
2,86
2,91
0,92
30-50
0,61
2,45
75,4
95,0
8,00
5,1
И,5
3,81
3,30
1,0
80-100
0,66
2,48
73,2
79,7
8,65
5,3
6,36
3,59
3,41 _
0,72
>100
0,68
3,49
72,6
72,3
6,95
5,2
8,28
3,49
2,26
0,85
Бурая горно-лесная маломощная почва, ветровальная западина, А1. Висим, Урал
4
1,31
2,86
54,4
96,9
2,75
5,1
9,30
4,58
2,48
0,29
50
0,84
2,74
69,6
131,3
7,08
5,0
13,0
4,15
1,40
0,36
80-100
0,66
2,74
75,9
137,4
9,27
4,9
14,0
3,25
1,93
0,48
>100
0,58
2,61
77,7
151,7
12,3
4,8
14,1
3,89
2,18
0,54
Бурая горно-лесная маломощная почва, ветровальный бу
гор, А1. Висим, Урал
4
2,14
2,86
60,3
95,6
2,95
5,0
8,92
4,44
2,47
0,22
50
0,73
2,75
73,4
125,5
6,51
4,9
11,1
2,94
3,0
0,40
80-100
0,67
2,74
75,5
124
7,55
4,7
11,1
2,62
3,31
0,45
>100
0,68
2,72
75
129,6
7,89
4,8
10,3
2,79
3,31
0,46
В ряде случаев, в пределах ветровальногокомплекса можно
выделить профиль почвы, тождественный бурой почве. Это бывает в
тех случаях, когда весь горизонт Е был перемещен, а горизонт В
имеет хороший дренаж.
Почвы лесных экосистем по пашне
С педотурбациями, но уже вызванных деятельностью человека,
связаны нарушения профиля почв на пашнях. В лесной зоне пашни
образовывались в результате раскорчевки лесов, сжигания их и
последующей вспашке, что приводило к образованию горизонта Ал,
более или менее гомогенизированного, часто удобренного золой и
навозом. В процессе ведения хозяйства эти земли забрасывали, и они
вновь зарастали лесом. Во второй половине XIX веке освоение
русских и украинских черноземов способствовало резкому
уменьшению площади пахотных земель в лесной зоне, переводу их в
лесные. Анализ почв таких лесов позволил установить, что следы
пахоты сохраняются в течение 170 лет и даже дольше. Пахотный
горизонт преобразуется в гор. А1и А1А2. Низ гор. А1А2 осветляется
постепенно и превращается в гор. А2 (О.Ю. Баранова, см.
«Почвообразование в лесных БГЦ»). В естественных условиях
зарастания пашен даже плотность почв (табл.5.16) долго превышает
плотность почв естественного леса (фона).
-283-
Таблица 6.16. Изменение плотность почв при зарастании пашни
Горизонт, глубина, см
Возраст зарастания, лет
залежь
30
70 (50)
100
170
Фон
Apr (А1А2), 0-7
1,19/1,45
1,11/1,28
1,20/1,29
1,16/1,31
1,15
0,92/1,32
Apr (А1А2), 7-12
1,37/1,49
1,23/1,42
1,25/1,36
1,24/1,42
1,28
-
Apr (А2), 15-20
1,45/1,52
1,30/1,55
1,33/1,37
1,33/1,35
1,35
1,40/1,29
А2, 25-35
1,60/1,57
1,48/1,59
1,41/1,52
1,51/1,55
1,49
1,46/1,46
А2В, 35-45
1,61/1,64
1,59/1,61
1,63/1,61
1,63/1,64
1,59
1,63/1,58
В, 55-65
1,69/1,71
1,75/1,75
1,76/1,69
1,76/1,75
1,79
1,71/1,69
Примечание: числитель -палево-подзолистые почвы Центрально-лесного
заповедника, Тверская обл, знаменатель -дерново-подзолистые почвы Малинок,
Московская обл.
Травяные ценозы (залежь) быстро уплотняют пашню (до
глубины 35 см), молодые леса также быстро разрыхляют почву,
причем процесс разрыхления продолжается в ряде горизонтов до 170
года. На глубине 35-45 см нет изменений в плотности почв в
зависимости от варианта.
Аналогичная динамика отмечается и для химических свойств
почв (табл. 6.17).
Табл. 6.17. Изменение некоторых свойств палево-подзолистых почв
при их зарастании лесом
(Центрально-лесной заповедник, Тверская обл.).
Возрастле
са, лет
Г оризонт,
глубина, см
Обменные катионы, мг-
экв/100г почвы
рНв
Гидрол.
кислот., mi -
экв/100 г
Гу¬
мус,
%
Са
Mg
Al
Н
Залежь
Apr 0-10
1,49
1,98
0,71
0,65
5,13
7,42
2,88
Apr 10-25
1,65
1,16
0,75
0,50
5,16
6,73
1,55
А2 25-35
1,65
0,99
0.33
0,50
5,28
3,92
0,64
А2В 40-50
2,14
1,48
0,92
0,50
5,43
5,70
0,41
В 50-60
3,29
2,96
1,40
0,50
5,50
6,50
0,30
30
Apr 0-10
3,95
1,98
3,14
0,70
4,97
12,68
4,25
АргА2 10-25
3,95
2,31
2,69
0,54
5,07
9,32
2,80
А2 25-35
2,64
1,65
1,67
0,50
5,13
5,68
0,74
А2В 40-50
1,32
1,65
1,58
0,54
5,27
5Д7
0,31
В 50-60
4,25
2,63
1,33
0,50
5,47
6,63
0,31
70
Apr 0-10
0,99
0,99
6,41
1,00
4,65
18,87
4,25
АргА2 10-25
0,99.
0,99
3,16
0,75
5,02
14,60
2,80
А2 25-35
0,99
1,24
2,41
0,42
5,17
7,52
0,74
А2В 40-50
2,02
1,48
0,81
0,50
5,30
4,72
0,31
В 50-60
2,96
1,73
0,83
0,50
5,30
4,98
0,31
100
Apr 0-10
1,65
1,65
4,50
0,67
4,50
15,04
4,18
АргА2 10-25
0,99
0,99
2,87
0,50
4,50
10,28
2,23
А2 25-35
0,99
0,99
1,00
0,33
4,61
5,16
1,10
А2В 40-50
0,99
0,99
1,17
0,60
4,91
5,34
0,37
-284-
В 50-60
1,98
1,64
0,33
0,50
5,07
5,96
0,31
170
Apr 0-10
1,19
0,99
4,36
3,94
АргА2 10-25
0,99
0,99
4,64
1,22
А2 25-35
0,99
0,99
4,76
0,64
А2В 40-50
1,19
0,59
4,80
0,32
В 50-60
1,29
1,38
4,90
0,30
Фон
А1А2 0-5
1,98
1,98
5,16
0,75
4,10
15,09
3,64
А2 5-15115
0,99
0,99
3.05
0,50
4,70
9,56
Го,73
А2 15-25
0,99
0,99
1,59
0,60
4,90
6,77
0,58
А2В 35-45
1,32
1,12
1,92
0,50
5,05
6,45
0,42
В 50-60
1,65
1,65
0,33
0,50
5,21
4,81
0,33
Как видно из этих данных, содержание гумуса в слое 5-15 см
постепенно уменьшается под лесом. Но морфологически бывший
пахотный горизонт заметен и через 170 лет. В почвах под лесом
постепенно снижаются значения pH (в верхних горизонтах). Заметно
увеличивается содержание обменного А1 в верхних слоях почвы,
включая горизонты Apr и Al. Учитывая, что во многих регионах
лесной зоны почвы неоднократно проходили стадию пашни и луга,
следует более внимательно оценивать морфологические признаки
почвы (как самые устойчивые). Возможно, что многие дерново-
подзолистые почвы представляют собой следствие бывшей безлесной
стадии этих почв.
Почвы пойм малых рек лесолуговой зоны
Одним из элементарных ландшафтов в лесолуговой зоне можно
считать поймы малых рек и ручьев. В этих ландшафтах
распространены ольшатники (ольсы), заливные луга, заболоченные
участки с соответствующими почвами.
Наиболее распространены лесные фитоценозы,
сформированные ольхой черной с примесью черемухи. Встречается
ель, дуб, вяз. Для ольхи характерен симбиоз с микроорганизмами
азотофиксаторами.
-285-
Таблица 6.18 Некоторые свойства почв олыиатников,
Московская обл.
Г оризонт,
глубина, см
Гумус, %
Азот,
%
Соединения
железа
Обменные
катионы, мг-экв/100
г
общий
После
тяжелой
жидкости
По
Мера-
Джек-
сону
По
Там¬
му
Са
Mg
Н
А1
Дерново-глеевая почва, о. кисличный
Ад 0-7
8,4
4,5
0,33
0,63
0,27
29
3
14
2
А1, 12-18
4,5
1,7
0,27
0,63
0,26
26
5
8
8
АВ 27-35
1,7
1,4
0,33
0,46
0,27
20
9
9
7
Bg 50-60
0,2
0,2
-
0,54
0,23
11
И
4
6
Bg 87-95
0,4
0,4
-
0,68
0,62
9
11
6
3
Перегнойно-глеевая, о. крапивный
А1 0-10
30,5
7,3
1,21
0,67
0,36
96
11
6
8
А1 10-20
12,0
6,3
0,37
0,27
0,22
67
7
7
7
Bg 20-30
12,7
5,1
0,56
0,20
0,18
57
5
5
И
Bg 30-40
4,5
5,0
-
0,18
0,16
41
5
7
6
Bg 62-67
-
0,5
-
0,12
0,04
33
5
5
5
Торфяно-глеевая, о. таволговый
Т1 0-10
59,5
5,7
3,19
0,63
0,55
111
17
8
7
10-20
51,6
5,1
2,09
0,23
0,21
115
7
8
2
Т2, 20-30
61,3
4,5
1,37
0,31
0,25
78
15
8
8
Она выдерживает затопление, предотвращает эрозию почв в
долинках малых рек, играет водоохранную роль в ландшафте. По
гранулометрическому составу почвы обычно суглинистые, реже
супесчаные и глинистые (содержание физической глины, частиц
<0,01 мм. 23 - 40% от массы почвы). Удельная поверхность
органических горизонтов (торфянистых и перегнойных) 100-260 м2/г
почвы, минеральных горизонтов 40-120 м2/г. Высота спелых деревьев
ольхи в лесолуговой зоне колеблется в пределах 21 м. Диаметр
стволов -16 - 27 см. возраст 40 - 60 лет. В поймах малых рек
распространены почвы перегнойно-глеевые, торфяно-глеевые,
дерново-глеевые, иловато-болотные. Для них характерно
обогащенность гумусом, азотом (табл. 6.18). Гидролитическая
кислотность органических горизонтов достигает 40 мг-экв/100 г, в
минеральных ниже 1 мг-экв, что соответствует высоким значения pH
(6-7)
Для почв долин малых речек типично частое погребение почв,
постоянное их нарастание кверху, в результате чего образуются
погребенные гризонты (гумусовые, торфянистые). Высокие значения
pH обязаны речной воде, обводняющей почвы во время паводка, при
-286-
интенсивных дождях. Обращает внимание сравнительно высокое
содержание обменного А1, что вообще характерно для лесных почв, в
том числе и для почв ольшатников. Оторфованносгь почв приводит к
высокому содержанию обменного Н. Почвенное органическое
вещество обогащено детритом, который легко удаляется в тяжелой
жидкости с плотностью 1,8. Именно этот детрит - главный источник
обменного Н. Только часть органического вещества представляет
собой матричный гумус, закрепленный на минеральных зернах
(коллоидах).
Заключение
Лесная зона, зона тайги, включает в себя заметную площадь не
лесных территорий. Часть из них представлена в настоящее время
пашнями, залежами, сенокосными лугами, болотами, поймами, в том
числе малых рек. С.П. Ярков удачно назвал эту зону лесолуговой. Он
этим самым показал возможность сукцессий биогеоценозов,
направление в изменениях свойств почв при смене леса лугом и
наоборот.
Анализ почвообразования в лесах, наряду с общим типом
строения почвенного покрова (парцеллярная неоднородность и
анизотропность в тессере), позволяет выделить следующие большие
группы почв лугово-лесной зоны. В ее пределах распространены
аллювиальные, болотные, и две большие группы почв -
дифференцированных по гранулометрическому составу и
недифференцированных. Представления о генезисе и классификации
аллювиальных и болотных почв достаточно четко разработаны.
Менее ясен генезис дифференцированных и недифференцированных
почв плакоров, занятых лесными экосистемами.
В группу дифференцированных почв входят подзолы,
подзолистые и дерново-подзолистые почвы, осолоделые таежные
(последние выделены В.Н. Горбачевым). В настоящее время их все
объединяют в альфегумусовые почвы, т.е. почвы, в которых
происходит элювиално-иллювиальный процесс, или вынос
соединений железа и гумуса из верхних горизонтов почвы в нижние.
К недифференцированным почвам относят бурые лесные, дерново¬
таежные (дерново-лесные), охристые вулканические, подбуры и
почти все примитивные, слаборазвитые почвы, ранкеры и т.п. Часть
этих почв также относят к апьфетумусным почвам (подбуры,
буроземы с иллювиальными горизонтами).
Существует три группы гипотез о генезисе
дифференцированных по гранулометрическому составу подзолистых
почв.
-287-
Первая группа - гипотеза кислотного разрушения вторичных
минералов и выноса продуктов этого разрушения с образованием
осветленного горизонта (А2, или Е). Наиболее четко эта гипотеза
изложена А.А. Роде (1937). К ней примыкают взгляды В.В.
Пономаревой с той поправкой, что исследовательница наибольшую
роль в дифференциации почв отдает гумусовым кислотам и
фракционированию растворов при их движении в почве. В пользу
гипотезы кислотного разложения минералов свидетельствуют данные
об образовании осветленных горизонтов на отвалах пород, около
стволов деревьев, на вывалах. В разрушении почвенных минералов
большое участие принимает процесс хелатизации (В.О. Таргульян),
или вынос ионов железа, алюминия и других в виде хелатных и
комплексных соединений.
Вторая группа гипотез считает, что первичная дифференциация
почв приводит к созданию восстановительных условий и оглеению
почв, на которые накладывается процесс кислотного разрушения.
Оглеение способствует повышению дисперсности почв, а кислотное
воздействие разрушает илистый материал, созданный оглеением.
Гипотеза была выдвинута С.П. Ярковым. Наиболее полно она
разработана И.С. Кауричевым (1974,1996).
С этой гипотезой в некоторой степени согласуется концепция
Ф.Р. Зайдельмана (1974), который считает, что подзолообразование -
это тот же глеевый процесс, но в условиях промывного водного
режима. В результате этого процесса происходит обезжелезнение
почвенной плазмы и осветление почвенного материала. Недостаток
этой гипотезы - она требует обязательного восстановительного
режима, но во многих почвах с подзолистым горизонтом, особенно
легкого гранулометрического состава, нет восстановительного
режима
Французские исследователи (Ф. Дюшофур) выдвинули гипотезу,
нашедшую поддержку во многих странах. По его мнению, наряду с
кислотным оподзоливанием почв, свойственным легким почвам,
существует процесс лессиважа, приводящий к выносу илистых частиц
из почвы. В результате почва дифференцируется и появляется
поверхностное оглеение, что позволило немецким исследователям
предложить термин для этих почв - псевдоглей, а С.В. Зоин и И.П.
Герасимов заменили этот термин другим - псевдоподзолистые почвы.
Аналогичные почвы на Дальнем Востоке получили название подбелы.
И.А. Соколов (1993) и А.О. Макеев обратили внимание на то,
что часто подзолистые и дерново-подзолистые почвы формируются
на двучленных отложениях: более тяжелые покровные и моренные
суглинки перекрываются плащом более легких отложениях,
-288-
обедненных акцессорными и глинистыми минералами. Эту гипотезу
еще раньше высказывали А.А. Борзов, И.П. Герасимов (теория
декальматации), С.В. Зонн, отмечая двучленность многих профилей
почв, отнесенных к подзолистым. Верхний легкий горизонт таких
почв осветлен в результате выщелачивания и оглеения.
Принципиально, все указанные пути формирования почв с
осветленным верхним горизонтов (под подстилкой) возможны.
Двучленность отложений ускоряет процесс выноса соединений
железа из верхних слоев почвы. Она способствует проявлению
кислотного гидролиза в связи с большой сенсорностью песков и
супесей. Оподзоливание без оглеения (только в результате кислотного
и хелатного отмывания почвенных частиц от железистых соединений)
хорошо наблюдается в Карелии и в других регионах на легких почвах.
Промывной режим на оглеенных почвах очень проблематичен.
Обычно, этот режим относят к застойному типу. Водопроницаемость
глеевых почв очень низка, поэтому вынос частиц с вертикальным
током сомнителен. При оглеении происходит утяжеление почвы и их
осветление. Железо не выносится, а сегригируется, формируя
ортштейны и другие новообразования. Лишь при кислотном и
хелатном воздействии образуются подвижные соединения железа,
которые мигрируют в почвенном профиле (Кауричев, Яшин,
Черников, 1996). Следует отметить, что растворы из лесной
подстилки обладают высокой способностью восстанавливать железо в
почвенных соединениях, образовывать с ним комплексы, переводя
его в подвижные формы. Поэтому для первичного подзолистого
режима оглеение не обязательно. Но даже небольшая
дифференциация почвы по гранулометрическому составу, а также
наличие двучленных отложений приводит к оглеению, усилению
дисперпщии почв, и к более интенсивному взаимодействию
растворов из подстилки с почвой. Указанные процессы приводят к
более интенсивному оподзоливанию почв (дифференциации почвы по
гранулометрическому составу и по цвету).
Дерново-подзолистые почвы также относят к этой группе. Но их
образование более ясное. Они формируются из подзолистых почв в
результате образования верхнего гумусового горизонта. Этот процесс
может идти в результате полного разложения торфянистых
горизонтов и преобразование его сначала в перегнойный, а затем в
гумусовый горизонт. В южной тайге образование дерново -
подзолистых почв связано с деятельностью человека: сведение леса,
распашка почв привела к формированию гумусированного пахотного
горизонта. При забрасывании этих почв в залежь, они снова
покрывались лесом, а пахотный горизонт сохранялся в виде гор А1 и
-289-
А1А2 в течение 150 лет. Поэтому при вторичной рубке леса дерновый
горизонт еще больше гумусируется и почвы сохраняют свою
принадлежность к дерново-подзолистому подтипу.
Также сложно обстоит дело с теорией образования бурых
лесных почв. Во-первых, бурые почвы встречаются почти во всех
горных системах России и сопредельных стран (Карпаты, Крым,
Кавказ, Урал, горы Средней Азии, горные хребты Забайкалья,
Сихотэ-Алинь). Встречаются они также и на равнинах. Но на равнине
к бурым почвам обычно относят супесчаные и песчаные не
дифференцированные почвы. И.П. Герасимов считал, что бурые
песчаные почвы (буропески) распространены от Коми до Германии,
и приурочены к зандровым полям и старым аллювиальным
отложениям по руслам крупных рек (образовавшихся при таянии
ледника). Но на равнинах встречаются также бурые лесные
суглинистые почвы. В.П. Лидов высказал гипотезу, что эти почвы -
вариант эродированных и окультуренных подзолистых почв, на
поверхность которых вышел горизонт В, а гор. А2 смыт. Многолетнее
использование почв превратило горизонт В в А пахотный, и почва
приобрела вид бурой лесной почвы.
Но эта гипотеза о происхождении бурых почв равнин не
объясняет повсеместную распространенность бурых лесных почв в
горах. Прежде всего, следует отметить, что бурые почвы
формируются на хорошо дренированных склонах. Эти почвы самые
древние в горах, так как они расположены на фандах (локальные
водоразделы в горах между ущельями, Т.А. Трифонова), мало
подверженных эрозии. На них наблюдается нормальная
геологическая эрозия, доли мм в год. Кроме того, имеются почвы,
близкие по морфологии к бурым лесным почвам: они также не
дифференцированы. Для них характерен мощный органогенный
горизонт, под которым залегает минеральный горизонт, обогащенный
органическим веществом, по исследованиям В.О. Таргульяна,
вмытым в почвы из органогенного горизонта. В.О. Таргульян назвал
эти почвы подбурами. Переходными к кислым бурым почвам от
подбуров могут быть грубогумусные бурые лесные почвы,
распространенные на Урале, в Сихотэ-Алине и других горных
системах Сибири. Бурый цвет почв определяется преобладанием
оксидов трехвалентного железа, которые образуют «вуаль» на
поверхности почвенных минералов. Этот процесс «вуализации»
широко распространен во всех бурых почвах. Вуализация происходит
при освобождении железа из силикатов под действием органических
веществ (образование железо-органических комплексов), окисления
его до оксида и фиксации на поверхности почвенных минералов в
-290-
виде кластеров. Для формирования их необходимо достаточное
количество органического вещества, промывной водный режим,
наличие минералов, содержащих железа, хорошая дренированность
почв. В случае бедности породы железистыми минералами
формируются дерново-таежные почвы, выделенные О.В. Макеевым
(для Средней Сибири), у которых «вуаль» более бледная, но она
также создает недифференцированный по цвету профиль. Аналогом
бурых лесных почв можно считать вулканические охристые почвы
Камчатки, формирующиеся на горных склонах гор и вулканов под
каменными березняками. Для них характерна охристая вуаль,
состоящая, в основном, из тонкодисперсного гетита и аморфных
оксидов железа. Последних (Feox) в этих почвах очень много, до 1-2%
от массы почвы. Обращает на себя внимание схожесть химических
свойств гор. В подзолистых и дерново-подзолистых почв (за
исключением содержания гумуса). Особенно характерно для этих
горизонтов и бурых лесных почв относительно высокое содержание
обменного А1, достигающее более 5 мг- экв/100 г почвы.
Леса при пожарах и раскорчевках часто переводятся в луговые
фитоценозы. Почвы луговых фитоценозов, как правило, богаче
гумусом в горизонте А2, лишены подстилки, имеют в среднем более
высокие значения pH, содержат меньше обменного А1 в почвенном
поглощающем комплексе, обладают более высокой плотность и более
низкой водопроницаемостью. В целом, по своим свойствам почвы
лесов заметно различаются с почвами лугов и пашен, и эти различия
лишь подтверждают высокую динамичность многих свойств почв. В
то же время, ряд свойств почв, особенно морфологических, очень
долго сохраняются в почвах даже при смене экосистемы. Так, следы
пахотного горизонта отмечаются в почвах и в 170-летнем ельнике.
Все сказанное позволяет заключить, что выделение лесолуговой зоны
- вполне оправдано. Рассмотрение лесных почв как результат
динамичной смены и чередования лесных и луговых экосистем
позволяет оценить сукцессионные и эволюционные процессы в
почвах.
-291-
ГЛАВА 7. ПОЧВЫ ЗОНЫ ЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ
Южнее таежной зоны расположена зона широколиственных
лесов, в настоящее время составляющая одно целое с зоной
лесостепи. На Европейской части России леса представлены
дубравами, липняками, вязовниками. В Сибири широколиственные
породы представлены ольхой, но зону формируют мелколиственные
породы (осина и береза) в виде лесных колков. В Сибири эту зону
часто называют подтайгой. В Приморье широко распространены
дубовые и смешанные леса.
Северная граница зоны очерчивается коэффициентом
увлажнения К, отношением осадков к испаряемости, равным 0.9 .
Южная граница совпадает с К = 0.63
С запада на восток граница зоны поднимается к северу, от 50°
С.Ш. до 56° у Нижнего Новгорода и до 58° в Западной Сибири. В
этом же направлении увеличивается континентальность климата,
амплитуда колебания температур от зимы к лету, уменьшается сумма
активных температур (>10°> 2400°).
Северная граница приурочена, также, к южному пределу
естественного распространения ели.
Почвенный покров зоны представлен серыми (лесными),
бурыми лесными почвами, черноземами.
Бурые лесные почвы составляют большую общность почв,
выделяемых в горах самых разных регионов (Кавказ, Карпаты, Урал,
Сихотэ-Алинь, Алтай и др.). Бурые лесные почвы, выделяемые на
равнинных территориях России, имеют обычно супесчаный и
песчаный гранулометрический состав, в отличие от классических
бурых лесных почв, выделяемых на Кавказе, Карпатах, Кодрах, и от
кислых бурых почв Урала. Бурые почвы Среднего Поволжья, явно
унаследовали литогенетические свойства от почвообразующей
породы, пермской глины, и стоят несколько особняком в ряду бурых
лесных почв. (По Л.Г. Раменскому, почвы характеризуются тремя
группами свойств. Литогенетические - унаследованы от
почвообразующей породы. Палингенетические - образовались при
существовании на этих почвах предыдущих фитоценозов.
Ценогенетические сформированы современным ценозом. Свойства
почв современного происхождения, по И.А. Соколову и В.О.
Таргульяну, можно назвать почва-момент, а литогенетические и
палингенетические свойства - почва-память. Т.И. Евдокимова и Б.Г.
Розанов выделили на Смоленщине бурые почвы, которые, по мнению
В.П. Лидова, представляют собой эродированные до горизонта В
дерново-подзолистые почвы. Таким образом, все эти почвы,
-292-
представляемые, как бурые лесные, на самом деле имеют ряд
ограничений, не позволяющих их полностью отождествлять с бурыми
лесными почвами. Они полигенетичны («разногенетичны»). В то же
время ряд исследователей, еще в конце XIX в., отмечали, что в
широколиственных лесах встречаются почвы, названные ими
коричневыми суглинками. В частности такие почвы были выделены в
Шиповом лесу.
Темно-серые почвы этого леса содержат гумуса 6,5-8% в
горизонте А, и коричневые суглинки - гумуса 4,8-6,5%. Можно
заключить, что на его территории встречаются два типа собственно
лесных почв: темно-серые и бурые. Название коричневые следует
отбросить, поскольку коричневые почвы это особый тип почв и
встречаются лишь в ксерофитных лесах (в частности, в лесах
Средиземноморского типа). Они заметно отличаются от исследуемых
почв. По морфологическим свойствам и условиям увлажнения
«коричневые» почвы Шипова леса ближе к бурым лесным.
Дубрава снытевая , 120-140 -летнего возраста, 1а бонитета.
Темно-серая почва имеет темно-серую и серую окраску до 50 см,
ореховатую структуру в гор. В ( 30 - 50 см), ниже идет горизонт ВС ,
темно- бурого цвета, сменяющийся светло-бурым горизонтом ВСк на
глубине 110см. Ниже -лессовидный карбонатный суглинок.
У бурой лесной почвы в такой же дубраве гор. А имеет
мощность 0-10см, ниже идет горизонт В яркого бурого цвета, до
глубины 25 см, который переходит плавно в гор. ВС (до 110 см).
Ниже идет горизонт С, бескарбонатный делювиальный суглинок.
Структура почвы комковатая, иногда неясно ореховатая.
Гранулометрический состав верхних горизонтов «коричневых»
(бурых) и серых лесных почв очень близок (табл. 7.1), что
свидетельствует о близости почвообразующих пород. Об этом же
свидетельствуют данные валового состава почв, которые не
приводятся, чтобы не загромождать статью. Он соответствует
валовому составу лессовидных суглинков. Различия в залегании
карбонатов не служит признаком особого генезиса почв, поскольку и
среди «коричневых» (бурых) встречаются почвы с высоким
залеганием карбонатного горизонта.
-293-
Таблица 7.1. Гранулометрический состав (метод Н.А. Качинского, %
от массы) горизонта А (5-15 см) бурой (1) и темно-серой (2) почв
Шипова леса (по ЮЛ. Кирюкову)
Почва,
Размер г
ранулометрических фракций, мм
1,0-
0,25
0,25-
0,05
0,05-0,01
0,01-
0,005
0,005-
0,001
<0,001
<0,01
1
0,3
1,4
14,9
27,3
12,7
43,4
83,4
2
0,9
8,6
и,о
17,2
22,7
39,6
79,5
2.
0,4
23,7
15,1
11,2
2,6
47,0
60,6
Как видно из этих данных, принципиальных различий по
гранулометрическому составу у бурых и темно-серых почв нет.
По гранулометрическому составу почвы легкоглинистые . Как
уже говорилось выше, карбонатный горизонт в одинаковой степени
характерен обоим типам почв. Второе различие менее заметное, но,
вполне доказательное: распределение соединений железа,
извлекаемого оксалатной вытяжкой по С.О. Тамму. Максимум железа
в бурой почве приходится на верхние минеральные горизонты и
заметно превышает по всему профилю содержание аналогичных
соединений железа в серой лесной почвы, хотя порядок величин в
обеих почвах близок. В исследованной бурой почве распределение
соединений железа аналогично его распределению в типичных бурых
почвах. Сравнение некоторых данных по характеристике почв с
литературными показали, что действительно, общие свойства почв
достоверно не различаются (табл. 7.2)
Таблица 7.2. Некоторые химические свойства и возраст почвенного
гумуса почв Шипова леса
Горизонт,
глубина, см
с,%
Гумус,
%
рНв
Fe ох
мг/100г
почвы
Возраст гумуса
Темно-серая лесная почва
А, 5-10
5,33
9,17
5,58
126
Современный, 100%
эталона
АВ, 20-30
2,15
3,74
6,00
118
2320±90
АВ, 40-50
1,90
3,23
6,13
110
3910±80
В, 50-100
1,35
2,38
6,50
91
5180±220
ВСк, 100-110
0,53
0,85
8,80
58
Бурая лесная почва
АО, 0-2
6,27
10,74
6,62
126
Современный, 116%
эталона
А, 2-10
4,17
7,14
6,21
142
1950±220
В, 15-25
1,09
1,84,
6,04
110
ВС, 35-45
0,29
0,51
5,48
107
ВС, 100
0,16
0,34
6,05
115
-294-
Возраст гумуса указанных почв повышается с глубиной, как это
было установлено Шарпензеелем, И.П. Герасимовым для всех
аналогичных почв (черноземов, бурых лесных). При этом верхние
горизонты (до глубины 20 см) практически не различаются по
возрасту. Правда, слой современный по возрасту гумуса у бурых почв
несколько меньше, чем у серых. Глубже для бурой лесной почвы не
удалось определить возраст гумуса из-за заметно меньшего
количества гумуса в этих почвах.
Изменение гумусового профиля также несколько различается
для этих двух почв. В темно-серой лесной почве изменение
гумусированности более плавное до глубины 70 см по сравнению с
бурой лесной. Так, градиент в изменении содержания гумуса (в % от
массы почвы) измеряется 0,18%/см между слоями А и S-10 см и 20-30
см в темно-серой почве по сравнению 0,19 в бурой лесной почве на
аналогичных глубинах, т.е. фактически равен. Между горизонтами
АВ и В градиент уменьшения гумуса составляет для темно - серой
почвы 0.18, а для бурой лесной 0,46. По всему профилю (до метра) он
различается меньше, но заметно, хотя и близок: 0,48%/см в темно¬
серой и 0,42%/см в бурой почве. Как видно из сравнения данных,
бурая лесная почва также иногда залегает на карбонатной породе, как
и серая лесная. Но в целом, такие свойства, как pH, содержание
гумуса, насыщенность основаниями не представляют собой
достоверных диагностичных признаков, позволяющих различить эти
почвы (табл. 7.3).
Таблица 7.3 Характеристика бурой (1)и темно-серой (2)почв по ЮЛ.
Кирюкову)
Поч¬
ва
Глубина,
см
Гумус
рНсол
Ну, мэ/
100г
мэ/100г
Р205
мг/100г
К20
Мг/100г
1
5-15
7,4
5,9
4,3 _
29,8
20
28
20-30
4,4
5,8
3,5
32,8
20
16
40-50
2,6
5,8
2,4
13,5
25
13
62-72
1,8
5,6
2,1
28,9
15
13
85-95
0,7
5,9
1Д ___
29,5
20
16
120-130
0,5
7,3
0,7
47,0
0
3
160-170
0,7
7,4
0,5
46,1
0
3
210-220
0,5
7,5
0,4
50,0
0
2
280-300
0,5
7,5
0,5
46,0
0
2
2
4-13
8,4
6,2
10,0
48,3
20
44
20-30
3,1
5,9
2,3
32,4
25
44
42-52
1,8
4,3
3,3
27,9
10
28
68-78
0,8
4,4
3,5
54,3
13
22
100-110
0,7
7,4
0,5
49,3
0
6
Г150-165
0,8
7,5
0,5
50,1
0
3
-295-
185-200
0,2
7,6
0,4
47,2
0
6
235-250
0,8
7,5
0,5
47,0
0
6
285-300
0,8
7,5
0,5
48,8
0
6
Самые достоверный признак - цвет почвенной толщи, включая
гумусовый горизонт А. Для бурой почвы характерно более резкое
падение содержания гумуса по профилю, что также можно считать
диагностичным признаком.
Для обеих почв характерна анизотропность, в данном случае
отмечаемая по содержанию гумуса. В темно-серой почве около ствола
дуба содержание гумуса равно в слое 0-5 см 10-8,5%, в слое 5-10 см
8,3-8,0%, а мезду дубами 7,0 и 6,1% в тех же слоях. В бурой лесной,
соответственно, в слое 0-5 у дуба 11%, в слое 5-10 см 5,8%, а между
дубами - 6,8 и 5,2%: Во всех случаях содержание гумуса в микрозоне
за пределами кроны дуба меньше, чем около ствола дуба. Сравнение
данных показывает, что «коричневая» почва Шипова леса аналогична
бурой лесной почвы, выделяемой в других регионах (Карпаты,
Кавказ, Кодры).
Они могут быть выщелоченными и карбонатными, сильно-,
средне- и слабогумусированными (имеется в виду горизонт А1).
Формируются они одновременно с серыми лесными. В.П. Грати для
Молдавии показал, что химические свойства бурых лесных и серых
лесных почв одинакового гранулометрического состава практически
не отличаются. По его наблюдениям различие этих почв связано с
экосистемами. Бурые лесные почвы формируются под буковым и
дубово-буковыми типами леса. Серые лесные почвы залегают под
дубовыми лесами. Однако этот признак не может быть решающим,
так как бурые лесные почвы образуются и под другими породами
(пихтой, кедром, елью с липой и пр.). В сущности, бурые лесные и
серые лесные почвы - аналоги, формирующиеся в близких
климатических и лесорастительных условиях. В горах бурые лесные
почвы часто как бы замещают серые лесные почвы.
Биогенный кремнезем в почвах может быть результатом
функционирования современных биогеоценозов или унаследованным
в составе почвообразующей породы от былых экосистем, как
наземных, так и водных. Фитолиты, или окремневшие реплики
растительных клеток, или специализированные структуры, такие
например, как минеральные образования стрекательных клеток
крапивы, панцири диатомовых водорослей, спикулы пресноводных и
морских губок, спикулы и остатки скелетов радиолярий, раковинки
простейших (раковинных амеб) относятся к биогенному кремнезему.
О биогенном кремнеземе лессовых пород известно крайне мало.
Содержание биогенного кремнезема в верхней части гумусово¬
-296-
аккумулятивного горизонта почв, сформировавшихся под
широколиственными лесами на территории Русской равнины, в
зависимости от подтипа почвы меняется от 2% в светло-серых до
3,9% в темно-серых. Профильное распределение носит
аккумулятивный характер. Фитолиты сконцентрированы в верхних
30-40 см. Они могут встречаться и до глубины 70 см.
В темно-серой глеевой почве наблюдается увеличение массы
фитолитов во фракции менее 10 мкм, тогда как крупные фитолиты
накапливаются преимущественно в светло-серой и серой почвах.
Разнообразие форм фитолитов в серых почвах невелико - немногим
более 10 форм. Доминирующая форма, как и в большинстве почв -
палочковидные фитолиты.
Другая группа биогенного кремнезема в почвах, - спикулы
пресноводных губок. В пробах почвы встречаются в основном
спикулы губок в виде обломков правильной цилиндрической формы,
нередко с центральным каналом и размерами от нескольких десятков
до нескольких сотен мкм.
Таблица 7.4. Содержание биогенного кремнезема и соотношение (%)
различных его форм в темно-серой и бурой почвах (Данные
А.Боброва).
Почва
Глубина,
см
Фито¬
литы
п, форм
фито¬
литов
Панци
ри
диатом
ей
Спикулы
губок и
радиоля¬
рий
Скелет
ы
радио¬
лярий
Всего,
экз/г
сухой
почвы
Темно¬
серая
0-5
94,8
5
0
5,2
0
19500
5-15
96,3
4
0
3,7
0
15500
15-25
91,2
5
0
8,8
0
13500
25-35
93,6
6
0
6,4
0
26500
35-45
95,2
4
0
4,8
0
21000
45-55
94,1
4
0
5,9
0
34000
55-65
96,0
5
0
4,0
0
25000
65-75
95,0
4
0
5,0
0
10000
75-85
не опр.
85-95
не опр.
Бурая
0-5
31,4
6
1,9
66,7
0
76500
5-15
29,6
7
0
70,4
0
108000
15-25
32.0
3
0
68,0
0
28000
25-35
18,5
2
3,7
77,8
0
13500
35-45
2,4
2
0
97,6
0
44000
45-55
5,7
1
0
93,2
1,3
44000
55-65
6,7
1
0
93,3
0
37500
65-75
9,1
3
0
90,0
0,9
215000
75-85
8,2
1
0
91,2
0
96998
85-95
3,6
1
0
96,4
0
334000
-297-
В палеопочвоведении спикулы губок используются редко, в
основном при решении вопросов, связанных с эволюцией пойменных
почв. В исследованных почвах отмечались различия в составе и
распределении биогенного кремнезема (табл.7.4).
Темно-серая лесная почва. Содержание биогенного кремнезема
в этой почве невысокое, большая его часть (свыше 90%) приходится
на фитолиты. Панцири диатомовых водорослей и скелеты радиолярий
не обнаружены. Профильное распределение отклоняется от
аккумулятивного типа, максимум содержания биогенного кремнезема
приходится на глубину 45-55 см.
Бурая лесная почва. В почве отмечено высокое содержание
биогенного кремнезема, основная масса которого (от 66% до 97%)
принадлежит спикулам губок и радиолярий. Количество фитолитов
сравнимо с содержанием фитолитов в темно-серой почве. Однако,
если в серой почве количество форм фитолитов одинаково по
профилю почвы, то в бурой почве число форм фитолитов заметно
уменьшается (до одной).
В то же время только в этой почве в верхней части гумусово¬
аккумулятивного горизонта обнаружены панцири диатомовых
водорослей, а на глубинах 45-55 и 65-75 см кремнеземистые скелеты
радиолярий. Профильное распределение также отличается от
распределения биогенного кремнезема в серой лесной почве. Отмечен
приповерхностный максимум (0-15 см) и внутрипрофильный на
глубине 65-95 см.
Химические и физические свойства бурой и серой почв
оказались близкими. Содержание биогенного кремнезема выявило
различия между этими двумя почвами. В обеих почвах содержание и
морфологическое разнообразие фитолитов незначительно. Они
близки также по морфологическим спектрам фитолитов и характеру
профильного распределения с двумя максимумами, что, по-видимому,
является следствием близких механизмов формирования почвенного
профиля. Однако отмечается тенденция упрощения в составе
фитолитов с глубиной в бурой почве, что, возможно, связано с более
бедным составом растений на этой почве в период ее формирования
(А.А. Гольева). В бурых почвах заметно больше спикул губок и
фораминифер, по сравнению с серыми почвами. В последних почвах
полностью отсутствуют диатомеи, спикулы радиолярий. Спикулы
губок, диатомеи могли быть унаследованы бурой почвой от
гидроморфных стадий формирования лессовидных суглинков, по-
видимому, при участии пресных вод. Находки скелетов радиолярий,
как облигатных обитателей солено- и солоноватоводных
местообитаний, говорят о возможной морской стадии в генезисе
-298-
данных лессовидных суглинков. В темно-серой почве в верхнем 5-см
слое численность спикул губок была близка к их среднему значению
для лессовидных суглинков с некоторым увеличением на глубине 45-
55 см. В бурой лесной почве ее значения по всему профилю
значительно превосходили эти средние значения. На глубине 85-95 см
их число увеличилось на два порядка Причин профильного
варьирования численности спикул, в принципе две: 1) исходная
литогенная неоднородность содержания спикул в породе, 2) результат
диагенетических изменений (разрушения спикул) в серой почве.
Наблюдается резкое увеличение числа спикул с глубины 65 см, т.е. за
пределами слоя с активными процессами почвообразования. До
глубины 65 см отмечены находки спикул и в профиле темно-серой
почвы, а ниже они не были обнаружены, что подтверждает
предположение об исходной неоднородности лессовидных суглинков
в данном месте.
На основании профильного распределения биогенного
кремнезема можно говорить о нарастании почв кверху в течение
голоцена и о различиях в условиях накопления грунта под бурыми и
серыми почвами. Накопление мелкозема в бурой почве долгое время
(в период до 2000 лет назад, судя по возрасту гумуса) шло в условиях
повышенного увлажнения, что объясняет меньшее содержание и
разнообразие фитолитов, большое количество спикул губок и
радиолярий. Накопление гумуса в период отложения мелкозема в
бурых почвах было заметно ниже, чем в серых лесных почвах. И еще
один вывод - несмотря на существенный возраст почвы, измеряемый
тысячами лет (постледниковые территории), численность спикул в
поверхностном слое почвы осталась высокой - до 50 тыс. экз/г
абсолютно сухой почвы и выше. Следовательно, возраст биогенного
кремнезема спикул также значителен. Этот факт говорит о высокой
степени устойчивости биогенного диоксида кремния спикул к
выветриванию.
Зона смешанных лесов и зона лесостепи по существу экотоны,
переходные пояса между зоной тайги и степью. Поэтому
формирование почв в этой зоне шло под влиянием как промывного,
так и периодически промывного режима. Многие почвы этой зоны
прошли стадию анормальных почв (нарастание почв кверху). Самое
главное отличие серых лесных почв от всех других - наличие
горизонта В с агрегатми ореховатой формы (угловатые агрегаты,
напоминающие кедровые орешки). Наряду с серыми лесным почвами
в зоне встречаются черноземы, бурые лесные , луговые и дерновые,
пойменные почвы. Полоса лесостепи стала колыбелью российской
государственности. Сначала Киевские черноземы и серые лесные
-299-
почвы, а после серые лесные почвы Владимирского ополья
послужили верой и правдой русскому земледельцу. Для естественных
почв этой зоны характерно высокое содержание гумуса,
благоприятная кислотность почв, богатство азотом. Темно-серые
лесные почвы близки к выщелоченным черноземам по своим
свойствам. Светло-серые - в пахотном виде трудно отличимы от
дерново-подзолистых почв. Главное отличие, как уже отмечалось,
ореховатая структура почв. Длительное сельскохозяйственное
использование почв привело к резкому снижению содержания в
почвах гумуса, часто до 1-2%. Поэтому многие почвы, описанные как
серые и темно-серые, сейчас по гумусу подходят под разряд светло¬
серых. Но при этом морфологические различия на уровне подтипов
сохраняются.
На европейской территории России расположено несколько
компактных дубрав с серыми лесными почвами. К ним относятся
Теллермановская дубрава, Лес на Ворскле, Острогожский лесной
массив, Каменная степь (Докучаевские лесные полосы из дуба),
Тульские засеки. Под этими дубравами формируются в первую
очередь серые лесные почвы, иногда черноземы и солонцы. Для всех
почв характерны тессеры и парцеллярные различия.
Аналогичные изменения свойств почв можно отметить для почв
субтропиков (табл. 7.5). Следует отметить, что для всех без
исключения горных систем мира свойственны бурые лесные почвы
или их аналоги. Но кроме бурых встречаются также литоземы,
рендзины, серые лесные и подзолистые почвы, луговые и дерновые.
Для всех лесных горных почв характерны те же закономерности
общего строения почвенного покрова, как и для лесов равнин.
Наблюдается парцеллярная структура лесов, заметно выражены
тессеры около деревьев, видны следы ветровала, валеж, роющая
деятельность животных. Но в горах эти явления имеют свои
особенности (асимметричность тессер, выравненность почвенных
ветровальных комплексов и т.п.). Ветровалы настолько хорошо
замаскированы, что часто в разрезах открываются погребенные
гумусовые горизонты, которые представляют собой небольшой
участок погребенной ветровалом почвы. Поэтому следует
внимательно относиться к погребенным горизонтам, прослеживая их
протяженность. Такие погребенные участки гумусовых горизонтов
встречались, например, на Урале, в Сихотэ-Алине и занималти
площадь несколько м2.
-300-
Таблица 7.5. Изменение свойств почв в тессерах тисо-самшитовой рощи (1) и на Восточном склоне Кавказского
хребта (данные Р. Руденко).
+ 5 и
“ 5 Я
2 12-
1 Тисо-самшитовая роща |
т»-
СО
о<
CN
сГ
00
о
о
о
о
1 12.6 1
О
d
1 8>e i
о
о
О
o'
«о
wo
O^
о
о
со
*o
CN
CO
r-
Са2+,
ммоль
100 г-1
ГО
Г-
оч
со
со
со
г*-
к
ON
5:
i
о
a
о
wS
v>
CN
CN
^г
uS
со
ON
*r>
f**-
00
CN
CO
OV
я
<n
oj
On
CN
CN
oo
О
00
t*-
о
in
ov
Гум¬
ус, %
CN
К
VO
со
со
cn
'«а-
1/S
со
(N
Ov
Г'
vd
SO
cn
Г-
О
г-
On
к
OV
CO
CN
CO
CN
CO
OV
ON
Tf
CN
CN
«П
CO
pH (вод)
v©
со
к
00
г-’
00
к
г-
CO
О
00
VO
со
vO
t>
к
К
00
к
Г-
Tt
Tf
rT
CN
vd
VO
CN
rf
ТГ
in
Удель¬
ная
поверхн
ость,
м2г-1
оо
со
cn
о
£
00
00
§
os
оо
v>
CO
о
3
CM
Os
CO
CN
CN
5
CN
СО
r-
ON
oo
r-
8
CO
r-
vO
OO
00
00
г— ,
Глубина
отбора
образца см
о
ТГ
см
in
го
CN
5
CO
о
CN
«Г)
^r
VO
CN
CN
CO
r-
OO
co
CO
Tf
CN
со
CN
CN
ч*
co
vO
Tj-
Г оризонт,
глубина, см
1
/•—V
v©
<
CN
СО
NO
CQ
<
/—V
г-
«Л
1
CN
СО
CQ
<
00
CN
5
го
оо
CN
CQ
(N4
CN
<
*Г)
СО
CN
CN
CQ
<
/—S
rr
«о
1
«о
со
CQ
o?
1
CN
<
CO
<J
<
/**“4
CN
CN
<
✓—v
CN
<
/—\
On
00
CQ
<
о
*n
On
CQ
О
CO
CO
<
СЯ
•o
6
CO
'w'
CQ
Почва, место исследования
i
0
с
1
X
1-
§ 2
% £
9 "
I §
*»
С9
0
Е
3
X
1
X
S
я
8
ев
X
S
1
4>
О
S
<5
i
с
s
s
p
4>
I
i §
Ж s
ев
s
a
s
3
rt
1
>
X
1
i
&
s
s
a
*
в В
£ i
^ о
Is
gl
5 ?
s —
о я
2 1
if
w ^
X
1
s
s
3
и
8.
с
s
s
X
§
&
8 1
К ю
oo
о
s£>
O'
Os
00
ON
ON
Г-
00
OO
*■*
i—i
*
*
*
*
*
*
40
os
Os
SO
о
о
m
CO
m
CO
Tf
го
Os
ON
ON
ON
00
ON
t-*
r-
Г-
К
Г"'
К
to
Ю
Ю
«Л
*r>
<o
о
о
О
о
О
О
I
<
<
<
<
<
<
&
X
8
3
X
о
3
3
§
&
ев
g
2
2
X
о
&
§
о
>x
Об
о
к
ь
X
о
e
X
>>
X
а
X
X
3
2
i
o
e
«
X
!
I
с
«
§
Ъ6
£
о
а
с
ж
o
О
ffl
>.
&
О
ев
a
*
б
I
ев
CL
W
« «
f8
и ? -
Ё-i i
n ra =
й н °
* i I
a eo 3
5s x ю
00-0
с ©
U fl>
J« &
V в « 2
§ g i ш
*5 с g §
>» о g*
5 ft« §
ffn
S S.l 6
Формирование анизотропности подтверждается свойствами
почв в искусственных посадках и при зарастании пустырей лесом.
При поселении деревьев действует правило, сформулированное как
экологическое соответствие экосистемы природным условиям. Одним
из важных экологических свойств почв, определяющих
существование лесных экосистем, следует считать ее водный режим.
Если в почве есть запас продуктивной влаги в слое 1-2 м в течение
вегетационного периода, то лесная экосистема может существовать на
этой почве. В противном случае при достижении определенного
возраста экосистема погибает. Например, на черноземах посаженные
ели образуют своеобразную экосистему, прекрасно растут, но не
возобновляются. Аналогично ведут себя лесные полосы в сухой
степи. Очевидно, что органогенные функции почв достаточно хороши
для произрастания деревьев, которые в необходимом количестве
снабжаются водой и питательными элементами. Однако
лесовозобновительные экологические функции неблагоприятны для
лесных экосистем. Доказано, что искусственные насаждения в степях
изменяют свойства верхних горизонтов исходных почв, уменьшают
плотность, увеличивают водопроницаемость, содержание гумуса. В
степях лесные полосы накапливают снег, благодаря чему весной
почва промывается иногда до глубины 4 м по сравнению с 1-2 м под
травяными экосистемами и на пашнях, создавая определенные
экологические условия для своего существования, изменяя
экологический тип водного режима. В то же время на примере
насаждения доказано, что анизотропность почв создается растениями
(табл. 7.6). Так, в Калмыкии, посадки сосны на песках за 15-20 лет
сформировали специфическую анизотропность в песчаных почвах.
Таблица 7.6 Зависимость некоторых свойств почв в сосновых
посадках от положения образца в тессере( урочище Аршань,
Калмыкия, данные Л. Н.Ташниновой)
Позиция, глубина, см
Г игроскопичес-кая
влажность, %
Гумус, %
Емкость катионного
обмена, ммоль 100 г
-1 почвы
Ствол,
0-5
0.14
0.66
3
5-10
ОЛЗ
0.66
4
10-15
0.14
0.66
3
15-20
0.16
0.40
4
Середина кроны
0-5
0.18
0.66
3
5-10
0.12
0.40
3
10-15
0.13
0.20
4
15-20
0.16
0.20
2
-303-
Край кроны
0-5
0.16
0.40
6
5-10
0.17
0.33
2
10-15
0.15
0.33
4
15-20
0.16
0.20
3
Междурядье, 4м,
0-5
0.17
0.66
3
5-10
0.13
0.06
2
10-15
0.12
0.06
4
15-20
0.12
0.20
2
Многочисленные исследования позволили выявить общие
закономерности изменения свойств почв в лесах в зависимости от
разных биогеоценотических факторов. Под разными древесными
породами, разными растениями напочвенного яруса, на разном
удалении от дерева просматриваются различия в таких свойствах
почв, как, например, содержание и состав обменных катионов, гумус,
значение pH, динамика почвенных свойств. Поскольку каждое
растение развивается в определенных пределах значений любого
свойства, а эти амплитуды частично перекрываются, то нельзя
считать вероятностную приуроченность растений и почв по
определенным свойствам исходной. В любом случае растения на фоне
варьирования общих величин почвенных свойств формируют почвы с
более узкими пределами колебания этих же свойств. Это положение
подтверждается многолетними наблюдениями за связью почвенных
свойств и растений травяного яруса.
Изменчивость ряда почвенных свойств по годам остается в
пределах, специфичных для данного вида растений. Это относится к
pH, содержанию гумуса, плотности, распределению пор по размерам.
Выявляется следующая общая картина: общий набор свойств
дерново-подзолистой почвы способствует поселению растений
определенного вида. В зависимости от конкурентного успеха в
данной точке лесной экосистемы выживает определенное растение,
которое уже затем начинает "улучшать" почву в соответствии со
своими требованиями. Иными словами, поселение растений,
попадание семян в данную точку леса - случайность, но если свойства
почвы больше экологически содействуют данному растению, чем его
конкуренту, то данное растение занимает эту точку пространства и
изменяет уже почву в "нужном" для себя направлении.
Анизотропность почв от ствола дерева прослеживается для всех
лесных почв (в основном, в верхнем горизонте), о чем
свидетельствует табл. 7.6..
-304-
Таблица 7.6. Изменение свойств почвы в зависимости от удаления от
дерева кедра и средняя квадратическая ошибка (S)
показателей, Уссурийский стационар (данные Е..М. Шевченко)
Точка
С,%
pH
Обменные катионы, ммоль ЮОг -1 почвы
Запасы
подс¬
тилки, кг
м-2
Са
Mg
Ca+Mg
Al
Н
Al+H
1
2.1
5.8
19.3
4.5
23.8
1.7
1.2
2.9
4.6
2
2.5
6.1
26.6
4.2
30.8
1.7
1.2
2.9
4.2
3
1.9
6.1
20.4
4.4
24.8
1.6
1.0
2.6
3.2
Среднее
2.2
5.9
21.8
4.4
26.2
1.7
1.2
2.9
4.0
s(x) 1
0.7
0.9
10.0
2.2
15.0
2.1
0.9
2.9
2.2
2
0.7
0.8
8.9
2.5
10.7
1.4
0.4
1.7
1.2
3
0.6
0.6
5.4
1.4
6.4
0.5
0.3
0.6
1.3
JL(X) .
2.2
0.8
9.3
2.1
12.3
1.6
0.6
2.1
ПримечаяиеЛ-ствол, 2- середина, 3 - граница кроны, s (х) средняя квадратическая
ошибка
Разнообразие естественных экосистем и связанное с ним
разнообразие свойств почв свидетельствуют, что в пахотных почвах
так или иначе, но часть экологических функций подавлена, они
упрощены и требуется вмешательство человека, чтобы поддерживать
искусственную экосистему на должном производственном уровне.
Лес богаче в проявлении экологических функций, чем травяные
экосистемы, так как в нем осуществляется поддержание роста
деревьев, кустарников, травяного яруса, мохового, многочисленного и
разнообразного животного мира. Для леса характерны не только
сукцессии БГЦ, но и сукцессии внутри типа леса, которые
проявляются в смене видов напочвенного покрова в данной точке
парцеллы, смене парцелл, перемещения тессер. Именно поэтому
изучение лесов и лесных почв как экологически
многофункциональных экосистем- очень перспективное направление
биогеоценологических исследований. В настоящее время именно в
лесах экологические функции раскрываются наиболее ярко и в
полной мере. Можно заключить, что во всех лесах в разной степени
структура лесных экосистем приводит к формированию
специфического почвенного покрова, компоненты которого
различаются по парцеллам, а в пределах парцеллы - в тессере (по
мере удаления от ствола дерева).
Изменяются количество и состав обменных катионов,
гумусированносгь почв, pH, гранулометрический состав верхних
горизонтов почвы. В горизонте А2 (Е) и В различия в пределах
-305-
тессеры затухают. Более плодородные почвы (серые лесные) менее
изменчивы в пределах тессеры, чем малоплодородные почвы. Но
анизотропность прослеживается также у легких почв и у
искусственных насаждений.
Таблица 7.7. Характеристика темно-серых почв Белгородской обл.
Горизонт,
глубина,см
Гумус
рНв
Нг
Са
Mg
<0.01 мм
А1,2-10
5.74
6.4
5.2
17.5
4.0
33
А1А2,10-20
2.12
5.8
4.8
12.8
4.2
33
А2В, 20-30
1.60
5.6
4.4
12.5
3.1
35
В1, 50-60
1.00
5.9
4.8
15.5
3.3
40
В2,60-80
0.50
6.3
6.2
18.0
1.8
44
ВЗ, 80-100
0.33
6.2
6.0
18.2
2.0
44
ВСк, 125-140
0.24
7.2
-
-
44
А1,2-12
6.26
5.7
7.1
21.5
6.0
45
А1А2, 12-20
3.45
5.8
5.5
15.2
5.8
44
А2В, 20-30
2.05
5.8
5.5
13.0
5.3
44
В 1,30-60
0.96
5.6
5.0
16.5
5.0
52
В2,60-80
0.50
5.3
6.0
19.8
5.7
56
ВЗ, 80-100
0.27
5.0
6.2
20.5
6.8
59
ВС, 100-130
-
5.4
3.2
21.6
8.6
60
Таким образом, можно заключить, что серые лесные и бурые
лесные почвы в какой-то степени аналоги и образуются в сходных
условиях, хотя очень часто в горах преобладают бурые лесные
почвы. Для всех лесных почв характерно формирование тессеры -
объема почвы около ствола дерева. В тессере отмечается
закономерная изменчивость по радиусу почвы таких свойств, как
запасы подстилки, содержание гумуса, pH и пр. Все это придает
лесным почвам определенную специфичность, которой нет у почв
безлесных территорий.
-306-
ГЛАВА 8. ПЕСЧАНЫЕ ПОЧВЫ В СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЯХ
Сосновые леса на песчаных почвах распространены от тайги до
полупустыни. Супесчаные и песчаные почвы в разных климатических
зонах имеют такие общие черты, как крайне низкая поглотительная
способность, бедность элементами питания для растений, невысокая
микробиологическая активность и влагоемкость, очень высокая
водопроницаемость. Пески содержат меньше воды, но
промачиваются осадками в 2-4 раза глубже, чем суглинистые и
глинистые почвы.
Характеристика основных типов сосняков
Северная тайга, Архангельская обл. Терраса р. Вайнуга.
Коэффициент увлажнения, КУ>1, количество осадков 380-400 мм.
Расход воды спелыми древостоями сосны разных типов в среднем -
170-270 мм. Моренные глины и суглинки перекрыты перевеянными
песками и супесями, мощностью от 0.2 до 3 м. Сосняк лишайниково¬
мшистый на вершине дюнного холма, 160 лет, IV класс бонитета,
почва слабоподзолистая песчаная.
О 0-3 см. Слаборазложившийся опад хвои, желтые гифы грибов.
А2 3-8 см. Слабооподзоленный, желтоватый мелкозернистый
песок.
В1 8-55 см. Желто-бурый среднезернистый песок, постепенно
осветляющийся книзу.
В2 55-170 см. Светло-серый песок.
ВЗ 170-218. Влажный (верховодка) крупно-среднезернистый песок.
Д1 218-278 см. Глина коричневого цвета, ореховатая, с обилием
известняка.
Д2 >278 см. Плита известняка.
На слабо-подзолистых глубоких песках произрастают сосняки
лишайниково-моховые и брусничные, подверженные пожарам. После
пожара возникают верещатники, которые переходят в бор
зеленомошный с брусникой. Под пологом леса формируется второй
ярус из ели (табл. 8.1). На лесосеках удовлетворительно
возобновилась сосна (3-5лет).
Сосновые свежие боры бруснично-черничные расположены на
подзолистых супесчаных почвах средней мощности. Почвенный
профиль - 0-А1-А2(Е)-В1-В2-С. Глубже 50 см -глина. С 70 см -
известковая плита. Лес более продуктивен.
-307-
Южная тайга. Прокудин бор.
Мещерская низина на водоразделе рек Киржач и Дубна,
Московская обл.
Слабоподзолистые песчаные почвы, сформированные на
древнеаллювиальных, в верхней части перевеянных песках
мощностью 8-18 м. Ниже - юрская глина, мощностью 14-22 м и
известняки (мощность 18 -23 м). Уровень грунтовых вод (УГВ) на
глубине 4-5 м , в заболоченных котловинах - 0,5-0,8 м.
Распространены слабооподзоленные песчаные почвы на
возвышенных элементах рельефа (УГВ ниже 3 м),
среднеоподзоленные песчаные почвы (УГВ 2-2,5 м), песчаные
сильнооподзоленные почвы в понижениях (УГВ 1,5-2 м)
Ниже - описание слабоподзолистой песчаной почвы на
вершине холма. Бор сосновый мшистый, 65 лет, II класс бонитета,
грунтовые воды глубже 3 м. (табл. 8.2)
О 0-2 см Подстилка слабо разложившаяся, рыхлая, корни
А1 2-4 см. Гумусовый сероватый горизонт, рыхлый.
А1А2(Е) 4-10 см. Белесый с серым оттенком песок, обильные
корни.
А2 (Е) 10-25 см. Белесый песок, языки заходят в горизонт В1.
В1 25-42 см. Красно-мелкозернистый песок с белесыми
пятнами.
Таблица 8.1. Таксационная характеристика древостоя
Ярусы
Состав
Воз¬
раст
Пол¬
нота
Средний
диаметр,
см
Средняя
высота,
м
Число
стволо
в, шт
га1
Запас
древе¬
сины,
м3га *'
Бонитет
Лишайниково-мшистый сосняк, Архангельская обл.
I
10С+Л.Б
160
0.8
26
21
504
280
IV
II
10С+Б
110
0.3
12
11
112
21
-
I
9С1Л+Е
290
1.0
31
22
416
313
IV
II
10Е
170
-
9
12
570
37
-
Сосняк бруснично-черничный, Архангельская обл.
I
8С1Л1Е
260
1.0
32
23
404
334
ш
II
ЮЕ
140
0.3
9
11
418
25
-
Примечание: - не определяли
-308-
Культуры сосны на приморских песках Южной Прибалтики
Сосняки в Прибалтике занимают более 70% приморских песков.
Они, в основном, искусственные. Современные эоловые пески
возникли в XVI-XIX вв. при перевевании древних морских и
аллювиальных песков.
Были изучены дерново-подзолистые почвы на дюнных песках у
пос. Кабли (Эстония), от берега моря с запада на восток через полосу
дюн, поросших лесом. Высота дюн 2-6 м, УГВ - 1.5-7.5 м.
Почвообразующие пески кварцевые с примесью полевых шпатов,
выщелочены от карбонатов.
На вершине высокой дюны высота сосен в возрасте 65 лет - 12-14 м,
средний диаметр 15-16 см. Тип леса - сосняк беломошник с
участием зеленых мхов, из трав - овсяницы. Почва слабоподзолистая
маломощная песчаная. Грунтовые воды на глубине 5 м.
Таблица 8.2. Таксационная характеристика сосняков разного типа на
песчаных почвах разной степени оподзоленности
Состав
Воз¬
раст
Пол¬
нота
Средний
диаметр,
см
Сред
няя
высот
а, м
Число
стволов,
пгг га-1
Запас
древе¬
сины,
м3 га-1
Бони-тет
Лишайниковый, слабоподзолистая, ГВ >3м
ЮС
| 65
1 0.9 |
1 21
1 19
| 704
1247 |
[И
Брусничный, среднеподзолистая, УГВ 2
■2,5 м
ЮС
13
1.0
5
6
9000
66
-
ЮС
33
1.0
12
14
1970
160
I
ЮС+Б
44
0.9
22
17
536
208
1
ЮС+Е
65
0.9
22
23
744
294
1-II
ЮС+е
150
1.0
35
27
368
457
П
Черничный, силнооподзоленная, УГВ-1
,5-2,0 м
9С1Е
65
0.8
28.6
23.3
400
244
I-II
8С2Е
80
1.0
28.0
21.4
615
304
I-II
Лишайниковый, подзолисто-глееватая. УГВ-1-1,5 м
9С1Е+Б |
65 10.9 |
20.5 |
18 |
801 |
1259 |
III-IV
Долгомошник, сильнооподзоленная, оглеенная, УГВ -0,8м
ЮС |
65 | 1.0 |
21 I
20 |
692 1305 | И-Ш
Сфагновый, подзолисто-глеевая, УГВ - 0,5-0,8м
ЮС | 65 | 1.0 |
1
13
245 |
158 |IV
Разрез 8. Заложен в понижении между низкими дюнами в
сосняке мшистом с черникой 60-65 лет со средней высотой деревьев
18-29 м., средним диаметром 23 см. В напочвенном покрове -
черника, брусника, единично вереск. Из трав - редко марьянник,
-309-
корневищные злаки, ожига волосистая. Под ними - мощная подушка
блестящих мхов. Почва-дерново-подзолистая мощная песчаная.
О. 0-15 см. Подстилка, бурая, оторфованная, в нижней части с
прослойками песка. Прочно сшита корнями с минеральной частью
почвы, причем корни сосны приурочены к песчаным прослойкам.
А1А2 (А1Е) 15-38 см. Пепельно-серый с темными гумусовыми
пятнами и мелкими угольками слабосвязный песок. Пронизан
корнями, переход резкий, граница неровная.
А2(Е) 38-63 см. Пепельно-серый, светлее А1А2, с бурыми
пятнами, языковатый.
В1 63-108 см. Охристый с потеками и пятнами кофейного цвета,
сцементирован полуторными окислами. Переход книзу постепенный.
УГВ на глубине 225 см.
На вершине дюны при атмосферном увлажнении песка сосна III-
IV класса бонитета; между дюнами сосна I класса бонитета.
Известно, что на Мангальских дюнах (под Ригой) в
зависимости от уровня грунтовых вод молодые культуры на вершине
дюны (УГВ - 8 м.) в возрасте 16 лет относятся к V классу бонитета,
на склоне, при УГВ 4-6 м. -III-IV, в понижении , при УГВ -1-3,5 м., -
II классу. I класса бонитета сосняки достигают в понижениях при
УГВ 1-1,5 м при наличии мощных дерново-подзолистых почв,
!умусовый горизонт которых > 10 см Эти сосняки относят к
кислично-черничпиковым
На дюнах, перевеянных в позднюю фазу дефляции (1-3 тыс. лет
назад) рост сосняков хуже. На вершинах и склонах бугров со слабо
развитыми подзолистыми почвами и УГВ 3-5 м класс бонитета сосны
IV-V-Va, между буграми (есть капиллярная кайма) II-IV.
В расстроенных сосняках (200 лет) на вершинах и склонах
деревья относятся к IV-V классу бонитета. На волнистой равнине с
УГВ 2,5-2 м (дерново-подзолистые среднеподзолистые почвы)
бонитет сосны повышается до III.
Боры степной и лесостепной зон
В лесостепной и северной части степной зоны были
исследованы Хреновской, Бузулукский бор и Прииртышские
ленточные боры.
Хреновской бор расположен на юге Воронежской обл. Это
крупный массив природного соснового леса (около 17 тыс. га) на
границе лесостепи и степи. Осадков выпадает в среднем 450 - 500 мм,
возможны засухи. Летом в 1,5 раза больше, чем зимой.
Продолжительность вегетационного периода 188 дней, КУ~ 1
-310-
В доледниковую эпоху территория бора была котловиной,
образовавшейся при размыве коренных пород. В ледниковую эпоху
она заполнилась флювиогляциальными отложениями мощностью 80
м. Характерно чередование слоев песка, глины, суглинков. В долине
р. Битюг выделяют четыре надпойменные террасы, поверхностные
отложения которых представлены древнеаллювиальными
четвертичными отложениями: песками, суглинками, глинами.
Мощность их 40 м. на высоких террасах и 20-40 м на низких.
Отложения подстилаются коренными породами мела и девона.
Собственно бором занята наиболее широкая (5-8 км) и молодая
(поздневалдайская) невысокая (5-15 м) первая надпойменная терраса.
По выходе ее из-под воды в условиях холодного и сухого климата
конца плейстоцена - начала голоцена (около 12-10 тыс. лет назад)
пески террасы подверглись развеванию и сформировали дюны
высотою 5-12 м.
Позже, особенно в условиях влажного и теплого климата
среднего голоцена (Атлантический климатический оптимум), на
дюнах образовались дерново-боровые почвы со слабыми
псевдофибрами в песке гор. С. В междюнных понижениях развиты
дерново-луговые и болотные почвы.
На 2-3-й террасах пески отложены поверх суглинков. Здесь
сформированы супесчаные и связнопесчаные почвы
черноземовидные под степной растительностью, дерново-боровые
связнопесчаные и серые лесные - под сложными борами с дубом
Разрез 37. Хреновское лесничество. Дерново-среднемощная
песчаная почва под пологом сосны на восточном склоне дюны
высотой 10-12 м. на 1-й надпойменной террасе. Сосняк 150-летний, III
класса бонитета. Просеки заросли степными злаками: ковылем
перистым и овсяницей Беккера. В разнотравье чабрец, лапчатка
песчаная, василек Маршалла, полынь Маршалла, сон-трава.. Кроме
того встречаются ксерофитный мох (политрихум), лишайники
(кладония), ракитник
А 0-15 см. Свежий, буровато-серый песок, густо пронизан
корнями трав. Переход постепенный.
В 15-55 см. Свежий, рыжеватый, в верхней части слабый
сероватый оттенок. Песчаный. Корней меньше. Переход
постепенный.
С 55 см и глубже. Влажный светло-желтый песок, без корней
трав. Имеются перегнившие корни сосны. Псевдофибры на глубине
160-230 см. Прослежен до глубины 270 см.
На III надпойменной террасе сосняк сложный с дубом (соснам
200 лет), в подлеске клен татарский, бересклет, бузина. В травяном
-311 -
покрове весенние эфемеры, чистотел, крапива. Почва дерново¬
боровая, мощная, связнопесчаная.
Бузулукский бор в Самарском Заволжье занимает площадь
около ЮОтыс га. Он расположен на юго-востоке европейской части
России, в крупном расширении долин рек Самарки и Боровки,
врезанных руслами на 115 м ниже водораздельного плато. Климат
более континентален, чем в Хреновском бору. Боровые террасы -
первая и вторая. Первая надпойменная терраса возвышается над
рекой до 15 м, имеет пологий дюнный рельеф. Вторая терраса с
наиболее расчлененным дюнным рельефом поднимается над рекой
на 26 м. Почвы на этих террасах дерново-боровые песчаные. На
третей и четвертой террасах сформированы черноземовидные
супесчаные почвы на песках, подстилаемых с глубины 1- 6 м
слоистым легкосуглинистым делювием с прослоями песка.
Пески надпойменных террас бора возникли при разрушении
пестроцветных карбонатных пород пермского возраста, слагающих
Западное Предуралье. По минералогическому составу пески
полиминеральны и карбонатны. Содержание минералов тяжелой
фракции до 3-7%. Легкая фракция полевошпатово-кварцевая с
преобладанием (до 60%) обломков кремнистых, кварцево-
полевошпатовых, железисто-глинистых пород и двуслюдяных
сланцев.
Бузулукский бор исследовали П.С. Паллас (1784), Г.Ф. Морозов
(1902), В.М. Савич (1904), В.Г. Россинский (1915), А,М. Новак (1912),
В.Н. Сукачев (1931).
Наиболее полная классификация типов леса сделал академик
В.Н. Сукачев, который выделил 4 группы насаждений, включающих
17 типов.
1. Лишайниковый бор на вершинах дюн. УГВ .10 м. Почвы -
дерново-боровые маломощные (горю А -19 см). Сосна в возрасте 100
лет, III-IV класс бонитета. Подрост чахлый.
2. Мшистый бор -имеет наибольшее распространение на
склонах дюн и в междюнных понижениях. УГВ 5-6 м, III-II класс
бонитета. В окнах густые группы подроста.
3. Травяной бор на супесчаных почвах с УГВ - 5-4 м. Сосна 1-1а
класса бонитета
4. Сложные боры в первом ярусе сосна, во втором - дуби липа
с участками осины, березы, клена и вяза с хорошо развитым
подлеском из кустарников. Почвы дерново-боровые мощные
супесчаные, и черноземовидные, также связнопесчаные. В песке
имеются прослойки суглинка., на 1.5-2 м залегают мергели и глины,
УГВ на 5-4 м Сосна I-Ia бонитета, возраст 130 л, высота 36-37 м.
-312-
Ниже приведены описания дерново-боровых почв Бузулукского
бора.
Разрез 4. Кв. 36 Борового лес-ва на II й террасе р. Боровки.
Узкий гребень высокой дюны. Лишайниковый бор, на склоне -II-III
класса бонитета, у подножья дюны - I. На вершине дюны -овсяница
Беккера, келерия сизая, вероника копьевидная, смолевка, единично -
купена и ракитник. Почва дерново-боровая песчаная глубоко
выщелоченная от карбонатов.
АО 0-3 см. Подстилка из хвои, веток, внизу с гифами грибов
А 3-16 см. Влажный, серо-бурый песок, рыхлый, корни
травянистых растений и с глубины 8 см - сосны.
В 16-33 см. Желто-бурый песок. Корней сосны еще много.
ВС 33-60 см. Желтый с красноватым оттенком песок. Корни
единичные.
60 см и ниже. Желтоватый песок. Прослежен до глубины 4 м. Не
вскипает.
УГВ 12-15 м.
Разрез 12. Кв. 60 лес-ва, 1 терраса, рельеф волнисто-равнинный.
Бор травяной II класса бонитета. Средние высота деревьев 40 м,
диаметр 46 см, полнота 0.6 . Во втором ярусе липа, вяз. В травяном
покрове пырей, костер безостый, вейник, ежа сборная, купена, чабрец,
тысячелистник. Почва дерново-боровая легкосупесчаная,
выщелоченная от карбонатов до глубины 160 см.
АО 0-6 см. Подстилка из хвои, веточек, коры, прочно связанная
с почвой корнями, внизу с грибным мицелием
А 6-15 см. Серо-бурый, в верхней половине почти черный,
влажный, мажущийся, легкосупесчный. Густо пронизан корнями
травянистых растений и сосны.
В 15-60 см. Светлее предыдущего, прокрашен гумусом (до 34
см). Связнопесчаный. Корней много. Плотноват
ВС 60-90 см. Буроватый связнопесчаный, с глубины 62 см -
железистые псевдофибры.
С 90-160 см. Желтоватый песок с тонкими (до 3-4 см)
псевдофибрами (до глубины 133 см). Корней еще довольно много.
Внизу горизонта кротовина, заполненная темной супесчаной массой и
густо насыщенная древесными корнями.
Ск. 160 см и глубже. Песок, карбонатный, вскипает, чередуется
с прослойками более грубого, не вскипающего песка. На глубине 360
см непрочные железистые бобовины. Грунтовая вода на глубине 475
см.
Ленточные боры Казахстана и Алтая пятью параллельными
полосами тянутся с северо-востока на юго-запад, занимая древние
-313-
песчаные ложбины стока Обь-Иртышского междуречья. Они
чередуются с лессовыми увалами.
Ленточные боры, общей площадью 1.95 млн. га, располагаются
в лесостепной и степной зонах и доходят до северной границы
полупустыни. Наиболее суровыми климатическими и
лесорастительными условиями характеризуется юго-западная часть
ленточных боров - Прииртышские. Климат здесь засушливый и
континентальный. Средняя годовая температура равна 3,2°С,
январская -16°С. Вегетационный период 140 дней. Средняя годовая
сумма осадков 260 мм (в интервале 124-443 мм). За теплое полугодие
выпадает больше осадков (65%), чем за холодное. Максимальное
количество осадков приходится на июль. Часты суховеи.
Грунтовые воды под сосняками слабо минерализованы (сухой
остаток 0.2-0.4 г л’1), в понижениях часто выходят на поверхность.
Прииртышские боры относят к подзоне сухих типчаково-
ковыльных степей. По лесорастительным условиям в ленточных
борах можно выделить участки высоко-, средне- и низкобугристого
рельефа и равнинных. На этих участках лесорастительные условия
различны. На вершинах и склонах бугров и в западинах они зависят
от уровня грунтовых вод и характера почвы.
1. Участки высокобугристого рельефа с высотами 7-20 м.
а. Вершины и верхние части склонов высоких бугров. УГВ - 6
м. Почвы дерново-боровые маломощные рыхлопесчаные (разрез 20).
Возраст сосен - 70-90 лет. Полнота 0.6-0.8. Бонитет IV-V классов.
б. Склоны бугров с УГВ 3-6 м. Сосна IH-IViuiacca бонитета.
в. Выровненные участки и нижние части склонов. УГВ 2.5-3 м.
Почвы дерново-боровые, более гумусированные (разр. 21). Бонитет
сосны 11-111.
г. Межбугорные понижения, УГВ 1-2.2 м. Почвы торфяно-
глеевые иловато-песчаные. Густые сосняки I бонитета. При УТБ <1.2
м сосна вымокает
2.Участки среднебугристого рельефа с высотами бугров 3-6 м,
УГВ 9-12 м.
а. Вершины бугров, почвы дерново-боровые, песчаные на
мелкозернистых песках, с глубины 6.5 м известь, суглинки.
Редкостойное насаждение сосны возрастом 120 лет, высота деревьев
14-15 м, полнота 0.4, класс бонитета V-Va.
б. Понижения между буграми. УГВ - 5-6 м. Сосна IV-V6 класса
бонитета.
3. Участки низкобугристого рельефа с амплитудой высоты 1-3
м, УГВ - 2.5 6 м. На возвышенностях сосна возраста 120 лет, полнота
0.6-0.7, высота деревьев 20.2 м, бонитет -III. При наличии
-314-
суглинистых и карбонатных прослоек в песке на глубине 1.6 м.
формируется мощные гумусированные (разр.71) дерново-боровые
почвы. При УГВ 38 см сосна (возрастом) 70 л. имеет высоту 21.4 м и
бонитет II. Межбугровые суглинистые пространства заняты темно¬
каштановыми почвами. В понижениях микрорельефа формируются
лугово-каштановые солонцеватые почвы. Озерные впадины
окружены кольцом солонцов, попадаются пятна солончаков.
Песчаные почвы под борами сформированы на песках
среднемелкозернистых, содержащих до 90% кварца, около 2%
полевых шпатов и 8% минералов тяжелой фракции.
На дюнных буграх с УГВ глубже 2 м формируются дерново¬
боровые почвы, разной мощности, и примитивные ареносоли. На
участках с УГВ 1.5 -2 м образовались дерново-боровые глееватые
почвы. При УГВ <1.5 м распространены почвы торфянисто-глевые.
Лесорастительные условия песков зависят от рельефа, УГВ,
влагоемкости почв. По лесорастительным условиям выделяют
участки высоко-, средне- и низкобугристые и равнинные. Им
соответствуют боры высоких и пологих всхолмлений, равнинны.
Вершины и верхние части склонов высоких бугров с УГВ
глубже 6 м заняты единичными соснами IV-V классов бонитета и
разреженым травяным покровом из овсяницы, тонконога, полыни
Маршалла. Почва примитивная песчаная.
В гранулометрическом составе преобладают тонко-
мелкозернисгый песок. Физической глины содержится 2-3%, чему
соответствует малое содержание поглощенных оснований, гумуса (0.3
- 0,1%) реакция среды близка к нейтральной. Наименьшая
влагоемкость 4-6%.
Соснам высоких бугров свойственна мощная раскидистая
поверхностная корневая система. Подавляющая масса скелетных
корней приурочена к верхним (до 15-25 см) слоям почвы. Сеть
горизонтальных корней занимает площадь радиусом 15-23 м и
обеспечивает соснам питание за счет летних осадков. Вертикальные
корни малочисленны и развиты слабо. Большинство их оканчивается
в пределах верхнего метра почвы, некоторые идут до глубины 2 м, а
единичные проникают до 3-4 м. Весеннее промачивание почв во
влажные годы достигает 3-4 м (промывной водный режим). В течение
лета слой почвы 10-15см иссушается до ВЗ (влажности завядания),
метровый слой -до 50-60% от НВ (наименьшей влагоемкости).
Изменения влажности наблюдаются до глубины 3-4 м (ниже •
горизонт постоянной влажности, равной НВ).
-315-
Для средних частей склонов бугров характерно залегание УГВ
на Зм. Корни здесь достигают грунтовых вод. Почвы, как и на
вершинах бугров, примитивные песчаные, но сосняки более
производительны, III-IV класса бонитета. Возобновление лучше, чем
на вершине бугров.
Ровные участки и нижние части склонов бугров, примыкающие
к балхашам (близководным понижениям), характеризуются УГВ -2.5-
Зм. Под разреженным древостоем лишайниково-степного бора
образуется дерново-боровая маломощная песчаная почва. Живые
корни - до 170 см. УГВ 219 см.
По сравнению с почвой бугра в гранулометрическом
составе увеличилось содержание среднего песка и в верхнем
горизонте - физической глины.
Сравнительно высокое содержание гумуса в гор. А и слабо
щелочная, близкая к нейтральной реакция среды свидетельствуют о
дерновом процессе под травянистой растительностью в разреженном
сосняке.
Водный режим почв на бугре и в понижениях - промывной. К
осени вся толща до капиллярной каймы не содержит доступной воды.
Мощность капиллярной каймы 80 см, глубина в течение лета
колеблется от 150 до 190 см. Характерно групповое расположение
сосен с сомкнутостью полога 0.6-0.7.Класс бонитета - III, реже И.
Есть подрост.
Межбугровые понижения -с близким УГВ (2.5-1 м) занимают
площадь не больше 0.1 га. Центральная часть понижения с УГВ 1 м,
занята лиственными породами (березой, осиной, ивой). Край
понижения с УГВ >1,5 м составляет внешнее кольцо шириной 20 м,
обычно занятое перегущенным сосновым молодняком. Почвы
дерново-боровые глееватые.
Разрез 22.
О 0-3 см. Древесный опад.
А 3-17 см. Желто-серый песок, много корней.
В 17-60 см. Желтый песок с сероватым оттенком в верхней
части. Много крупных корней сосны. Переход постепенный.
ВС 60-130 см Светло-желтый песок с ржавыми пятнами, с
глубины ИЗ см - сырой. Вокруг древесных корней плотные трубки
из сцементированных песчинок.
Глубже 130 см - сизый с ржавыми пятнами песок. УГВ 200 см.
Летнее иссушение отмечается до 50-70 см.
Густые сосняки имеют удовлетворительное состояние. У них
хорошо развиты корневая система и кроны. Стержневой корень
доходит до грунтовых вод. В зоне капиллярной каймы корень
-316-
ветвится. Горизонтальные корни пронизывают гумусовый горизонт
Они поднимаются в поверхностные более рыхлые слои из котловины
на склоны бугра.
К 23 годам лучшие экземпляры сосен в балхашах имею высоту
15 м при средней 11м, диаметр 17 см, при среднем 7.3 см.
Насчитывается 10-15 тыс. стволов на 1 га. Более 50% деревьев
угнетены. В балхашах отсутствуют взрослые деревья. Очевидно, с
возрастом начинает действовать какой-то фактор, препятствующий
дальнейшему росту сосны в балхашах.
Участки средне бугристого рельефа с колебанием высот 1-6 м.
Бугры удлиненные, сложены крупнозернистым песком. УГВ 5-6 м в
межбугровых понижениях и 9-12 м под буграми. Водный режим -
периодически промывной под буфами, периодически промывной и
промывной в понижениях. Почвы сходны: дерново-боровые
маломощные песчаные. В понижениях на глубине около 2 м
встречается прослойка карбонатного суглинка. Сосна возрастом 70-80
лет V класса бонитета на вершинах и IV в понижениях. Средняя
высота в понижениях 20.1 м, на повышениях -15.1м, диаметр,
соответственно, 42.0 и 28.1см, полнота 0.8 и 0.4, число стволов 189 и
182, запас древесины 272 и 75 м3 на 1 га.
Участки низкобугристого рельефа (высота 1-3 м), УГВ 2.5 (в
понижениях) до 6 м (на буграх). Промывной водный режим. В толще
песка встречаются прослойки суглинка, обычно глубже 2.5 м.
Характерны приспевающие и спелые древостой, V (на буграх)- III (в
понижениях) классов бонитета, возрастом 50-60 лет. На равнине
распространены суглинистые прослои в песках. От глубины залегания
суглинка зависят лесорастительные условия. Если карбонатный
суглинок залегает ближе 1 м, а УГВ глубже 5-7 м, то сосна имеет
класс бонитета не выше III. При благоприятном сочетании глубины
залегания карбонатного суглинка (1-1,5 м) и УГВ (3-4 м)
формируются древостой I-II класса бонитета. Под ними образуются
дерново-боровые мощные связнопесчаные (легкосупесчаные) почвы.
Содержание физической глины до прослоя мало меняется.
Реакция среды слабокислая, с глубины 60 см - нейтральная. Гумуса в
верхнем слое 1.25% и 0.2% на глубине 80 см. Деревья в основном 40-
летнего возраста, встречаются 60-70-летние. В группах сомкнутость
полога 0.7-0.8. Средняя высота деревьев 24.7 м, что в 60 лет
соответствует 1 бонитету. Средний диаметр стволов 31 см. Много
подроста, в том числе 35% в возрасте до 5 лет, 35% -5-15 лет, 30 -
старше 15 лет. Соснам здесь свойственна развитая корневая система.
Хорошо выражен стержневой корень (идет до грунтовых вод). Длина
горизонтальных корней 4-18 м.
-317-
Искусственные насаждения сосны на степных песках
Среднего Дона
Закреплять «сыпучие» пески на Дону начали в XIX в., сначала и
шелюгой, позже - сосной. Были созданы специальные лесничества: в
1885-1890 гг. - Арчединско-Рахимское и Ореховское на Дону и
Медведице, в 1906 г. - Голубинское на Дону, Караичевское на Чиру.
Некоторые насаждения достигли возраста 70-100 лет и служат
образцами успешного лесоразведения в сухой степи.
По вершинам бугров класс бонитета сосны не выше III-IV и к 60
годам насаждения начинают распадаться и отмирать. Все же к этому
возрасту они дают 200-300 м деловой древесины, укрепляя в то же
время пески. В понижениях, особенно при наличии в песке
суглинистых прослоек и близкого УГВ (150-300 см), бонитет сосны
достигает II и даже I класса, а продолжительность жизни насаждений
возрастает до 80 лет и больше. На дерново-степных развеянных и
погребенных эоловыми наносами песка почвах, при УГВ= Зм сосна
растет по III-IV бонитету. На торфянисто-глеевых погребенных
эоловыми наносами почвах (115см) и УГВ -2м (воды пресные,
плотный остаток 0.05 г л'1), сосна растет по I классу бонитета. При
этом, на дерново-степных почвах до 50 лет сосна растет по II классу
бонитета, позже -по III и IV. Снижение бонитета сосны с возрастом
на бедных песчаных почвах обычное явление. Связано оно не только
с сухостью почв, но и с повреждениями насекомыми.
Урдинские пески Волжско-Уральского междуречья.
Урдинские, Нарымские, Рын-пески (их называют по-разному),
расположены на северо-западной окраине обширного Волжско-
Уральского песчаного массива площадью 4.5 млн. га. Поверхностные
отложения представлены древними аллювиально - дельтовыми
мелкими средне-мелкозернистыми, неоднократно перевеянными
песками, на некоторой глубине подстилаемых хвалынскими глинами.
УГВ близок к поверхности (0.5 -2 м). Воды пресные, сухой остаток
0.1-0.3г л'1 и насыщают толщу песков-плывунов, чередующихся со
слоями суглинков, на глубину 15-20 м.
Пески средне-мелкозернистые, НВ -4-5%, капиллярный подъем
до 75 см.
Количество осадков - 240 мм, годовая температура воздуха 5,5°.
С конца XIX в в результате чрезмерного выпаса скота и уничтожения
древесной растительности быстро росли площади сыпучих песков. В
1890 г. было учреждено правительственное Нарымское лесничество.
-318-
Из посаженных лесных культур сохранилось не более 20%. Культуры
гибли на вершинах бугров и по понижениям. Прижились посадки по
котловинам, сделанные во влажный период в 1912-1917 гг. Наиболее
пригодны котловины с УГВ 0.2 - 1.25 м во влажные годы и 1.2 - 2.2 м
в засушливые. Класс бонитета сосны I-II.
В понижениях с эоловым - мелкосреднезернистом песком, где
плывун залегает на 76 см, капиллярная кайма имеет мощность 34 см,
в ней развиваются корни сосны. У 37-летней сосны высота 10.7 м
(8.5-13.5м), III класс бонитета. В понижениях с УГВ 207 см и
капиллярной каймой 60 см сосна 38л имеет I класс бонитета при
полноте 0.8. Возобновление по голым котловинам выдувания идет
при близком УГВ и во влажные годы. Прирост 60-70 до 90-100 см в
год. Рост культур до 5 лет идет по IV классу бонитета, до Юлет - по
III классу, до 30 лет - по II классу бонитета (при постоянной близости
грунтовых вод). До 60-65 лет сосна в этих местообитаниях растет и
плодоносит.
Таким образом, приведенные данные показывают, что состояние
и бонитет сосняков в значительной степени определяется водным
режимом почв, уровнем грунтовых вод. Но важную роль в
определении роста сосняков играет также минералогический состав
песков, который перекликается с их гранулометрическим составом.
Аллювиальные пески чередуются с суглинистыми прослойками,
что делает их более богатыми. Эоловые пески, напротив, состоят из
хорошо отвеянных минеральных зерен. Так, пески Дона на 99%
состоят из кварца. Полевые шпаты составляют лишь 1% и содержатся
во фракции диаметром менее 0.25 мм. Тяжелые минералы единичны.
В полиминеральных песках (Кусгаревских, Бузулукских,
Иртышских) много обломков горных пород, количество которых
уменьшается от крупного песка до тонкого с 83 до 26% и с 65 до 1%.
Содержание полевых шпатов соответственно увеличивается от 1.3 до
3.8% В карбонатных песках содержание карбонатов составляет 0.6-
6.25% и увеличивается в тонкозернистых фракциях.
Минералогическая бедность кварцевых песков отражается в
низкой продуктивности сосняков. В лесостепи бонитет сосны
Хреновского бора на глубоководных песках лишь IV-V, а на
Арчединских песках сосны растут по III-IV классу бонитета. Бонитет
сосновых насаждений на дюнах полиминеральных песков в
Бузулукском бору I-II класса даже при глубоко залегающих
грунтовых водах, на Кусгаревских степных песках также
полиминеральных (выше устья р. Еруслан) - II-III класса. На богатых
полиминеральных песках в долине Иртыша (содержание тяжелой
фракции минералов достигает 40%) в условиях наиболее сухого
-319-
климата бонитет сосны на песках с глубоким залеганием УГВ в
основном III класса. Эти данные подтверждаются также для
песчаных почв Западной Европы.
«Тонкость» песков способствует лучшему росту растений (Н.А.
Соколов, 1884). Например, крупно- и среднезернистые пески
Ревельских дюн (средний диаметр 0,59 мм) плохо зарастают травой и
сосной. Мелкозернистые пески Наварских дюн (средний диаметр 0.08
-0.02 мм) служат субстратом для белой акации, тополя, винограда.
(С.Ю. Раунер, 1988). А. Аттерберг (1924,) выделил пять типов
дюнных песков Германии по содержанию фракции песка <0.2 мм (3)
1.Менее 10% облесение обречено на неудачу.
2. Более 10% - формируются лишайниковые насаждения V-IV
класса бонитета.
3.20% - зеленомошные насаждения III-IV класса бонитета.
4. 30% - травяные боры III-II класса бонитета с буком в
подлеске.
5. 40% - сложные боры II-I класса бонитета со вторым ярусом из
бука и дуба.
Вода в этой фракции (<0.1 мм) при увлажнении ее до НВ
приобретает подвижность под действием капиллярных сил, тогда как
в песках >0.1 мм преобладает пленочная малоподвижная вода
(Н.С.Орешкина, 1960)
На продуктивность песков влияет примесь ила и пыли.
Увеличения содержания этих фракций повышает гумусированность
почв, и, в конечном итоге, бонитет насаждений.
Химические свойства песчаных почв очень неблагоприятны для
растений (табл. 8.3,8.4).
Таблица 8.3. Гранулометрический состав слоя 0-50 см почв
Разрез
Содержание (%) фракций, мм
dv
МГ
>1 1
| 1-0.25 |
10.25-0.05 |
10.05-0.01 |
| <0.01
Слабо-подзолистая, Северное лесничество, А
рхангельская обл.
1М |
Юл |
1 14.1 |
| 78.7
5.7 |
13.4 |
1 1.32 |
10.83
Слабоподзолистаяпесчаная, IT
рокудин бор
2С |
13.0 |
145.4
39.7 |
|5.0. .... |
17.9 |
1 148 I
и
Приморские пески Прибалтики
39С
0
48.5
38.8
3.5
5.2
22С
0.3
14.5
82.5
0.7
2.0
21С
2.7
27.4
67.4
0.8
1.7
17С
0
56.7
41.5
0.5
1.3
11С
0
67.5
31.5
0.2
0.8
13С
0
58.8
40.2
0.3
0.7
Дерново-подзолистая, УГВ-225 см, д.Кабли
-320-
6С
79.4
12.8
1.8
6.0
25С
73.1
21.5
2.1
3.3
Примитивные и дерново-боровые ленточных боров Прииртышья
20С
7.3
89.2
0.5
3.0
1.63
0.6
21
26.2
68.2
1.1
4.5
1.58
0.9
Дерново-боровые Бузулукского бора
37С
30.6
64.8
1.2
2.7
1.60
0.8
19С
17.6
72.9
4.5
5.0
1.55
1.0
Дерново-сгепные, Доно- Арчединский массив
100С
4.6
89.7
1.6
4.1
1.61
0.6
260
16.4
81.1
0.2
2.3
1.66
0.6
217
8.3
86.5
0.9
3.3
1.59
0.7
424
11.8
82.8
1.4
3.7
1.59
0.7
Примечание к табл. 3. dv - плотность почвы, МГ- максимальная гигроскопическая
влажность, пустая клетка - нет определений
Таблица 8.4. Некоторые свойства песчаных почв
Разрез,
горизонт,
глубина,
см
рНв
Гумус,%
Азот
общий,
%
Гидр. кисл.
Обменные катионы,
мэ/100г почвы
Са
Mg
Al
Дерново -боровая, Хреновской бо
р
37, А 0-10
5.4
0.61
0.04
3.31
0.48
0.18
н/о
В, 20-30
6.0
0.20
0.02
0.90
0.20
0.07
« «
С 60-80
6.2
0.02
0.01
0.56
0.06
0.01
« «
19, А 2-20
6.0
1.63
0.09
3.60
3.22
0.64
« «
В 40-60
6.5
0.21
0.02
0.95
0.35
0.17
« «
Дерново-боровые, Бузулукский бо
Р
4, А 3-15
6.1
0.53
0.05
1.14
1.60
1.48
« «
В 15-33
6.9
0.23
0.03
0.92
1.35
1.28
« «
С 80-100
7.0
0.07
0.01
0.52
1.07
0.83
« «
12, А 8-15
6.0
2.08
0.13
3.40
4.79
1.73
« «
В, 16-34
6.2
1.01
0.08
2.37
3.52
1.17
« «
С 90-100
6.8
0.12
0.02
0.76
2.28
1.63
« «
Черноземовидная супесчаная почва, Средний Дон
А1 0-10
5.8
н/о
0.08
н/о
5.50
1.07
««
В1 50-60
6.0
« «
0.05
« «
3.80
2.65
« «
В2 100-110
6.0
« «
0.03
« «
7.00
4.06
«
Дерново-сгепные, Средний Дон
А1 0-10
6.7
« «
0.12
« «
4.70
5.82
« «
В1 35-45
6.4
« «
0.07
« «
2.55
1.08
« «
ВС 85-95
6.4
« «
0.03
« «
2.75
0.56
« «
А1 0-10
6.2
« «
0.06
« «
2.30
0.72
« «
В1 30-40
6.2
« «
0.03
« «
2.35
0.72
« «
С 70-80
6.2
« «
0.01
« «
1.50
1.12
« «
Дерново-подзолистые, Прибалтика
8, А1А2!
4.5
0.84 !
0.04
i-б . _]
з.о !
3.1 1
0.30
-321-
10-30
А2 40-55
5.9
0.86
0.03
1.3
1.6
2.1
0.18
В1 70-90
6.3
0.52
0.03
2.2
2.4
2.0
0.35
15 А2 8-19
4.7
0.90
0.05
1.7
3.2
2.1
0.12
В 19-40
6.1
0.90
0.04
0.9
2.4
1.8
0.20
ВС 60-80
6.4
0.52
0.03
0.6
3.0
0
0.04
23, А2 2-15
4.9
0.70
0.04
1.9
8.3
1.4
0.08
В 20-4 0
6.0
0.68
0.03
0.6
2.6
0.8
0
ВС 50-80
6.7
0.64
н.о
0.4
2.0
0
0
Примечание: н/о - не определяли, мэ -мг-экв.
Песчаные почвы имеют небольшую емкость поглощения (1-3
мэ, в гумусовом горизонте 2-7 мэ 100‘‘г). Низка гумусированносгь
почв (обычно, 1% гумуса). У песчаных почв низка влагоемкость,
порозносгь, очень высока плотность (больше 1.4), что делает эти
почвы не доступными для корней многих растений. Высока твердость
песков (1.2-1.8 МПа). На глубоких кварцевых однородных песках с
низкой влагоемкостью корневая система располагается в слое 0-30 см.
Большая часть тонких сосновых корней сосредоточено в слое 0-10 см.
На богатых песках длина корней сосны достигает 10 м, и они могут
уходить вглубь на 4-6 м., на кварцевых песках длина горизонтальных
корней - 20м. Именно для сосны характерен подъем корней по
рыхлому поверхностному слою из котловины на ее бортик
(отрицательный геотропизм). Ортзанды, как и суглинистые прослои,
улучшают снабжение растений водой и питательными элементами.
Обильное ветвление корней над ортзандами и суглинистыми
прослойками отмечено во всех почвах, где достаточно близко к
поверхности присутствуют эти образования. Близкие грунтовые воды
способствуют развитию и росту стержневого корня сосны.
Анализируя распространение сосны в Евразии можно отметить, что
ее ареал кончается на востоке этого материка. На Камчатке сосна не
растет.
Очевидно, сосна адаптировалась к условиям существования на
песках с их низкими запасами питательных веществ и влагоемкостью.
Испарение из песчаных почв ограничено из-за их
самомульчирования. Низкая адсорбционная способность почв, слабо
развитая почвенная матрица определяет при малых запасах воды их
хорошую доступность растениям.
-322-
Рис.8.1. Зависимость класса бонитета сосняков от уровня грунтовых
вод (УГВ. М)
А - южная тайга; 1-Прибалтика, 2- Мещера; Б-лесостпь; 1-
Прииртышье, 2 - Хреновое; 3 -Бузулук.
При этом пески в разных зонах могут играть совсем не
одинаковую роль. В северной тайге на песках образуются наиболее
дренированные почвы. В то же время из почв полупустыни - пески
наиболее обеспечены водой (песчаные почвы). Эти положения
подтверждаются анализом водного режима песчаных почв по
почвенно-растительным зонам (рис.8.1).
На севере понижение уровня грунтовых вод (ниже 1 м) часто
повышает бонитет сосны, в степи и полупустыни - понижает. В тайге
водный режим почв под сосной промывной или десуктивно-
выпотной. Гидрологический горизонт десукции охватывает к концу
лета всю толщу почвы до капиллярной каймы. Но ограниченное
испарение не приводит к иссушению почвы до влаги завядания. В
степи и лесостепи водный режим песчаных почв периодически
промывной. В верхней части профиля летом формируется горизонт
физического иссушения, ниже горизонт десукции, еще ниже -
«застойный», с капиллярной каймой от грунтовых вод. Это показывает
сравнительную близость гидрологического профиля для всех песчаных
почв (табл. 8.5).
-323 -
Таблица $.5. Усредненные запасы воды (мм) в песчаных почвах в
течение вегетационного периода
Слой
НВ
весна
лето J
осень
весна |
лето |
j осень
Арчеда, сосна на бугре
Арчеда, степь на бугре
0-50
38.6
35.3
6.1
29.3
41.5
16.2
32.7
50-100
35.9
35.0
12.8
30.2
54.0
21.0
43.0
100-150
^40.1
35.0
14.7
31.4
41.5
23.3
26.5
150-200
46.3
35.7
20.4
37.8
41.0
24.2
23.4
200-250
41.6
28.1
23.4
31.5
37.5
25.0
25.0
250-300
34.4
30.6
23.4
25.9 1
31.0
27.0
27.0
300-350
26.7
29.0
29.0
Прииртышье, сосна на бугре
сосна на бугре
0-50
27.4
30.5
11.0
28.8
15.4
50-100
25.0
26.5
22.6
21.1
23.4
100-150
31.3
23.1
28.0
23.1
25.6
150-200
33.4
25.6
29.7
24.7
28.0
200-250
34.9
26.7
31.3
28.9
33.0
250-300
34.9
34.5
31.3
33.0
300-350
28.6
32.2
31.3
Запасы недоступной воды в песчаных почвах низки (8-5 мм в
аждом метре почвы). Вследствие этого запасы доступной воды
одержатся в исследованных почвах летом даже в самый сухой
ериод.
Заключение
Относясь к разным типам (подзолистым и дерново-боровым)
есчаные почвы ближе друг к другу по содержанию гумуса,
оменных катионов, питательных веществ, воды, чем песчаные и
/глинистые почвы той же зоны. Для развития сосны необходимы
зтние запасы воды в слое 1-3(4)м. В этом случае сосна на песчаных
очвах будет расти. Для песчаных почв характерно
амомульчирование, что снижает потери воды на физическое
спарение. Поэтому даже в сухие периоды лета запасы воды в почве
олеблются в пределах 40-50 мм в каждом метре.
Главное препятствие для роста деревьев - большая плотность
южения почв. В ряде случаев это приводит к отрицательному
ютропизму у корней сосны. Второе препятствие - малая
одвижность стыковой воды в песках, слабый подток к корням.
При залегании грунтовых вод (верховодки) на глубине не ниже
-3 м бонитет сосны I-III классов. За исключением Бузулукского бора,
з всех других местообитаниях увеличение глубины залегания
зунтовых вод снижало класс бонитета с I-III до IV-V.
-324-
ГЛАВА 9. ОСОБЕННОСТИ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
Итак, лесные почвы (почвы под древесными растениями)
распространены во всех природных зонах от тундры до пустынь. В
тундрах и субальпийском поясе произрастают карликовые формы
древесных растений (в тундре - березы, ивы). В альпийском и
субальпийском поясах (горная тундра) распространены карликовые
ивы, стланики (сосновые, кедровые, ольховые).
Во всех природных зонах в поймах рек растут ивы, тополя, в
теплых условиях (южная тайга, лесостепь, степь)- дубы, вязы, ольха.
Почвы под этими деревьями, как было показано в предыдущих
главах, относятся к разным типам и различаются pH, содержанием
гумуса, мощностью горизонтов, гранулометрическим составом. Но у
всех лесных почв есть общие свойства. Для большинства лесных почв
характерно особое распределение органического вещества и гумуса в
профиле почв.
Лесная подстилка
Во-первых, для лесных почв характерен специфический
горизонт (образование) - подстилка. Некоторые исследователи
считают подстилку особым, самостоятельным телом. Но большинство
почвоведов выделяют подстилку как поверхностный горизонт почв.
Оба подхода имеют свое обоснование. Типичная подстилка состоит
из трех подгоризонтов. Самый верхний -свежий и прошлогодний опад
(в старых работах обозначают как А', в современных как 01, в
иностранных статьях -L). Состоит из хвои и листьев древесных
растений, сучьев, шишек. Легко отделяется от подстилающего слоя. В
тундровых и таежных почвах таким подстилающим слоем будет
ферментативный подгоризонт подстилки (А" - по старому
обозначению, 02 - в современных работах, F- в иностранных
работах). В серых лесных почвах, лесных почвах лесостепи, степей,
пустынь, пойм горизонт 01 подстилается минеральным горизонтом
А1 (в некоторых описаниях обозначается, как Н). В таких древостоях
подгоризонт 01 - эфемерный. Он почти исчезает, обычно, к августу
и образуется снова в августе - октябре.
В тундровых и таежных почвах подгоризонт 02 образует
хорошо выделяемый слой мощностью больше 1см. Он представлен
трухой хвои, листьев, обломкам веток, шишек, копролитами червей и
других беспозвоночных животных. К горизонту примешена почва,
иногда составляющая от массы до 10%. Обычно этот подгоризонт
самый мощный в подстилке. Именно в нем часто распространены
-325-
корни разных растений (кислицы, проростков деревьев и
кустарников). Он в ряде случаев как бы «замещает» почву (при
избыточном увлажнении, при высокой мерзлоте).
Ниже подгоризонта 02 залегают подгоризонт 03 или
минеральные горизонты (А2, теперь обозначается как Е, А1). Он
представляет собой перегнившую массу, потерявшую всякую
исходную форму. Обычно черные коллоиды, объединенные в
агрегаты, включающие почву (минеральные частицы) до 35% от
массы почвы. Как правило, подгоризонт 03 подстилает горизонт А2
(Е) или АЕ. Иногда образуется горизонт АО, где гумусированного
минерального материала более 35 %
Подстилки (и гумус почв) в зависимости от выраженности
подгоризонтов относят к разным типам. При наличии лишь
подгоризонта 01 (подгоризонт 02 -встречается лишь фрагментарно)
- подстилка - мулевая (типа муль).
Если подстилка состоит из 01 и 02, а 03 отсутствует или
встречается фрагментарно, то подстилку относят к типу модер.
В случае присутствия всех трех подгоризонтов, подстилка-
классифицируются как мор.
Как уже указывалось выше, подстилка может быть оторфована
(во влажных условиях), сухоторфянистая (в условиях сухих при
замедленном разложении опада), но это уже другая характеристика
подстилок.
Подстилка в лесу распределена неоднородно. Наибольший слой
она образует около стволов ели. Под кроной ели запасы подстилки
наименьшие. На границе кроны запасы подстилки вновь
увеличиваются. Под лиственными породами подстилка залегает более
равномерно в пределах зоны влияния дерева. Но всегда, во всех типах
леса в окнах запасы подстилки заметно меньше, чем под деревьями.
В тундре, северной тайге и средней тайге запасы подстилки
насчитывают более 20 т/га. В южной тайге запасы ниже 6-20 т/га. В
других более южных лесах, где формируется мулевая подстилка, ее
запасы -4-6 т/га и меньше. О скорости разложения подстилки и
опада можно судить по отношению опада к подстилке (опадо-
подстилочный коэффициент). Его величина показывает характер
накопления подстилки, долю разлагающегося ежегодно опада.
Часто в лесных почвах формируются особые горизонты. Это -
аналог дернины почв травяных биогеоценозов. Минеральный
субстрат и подстилка пронизаны и скреплены конями кустарничков
(черника, брусника, голубика, карликовые ива и береза). Образуется
слой, напоминающий дернину.
Роль ветровалов в развитии биогеоценотического покрова.
-326-
Смена поколений деревьев в естественном лесу происходит в
результате ветровала (вывал деревьев с комом земли) или стволы
ломаются, падая на землю, образуя высокие пни («остолопы»).
Вывалы могут быть единичными и групповыми (сплошными).
Единичные ветровалы приводят к формированию
специфического микрорельефа: сочетания западины и бугра. В
горных условиях образуется выровненная площадка. В понижении
(западинке) формируется часто переувлажненная почва, в результате
стока воды. На бугре образуется сразу зональная почва (подзолистая,
бурая). Единичный вывал приводит к разновозрастности леса,
обновлению популяций ввдов растений напочвенного покрова,
формированию новых парцелл в пределах типа леса. При этом,
почвенный покров в данном типе леса изменяется локально,
образуется почвенно-ветровальный комплекс (ПВК),
представляющий собой специфическое сочетание рельефных
элементов и развитых на них почв. Локальность изменений приводит
к тому, что даже сначала заболоченная западина вывала постепенно
обсыхает и становится в условиях достаточно хорошего дренажа
почвой, соответствующей данной парцелле. Единичные вывалы лишь
в редких случаях могут стимулировать заболачивание БГЦ.
Несколько иначе обстоит дело с массовыми ветровалами,
которые обычно связаны со случайными природными катастрофами
(ураганы, смерчи и т.п.). В этом случае происходит изменение всей
площади БГЦ. Формируется своеобразный рельеф, в котором
сочетаются западины и бугры с небольшими участками
ненарушенной или слабо нарушенной почвы. Таким образом
почвенный покров сразу будет представлен тремя группами почв:
ненарушенными, сохранившими свой габитус, скальпированными в
понижениях и насыпных, анормальных, на буграх. Дальнейшая
судьба этих нарушенных БГЦ определяется рядом факторов :
насколько сохранился подрост и часть древостоя, его видовой состав;
погодные условия года вывала и последующих 2-3 лет: дождливый,
сухой или нормального увлажнения.
В зависимости от условий возможны различные варианты
восстановления лесного БГЦ.
Если сохранился подрост ведущей древесной породы, то
вероятнее всего восстановление исходного типа леса.
Если подроста мало, то участок может быстро заселиться
лиственными породами и на месте ельника сформируется
мелколиственный лес с включением ели, который лишь во втором
поколении станет зональным ельником. Влажный год
-327-
может привести к заболачиванию участка, в результате чего
сменится тип леса. Но возможно и формирование болота особенно на
полугидроморфных почвах.
В условиях хорошего дренажа и без переувлажнения на участке
массового вывала может сформироваться дерново-подзолистая
почвы, с четко выраженным горизонтом Ад. При зарастании лесом
эта почва постепенно перейдет в подзолистую. Но вполне вероятен
сравнительно длительный период сохранения луговой стадии
сукцессии. Участки массового ветровала отличаются пестротой
почвенного покрова на ранних стадиях, но через 200 лет
восстанавливается почвенный покров и его обычная структура
характерные для данных типов леса. Сохраняется лишь сложный
микрорельеф участка. В профиле почв можно увидеть остатки
нарушений почвенной массы, следы педотурбаций. С
биогеоценотической точки зрения, включая продуктивность почв и
биологическое разнообразие, ветровал можно оценить как
положительное явление, приводящее к увеличению экологических
ниш в лесу, обновлению популяций разных видов растений, более
широкому участию животных в жизни БГЦ. При этом в верхние слои
почвы могут поступать такие вещества, как кальций, калий, частично
фосфор из более тяжелых по гранулометрическому составу
иллювиальных горизонтов, что повышает продуктивность почвы.
Массовый ветровал неприятен в основном с лесохозяйственной точки
зрения, но в естественных лесах эта проблема не стоит.
Независимо от сукцессионного ряда, в конечном итоге на
участке формируются комплексы дерново-подзолистых и
подзолистых почв в условиях нормального увлажнения и подзолисто-
глеевых и торфяно-подзолистых в условиях избыточного
увлажнения.
Приводим несколько сукцессионных схем при массовых
ветровалах.
1. Исходный лес -ветровал- луговина- мелколиственный лес -
ельник.
2. Исходный лес - ветровал - луговина - смешанный ельник -
ельник
3. Исходный лес - ветровал - заболоченный БГЦ - ельник
4. Исходный лес -ветровал - заболоченный БГЦ-
мелколиственный лес - ельник.
В ряде случаев возможно появление в ряду бореальных
ельников - неморальных как временной сукцессионной стадии.
Соответственно, почвенный покров будет изменяться по следующим
схемам.
-328-
Подзолистые почвы - комплекс подзолистых, дерново-
подзолистых и торфянисто-подзолистых почв - комплекс дерново-
подзолистых и подзолистых почв - подзолистые почвы. Развитие
почвенного покрова может задержаться на любой стадии, а на стадии
комплекса подзолистых, дерново-подзолистых и торфянисто¬
подзолистых почв могут формироваться торфяно-болотные почвы.
Влияние на почвы валежа
В столетних лесных БГЦ ежегодно отмирают стволы деревьев,
составляя 30-50% от общей поступающей органической массы
(Казимиров и др. 1973, 1978; Молчанов, 1971 Григорьев, 1980).
Наибольшие запасы мертвой древесины сосредоточены в
ненарушенных естественных лесах- до 12,8 м3/га, наименьшее-6,1
кбм/га - в эксплуатируемых лесах (Трейфельд, 2001, Krankina et al.,
2002).
Средние запасы валежа в отдельных регионах России, т/гв
(по данны у О. Krankina el а!.. 2002)
Рис.9.1. Карта запасов валежа (т/)П
Поступление лесного отпада может привести к изменению
режима и химизма, поступающих в минеральные горизонты почв
осадков, что в свою очередь должно найти отражение в свойствах
почв. Упавшие стволы деревьев (крупный древесный детрит, колоды,
валеж), участвуют в формировании биогенного микрорельефа, т.е.
-329-
способствуют дифференциации почвенного покрова в лесу
(Григорьев, 1980).
Крупный древесный детрит в этой структуре является началом
пищевой цепи огромного числа биологических видов-деструкторов
органического вещества мортмассы (Mattson et al. 1987). Существуют
данные, что на стволах разлагающихся деревьев могут
возобновляться в северной тайге ель (Декатов, 1936) и лиственница
(Кабанов, 1961). Возможной причиной этого явления может служить
достаточно равномерное увлажнение валежа и содержания в нем
необходимого минимума питательных веществ (Scott 1955, Harmon et
al 1986, Erickson etal. 1985).
Разложение валежа приводит к обогащению осадков
питательными и органическими веществами и к прямому включению
отпада в цикл углерода.
Валеж - постоянный компонент естественных лесов. Его
разложение зависит от условий и состояния упавшего дерева и длится
до 80-100 л. Разложение валежа сопровождается повышением
влагоемкости субстрата, созданием равномерного увлажнения в нем,
что делает валеж экологической нишей для мхов, кислицы.
Возобновления ели. Перегнивающее органическое вещество валежа
не увеличивает содержание гумуса. Напротив, изолируя поверхность
почвы от растений и опада, валеж уменьшает содержание гумуса под
ним (А.Ю.Радюкина).
Рис. 9.2 Снимки валежа разного возраста и разных пород
-330-
Таблица 9.1. Значение pH гор.АО у валежа и в 1 м от него
Образец
по
линии
ствола
pH
водный
pH
КС1
pH водный
пятой
вытяжки
Образец на
расстоянии
pH
водный
pH
КС1
pH водный
пятой
вытяжки
Среднее
К1
3,8
2,9
4
Среднее К1
3,9
2,9
4,1
Среднее
К2
4
3,3
4,3
Среднее К2
4,1
3,3
4,4
Среднее
КЗ
3,9
3,5
5
Среднее КЗ
4,2
3,4
4,8
Среднее
К4
4,1
3,2
4,2
Среднее К4
4,4
3,6
4,6
Среднее
К1-4
4
3,2
4,4
Среднее К1-
4
4,1
3,3
4,5
Отмечается различия в поведении обменной кислотности,
гидролитической кислотности и pH вблизи валежа. Обменная
кислотность уменьшается, что коррелирует с повышением pH вод. В
то же время гидролитическая кислотность почв увеличивается.
Увеличение гидролитической кислотности сопровождается
уменьшением содержания аморфных соединений железа (по Тамму).
Сфера действия валежа ограничивается полосой почвы,
непосредственно примыкающей к нему, шириною до 30-40 см. Но в
отдельных случаях отмечаются заметные различия между фоновыми
почвами и почвами в полосе до 90 см.
№
0,00
Собщ, %
5,00 10,00
15,00
20,00
Рис.9.3. Содержание С у валежа и на расстоянии 1 м
-331-
В сухие периоды давление почвенной воды ельниках южной
тайги не падает ниже 800 ГПа в верхних горизонтах (А1 и Al А2, или
А1Е). При этом почва - суховатаяй по классификации Н.А.
Качинского. В то же время субстрат валежин сыроват и даже сырой,
что хорошо отмечается электрическим зондированием.
В целом, влияние валежа на почву не очень большое по
масштабам, но заметное и его необходимо учитывать в
биогеоценологических исследованиях, при изучении биоразнообразия
в биогеоценозах, при прогнозировании поведения почв и экосистем
при изменении естественных связей в природных ландшафтах. Валеж
- это особая экологическая ниша в лесных БГЦ, которая обычна
занята комплексом растительных и животных организмов.
Различие физических и химических свойств почв под лесом и на
безлесных территориях
Выше уже говорилось, что в лесах, под деревьями почва имеет
меньшую плотность, большую водопроницаемость, чем под пашней и
лугом. Это связано с агрегирующей деятельностью леса на почву,
способностью лесных растений разрыхлять почву. Верхние
горизонты суглинистых почв под лесом обычно в среднем имеют
плотность ниже единицы, в то время, как на лугах, и особенно на
пашне плотность выше единицы и даже выше 1.1 -1.2
Химические свойства лесных почв также имеют свои
особенности. В гумидной зоне почвы под лесом содержат заметное
количество обменного иона алюминия. В то же время в таких же
почвах под лугом и пашней иона алюминия почти нет.
Для лесных почв характерно, что подвижные соединения азота
представлены ионом аммония, в то время, как в почвах пашни и луга
преобладают нитраты. Надо учесть, что растворы, проходящие во
время дождя сквозь полог леса, содержат значительное количество
органических веществ. Эти вещества обладают высокой
восстановительной способностью, что, возможно, определяет высокое
содержание соединений восстановленных форм азота и преобладания
иона алюминия в почвенном поглотительном комплексе.
В заключение можно отметить, что в лесо - луговой зоне
распространено множество почв, среди которых преобладают:
подбуры, подзолы, подзолистые, дерново - подзолистые, дерновые,
луговые, лугово - глеевые
торфянисто-глеевые, торфяники, перегнойно - глеевые,
аллювиальные, вулканические, дерново-карбонатные, литогенные,
дерново-таежные, (бурые лесные, серые лесные)
По международной классификации в лесной зоне
распространены альбелувисоли, андосоли, гистосоли, глеесоли,
-332-
камбисоли, регосоли, умбрисоли, флювиосоли.и по-разному влияют
на состояние леса, класс бонитета деревьев, побочные полезности.
Например, в южной тайге Тверской обл. классы бонитета для
почв разных групп существенно различаются (табл. 9.1.)
Таблица 9.1. Зависимость бонитета от почвы на примере южной тайги
(%).
почва
Класс бонитета
I
11 III
IV
V
Болотно-подзолистые
Торфяно-подзолистые грунтово-
глеевые
0
16
31
53
0
Торфянисто-подзолистые
поверхностно-глеевые
0
10
78
12
0
Торфянисто-подзолистые
поверхностноиллювиально
гумусовые грунтово-глееватые
0
9
69
22
0
Подзолистые
Подзолистые иллювиально
железистые
16
56
17
11
0
Оторфованные подзолистые
грунтово оглееные
16
52
28
4
0
Палевоподзолистые
37
41
19
3
0
Палевоподзолистые к.о.
29
61
10
0
0
Болотные
Торфяные верховые
0
0
0
9
91
Торфяные низинные
0
0
0
23
78
Торфяно-глеевые верховые
0
0
15
50
35
Торфяно-глеевые низинные
0
0
19
55
26
Дерново-подзолистые
Дерново-подзолистые г.о.
53
45
2
0
0
Дерново-палевоподзолистые к.о.
49
47
4
0
0
Дерново-палевоподзолистые
57
41
2
0
0
Слабодерновоподзолистые
поверхностно и грунтово
глееватые
26
61
13
0
0
буроземы
36
52
12
0
0
Перегнойно-грунтово-глеевые
22
50
28
0
0
Дерново-г.о.
19
58
23
0
0
-333-
Болотные почвы имеют самый низкий бонитет.(У и даже Va).
Самый высокий бонитет у дерново-подзолистых. Подзолистые, буроземы,
дерновые грунтово-оглеенные и перегнойно-грунтово-глеевые имеют
средние показатели класса бонитета.
Низинные болота обычно имеют несколько более высокий класс
бонитета, чем такие же почвы на верховом болоте.
Полученные данные четко свидетельствуют о важности таких
свойств почв, как содержание гумуса, степень оподзоленности и
особенностей оглеения (поверхностное, контактное, грунтовое). Слабое
грунтовое оглеение дерново-подзолистых почв не снижает их бонитет.
Следовательно, учет почвенного покрова позволяет прогнозировать
развитие деревьев в данном типе леса.
-334-
ГЛАВА 10. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ РОЛЬ ЛЕСА
Лес - важный элемент глобальной экосистемы - биосферы. Он -
хранитель генофонда, регулятор климата, перераспределитель воды
на суше, фильтр для атмосферы. Экологические функции леса весьма
многообразны. Лесные растения - начало трофической цепи, которой
объединен животный мир. Например, кедровые орешки - пища для
птиц, мелких млекопитающих (мышей, бурундука, белки), которые
сами - пища для хищников. Лесной мир объединяет самые разные
виды растений и животных в единую экосистему. Животные легко
вписываются в мир леса. Раскопки нор барсуков и лис показывает,
что возраст заложения их насчитывает до 6 тыс. лет (Л.Г. Динесман).
Можно сказать, что эти животные поселились в наших лесах и
построили свои норы задолго до постройки Рима и разрушения
Трои. Леса хорошо исполняли свои экологические функции: место
поселения организмов, сохранение генофонда, сохранение
почвенного покрова, инициатора трофической сети (цепи) и т.п.
Тропические леса, очевидно, были местом обитания предков
человека. Но этот предок стал человеком, когда он вышел из леса и
организовали свою жизнь в саваннах и степях. Богатый животный
мир саванн способствовал процветанию человека как вида и его
быстрой эволюции. В результате формирование человеческого
общества первоначально происходила не в лесах, а на безлесной
территории, но вблизи леса. Возможно, человек сначала жил в полосе
экотона между лесом и степью. Саванна - представляет собой яркий
пример такого экотона.
Человек находил пещеры в горах, рыл землянки, строил
шалаши. На этом этапе леса были лишь источником небольшого
количества пищи, строительных материалов и, возможно,
лекарственных растений.
Создание земледельческой культуры потребовало более
широкого использования деревьев и лес стал источником древесины
для многочисленных народов Земли. В то же время слабые племена
были оттеснены в леса, где они были вынуждены организовать свой
быт с учетом особенностей лесных экосистем (индейцы тропических
лесов Южной Америки, пигмеи Африки, палеоазиатские народы
Сибири). Они остались «охотничьими» народами, не имеющими
земледелия.
Продвижение земледелия на север привело к новому освоению
человеком лесов. Началась расчистка лесных земель под пашню.
Появилась подсечно-огневая система земледелия, когда лес
вырубался, остатки сжигались и на удобренной золой почве
-335-
выращивали сельскохозяйственные растения. После использования в
течение б-ти лет пашня снова забрасывалась в залежь и зарастала
лесом. Почти все леса центра России прошли эту стадию
использования. Лесные почвы Подмосковья и других лесных
регионов Европейской части страны хранят следы вспашки в почвах
самых старых лесов.
В результате стихийной, но экологически благотворной
деятельности русского крестьянина была создана Среднерусская
полоса со своими рощами, лугами, перелесками, пашнями. В основу
формирования лесов после рубок были положены естественные
процессы лесовозобновления. Только уже в XIX в. началось
специальное лесоразведение и лесовосстановление по образцам
немецкого лесоводства. В Западной Европе естественные леса,
фактически, отсутствуют, Их заменяют чистопородные
хозяйственные леса. Они, как правило, выполняют главную функцию
- источника древесины для промышленности. В XX веке эти леса
стали заселять оленями и охотничьей птицей - организация
полузаповеднииков, полуохотничьих хозяйств.
Вблизи городов леса стали главном местом отдыха людей,
местом постоянной рекреации. Многочисленные тропинки в таких
лесах создали своеобразную структуру почвенного и растительного
покрова. В частности, тропинки с уплотненной почвой образуют как
бы стенку, плохо проницаемую для корней деревьев. Получаются
ограниченные уплотненной почвой участки, названные Л.А.
Соколовым вазонами. В рекреационных лесах исчезают кустарники,
появляются сорные травы, деревья начинают болеть, в том числе
корневой губкой. Возникли новые социальные элементы городского
быта - лесопарки, которые широко используются людьми. Парки
требуют постоянного мониторинга, восстановления, ухода. При
устройстве парков необходимо использовать достижения
ландшафтной архитектуры.
Сейчас в Западной Европе началось движение за восстановление
естественных лесов. Аналогичное явление отмечается на Ближнем
востоке, где пытаются восстановить кедровые леса, которые
произрастали в горах 5-4 тыс. лет назад.
Установлено, что лес благотворно влияет на самочувствие
человека. Он источник множества полезностей (от ягод и грибов до
лекарственных растений). Леса и сейчас представляют собой
защитную полосу для города. Они фильтруют загрязненный воздух,
очищая его. Они преграда при нападении на город. Известно, что
одна из причин, спасшая Новгород в ХШв. от нашествия Батыя были
леса и болота, окружавшие его.
-336-
Леса участвовали в создании современной промышленной
цивилизации. Они служили сырьем для промышленности, в том числе
и топливом. Леса сохраняли и очищали воду рек, необходимую для
любого промышленного производства.
Лес и отдельные деревья - постоянный сюжет в живописи.
Леса - источник мифов, сюжетов для литературных
произведений, вдохновенных стихов многих поэтов.
Лес - в социальном отношении выступает как антипод
земледелия. Именно поэтому на леса идет неуклонное наступление.
Их вырубают, и там, где климат позволяет, используют для
земледелия. Площадь лесов неуклонно уменьшается. Если этот
процесс не остановить, то все вирусы и микроорганизмы тропических
лесов, имеющих там своих хозяев, станут искать экологическую нишу
в человеческом обществе. Возможно, что СПИД и птичий вирус - это
лишь провозвестники новой опасности: истребления природных
лесных экосистем со сложившимися биогеоценотическими связями.
Мир без лесов - явление не предсказуемое и последствия
вырубки лесов могут иметь самые неожиданные социальные
последствия.
Многие государство давно встали на путь непрерывного
пользования лесом. Богатство России лесом, как это ни странно,
ухудшает хозяйственную организацию лесного хозяйства в нашей
стране. Леса передаются в частные руки, в многолетнюю аренду, под
дачи и т.п.
Многолетняя система контроля за лесными ресурсами
разрушена в последнее время, в чем прямая вина новых
государственных органов.
Однако, есть надежда, что охрана лесов будет организована
вновь и займет надлежащее место в системе мониторинга природных
ресурсов страны.
-337-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на все социальные, экономические и политические
потрясения, XX в. вошел в историю нашего общества как век
высочайших достижений науки. И дело даже не в колоссальном
техническом прогрессе, а в том, что человек далеко продвинулся в
своем понимании строения и функционирования мира, в котором он
живет. Среди научных достижений XX века в XXI в. используют
теории строения атома, относительности, информации,
биогеоценологию, или учение о биосфере, генетику как основу
понимания эволюции живых организмов.
В учение о биосфере органически вписалось лесоведение, а
вместе с ним - лесное почвоведение. В XX в. достижения лесного
почвоведения также достаточно весомы.
1. Выделены основные типы почв, на которых развиваются
лесные экосистемы (леса), накоплен и обобщен громадный опыт по
облесению нелесных почв (степное лесоразведение).
2. Создано учение об экологическом соответствии растений и
почв.
3. Выявлена структура почвенного покрова в лесных
экосистемах.
4. Показана роль почвенной неоднородности в формировании
экологических ниш и биологического разнообразия. Оценены
экологические функции лесных почв.
5. Раскрыто влияние многих лесных пород на почвы.
6. Выявлены биогеохимические функции биогеоценозов (на
примере лесов, формирующихся на северном пределе
распространения).
7. Исследован режим питательных веществ в лесных почвах.
Можно утверждать, что лесные почвы являются не только
определяющее условие существования лесных биогеоценозов, но и
следствием их жизнедеятельности. Однако мы все еще не можем
ответить на вопрос, каким типам леса соответствуют те или иные
почвы. Например, широко распространено представление, что еловые
леса предпочитают почвы боле тяжелого гранулометрического
состава, чем сосновые. Однако в северной тайге ельники могут
произрастать и на песчаных почвах.
Казалось бы, сделано так много, что дальнейшее развитие
лесного почвоведения обречено на медленное уточнение деталей
общей картины. В то же время многие вопросы общего почвоведения
еще не решены.
-338-
Требуют решения самые разные проблемы общего
почвоведения: генезис многих почв, выявление почвенных процессов,
изучение массообмена, абиотический катализ в почвах, матрично¬
кластерная организация почв. Так, остается дискуссионным генезис
подзолистых, бурых лесных, серых (лесных), ферраллитных почв,
черноземов. Не выявлено прямых доказательств ряда процессов в
почвах (лессиваж, кислотное разрушение, ферраллитизация почв и
др.). Сформулировано учение о почвенной матрице и кластерах, но
пока еще не достигнута ясность не только в строении почвенной
матрицы, но даже в строении гумусовых кислот, образующих
органическую матрицу и участвующих в формировании органо¬
минеральной матрицы. В настоящее время большое внимание
уделяется водорастворимым органическим комплексам в почвах, их
передвижению, но вопрос иллювиального вмывания органического
вещества в нижние слои почв остается не решенным. Не
расшифрованы процессы формирования почвенных агрегатов, хотя
установлено, что именно характер агрегированное™ и формы
агрегатов часто служат наиболее диагностическими признаками
почвы, и именно они отличают почву от почвообразующей породы.
Выявлены активные центры (кластеры) почвенной матрицы
(поверхностного слоя почвенных первичных частиц), но характер
компартментации, которую они определяют, пока не установлен. Эти
и другие проблемы необходимо решать на целинных почвах. Но как
показывает состояние почвенного покрова нашей планеты, наименее
нарушены сейчас именно лесные почвы. В них в наибольшей степени
сохранились естественные процессы и строение этих почв наиболее
близко к природным типам почв.
Исследования, проведенные в XX в., показали, что во многих
населенных регионах леса произрастают на почвах, бывших некогда
сельскохозяйственными угодьями. Это ставит двойную задачу перед
лесными почвоведами: во-первых, оценить влияние этой обработки
на существующие леса, во-вторых, установить диагностические
признаки почв, позволяющие оценить продолжительность их
использования в сельском хозяйстве, и продолжительность
восстановительного лесного периода, приводящего к регенерации
почв. Именно оценка этих свойств может помочь в доказательствах
существования тех или иных процессов.
Полоса лесостепи стала колыбелью российской
государственности. Сначала Киевские черноземы и серые лесные
почвы, а после серые лесные почвы Владимирского ополья
послужили верой и правдой русскому земледельцу. Начиная с X в.
новгородцы и другие русские люди продвигались на север и восток в
-339-
пределах таежной зоны Степи стали осваиваться в России лишь в
XIX-XX вв. Представляется очевидной роль лесов и лесных почв в
развитии производительных сил России и собственно русской
государственности.
Одним из основных факторов, качественно нарушающих лесной
растительный покров, следует считать рубки леса. Рубка
предполагает изъятие деревьев - эдификаторов растительных
сообществ. Тем самым качественно изменяются условия
произрастания оставшихся растений и сообществу необходимо
значительное время для возобновления древесной растительности и
восстановления условий их произрастания. Другая важная, сугубо
лесная проблема - выяснение, как изменялись и изменяются свойства
почв в местах массовых заготовок леса в 30-90 годах XX в. В
настоящее время идет процесс интенсивного восстановления
вырубленных ранее лесов. Поэтому актуально изучение изменений
почв в этих лесах. С этим связан вопрос сохранения биоразнообразия
в лесо-луговой зоне. Не менее важна проблема накопления гумуса в
почве и роль в этом процессе опада, подстилки, корней. До сих пор
влияние этих компонентов экосистемы не расчленено. Важным
направлением можно считать исследование лесных органогенных
горизонтов и их роли в формировании лесных экосистем. Оно
примыкает к проблеме почвенного (в том числе лесного) гумуса.
Лесные почвы позволили оценить роль педотурбаций
(перемещения почвенного материала) в формировании почвенного
покрова. Это направление необходимо углубить и уточнить
датировку изменений почв при ветровальных педотурбациях. Почти
не изучено влияние валежа на почвы, а в естественных лесах и на
лесосеках валеж занимает значительную часть площади почв, и,
безусловно, изменяет свойства верхних почвенных горизонтов.
Возрастет роль лесных почв как хранителя генофонда
микроорганизмов, педофауны, растений.
Новым направлением может стать изучение аллелопатических
отношений в лесах, которые очень широко распространены. Однако,
до сих пор механизм их не расшифрован. Лесные почвы - самый
подходящий объект для изучения этой проблемы. Именно с ними
связано такое явление в лесах, как «ведьмины кольца» (из грибов,
плаунов), главную роль в образовании которых, играет накопление в
почве токсичных для этих организмов веществ.
Важной практической задачей может стать исследование
почвенных условий для роста лесных лекарственных растений с
наиболее выраженным фармацевтическим эффектом. Это
направление пока совершенно не развивается, хотя единственный -
-340-
лауреат Нобелевской премии - почвовед С. Ваксман получил премию
за выделение антибиотика-стрептомицина из соответствующего
почвенного актиномицета. До сих пор естественные леса, включая и
лесные почвы, были хранителями массы микроорганизмов и вирусов.
При нарушении естественной структуры лесов и уничтожении ряда
живых компонентов, «хозяев» патогенных микроорганизмов, лес
может превратиться в источник организмов, патогенных для человека
и его домашних животных.
Также практически важной задачей можно считать
рекультивацию отвалов горных пород и реабилитацию нарушенных
почв с помощью лесных насаждений. Пока что эти объекты
рекультивировали в основном для сельскохозяйственного
производства.
Определение уровня обеспеченности тех или иных организмов и
сообществ элементами питания нуждается в решении трех главных
задач: 1) определение потребности организмов и сообществ; 2)
выявление возможностей почвы удовлетворить потребности
организмов и их сообществ; 3) оценка способностей организмов и их
сообществ использовать возможности окружающей среды для
удовлетворения собственных потребностей.
Для поддержания своего существования живое должно вносить
в среду потребный ему порядок, т. е. проецировать в круговорот
среды системные особенности собственного обмена веществ.
Способы удовлетворения потребностей растительного организмов и
сообществ, входящих в состав тех или иных биогеоценозов
(экосистем) и биосферы в целом, в элементах питания можно
определить, используя понятие «питательный режим». Это понятие
включает сочетание возможностей окружающей среды в
удовлетворении потребностей организмов и их сообществ в
элементах питания, и способности организмов и сообществ
использовать эти возможности, трансформируя среду обитания, и тем
самым создавая условия жизни.
Очень важными могут оказаться палеопочвенные исследования
в лесах на заброшенных норах барсуков, лисиц. Это направление
основали Л.Г. Динесман и Н.К. Киселева, и оно еще далеко не
исчерпано. Анализ многослойных отложений норников с помощью
радиоуглеродного метода, биолитов, спорово-пыльцевого анализа
может помочь воссозданию истории ландшафта.
В настоящее время естественные леса умеренного пояса
сохранились в России, Канаде и частично, в США. В остальных
странах они замещены искусственными лесами. Леса России
представляют собой глобальную ценность, поэтому инвентаризация
-341-
основных почв под этим лесами представляет важную задачу. В
какой-то мере эта задача решена, Почвенным институтом им. В.В.
Докучаева составлена почвенная карта миллионного масштаба на всю
территорию России. Выявлены основные почвы под разными типами
лесов и формаций, и на безлесных участках (табл. 10.1).
Таблица 10.1 Леса и лесные почвы разных природных зон
Растительная зона
лесные формации
почвы под лесом
почвы безлесных
участков
Тундра
карликовые
березняки
ивняки, ольховые и
кедровые сланики
подбуры,
торфянисто-глевые,
перегойно-глеевые
торфянисто-глеевые,
подбуры,
перегнойно-глеевые,
луговые
Тайга
Сосняки, ельники,
лиственничники
пихтарники, ольсы,
тополевники,
ивняки,
березняки, осинники
подбуры, подзолы,
дерново-
подзолистые, бурые
лесные, дерново-
лесные, охристые,
лесные подбелы
подбуры, подзолы,
луговые, луговые
подбелы, болотные,
дерново-
подзолистые ,
дерновые,
Смешанные леса
(Южная тайга)
дубо-ельники, липо-
ельники, березняки,
осинники, сложные
сосняки, липо-
пихгарники,
кедрачи с липой и
дубом
подзолистые,
дерново-
подзолистые, бурые
лесные, боровые,
охристые, болотные
дерново-
подзолистые,
дерновые, луговые,
болотные
Лиственные леса
Дубравы, липняки,
осинники,
березняки, букняки,
грабовники,сосняки
, ольсы,
тополевники,
ивняки
Серые лесные,
черноземы, бурые
лесные, коричневые,
аллювиальные
черноземы, луговые,
дерновые
Степь
дубравы, ольсы,
тополевники,
ивняки, березовые и
осиновые колки,
сосняки
серые лесные,
черноземы, бурые
лесные, боровые,
аллювиальные
черноземы, луговые,
дерновые
Сухая степь
дубняки, ивняки
лугово-каштановые,
луговые,
аллювиальные
каштановые, лугово¬
каштановые,
солонцы солоди,
солончаки,
аллювиальные
Пустыня
саксаульники,
тополевники
сероземы, лугово¬
сероземные,
аллювиальные
сероземы, серо¬
коричневые
-342-
Для лесных почв характерен специфический гидрологический
профиль, понятие о котором первым разработал Г.В. Еруков , а затем
А.Д. Воронин и др. (табл. 10.2)
Таблица 10.2 Гидрологические горизонты в самое сухое время
вегетационного периода в почвах разных зон в соответствующих
слоях
Зона
0-50
50-100
100-200
Тундра, С.
тайга
Промывной -
выпотной
мерзлота
мерзлота
Тайга
Промывной-
десуктивный
промывной-
десуктивный
промывной, -10 кПа
Лесостепь
десуктивный
десуктивный
десуктивный,-10... - 2500
кПа
степь
десуктивный-
эвапорационный-
конденсационный
эвапорационный-
десуктивный
эвапорационный, < -2500
кПа
Пустыня
эвапорационный
конденсационный
конденсационный-
эвапорационный
конденсационный,
временно, в утренние
часы >- 2500 кПа
Гидрологический профиль свидетельствует, что для роста леса
необходим доступный запас воды в слое 2-3 м. Тогда лес занимает
данную территорию и образует лесные почвы.
Одним из главных отличий лесных почв от нелесных можно
считать формирование специфических органогенных горизонтов
(табл. 10.3) и горизонтов, связанных с элювиально-иллювиальным
процессом.
Таблица 10.3. Типы органогенных и гумусовых горизонтов в лесах и в
нелесных экосистемах
Зона
тип органогенного горизонта
тип гумусового горизонта
лес
безлесье
лес
безлесье
Тундра
01...03,0т,Т,
Акк
От, Т, Ад
Bh, А1А2,
Al, Bh
Тайга
01...03,0т,Т,
Акк
Т, Ад, 01
А1А2, Bh, Al
Al, A1A2, AB
Лесостепь
01, Ад
Ад, 01 тр
Al, A1A2, АВ
Al, AB
Степь
01, Ад
Ад
Al, АВ
Al. AB
Пустыня
Ol
Ад
Al
Al
Леса - специфическая форма биосферы, обладающая важными
глобальными функциями. Леса регулируют углеродный и азотный
-343-
цикл и водный режим почв в биосфере. Они - хранилище
естественного генофонда планеты в связи с широкой распашкой и
использованием нелесных почв. Они представляют собой особую
форму организации биосферы.
Уровни организации биосферы и место в ней лесной биогеосферы
1. Биосфера
2. Биогеосфера Биогидросфера
3. Лесная травяная
4Леса: Тайга, Смешанные, Лесостепь, Тропические дождевые,
Мусонные, Саванны, Травяных зон.
5. Формации еловые, сосновые, лиственничные, дубовые,
березовые, осинные, тропические и др.
6. Типы леса.
7. Парцеллы.
8. Тессеры
Для лесов характерна специфичность в строении и жизни.
Например, леса сохраняют свои структуру и почвы в течение
десятков (сотен) лет. Для них характерна разновозрастность парцелл
и тессер. Лес первым обживает осыпи (курумы). Лес образует
ветровальные комплексы, приводящие к перемешиванию почв и их
последующей регенерации..
Очевидно, этим перечнем далеко не исчерпываются те общие
проблемы почвоведения вообще и лесного почвоведения в частности.
Но есть и собственно лесные проблемы такие, как связь разных
побочных полезностей (грибов, ягод, лекарственных растений) леса с
лесными почвами. Не решена до сих пор проблема зависимости
бонитета лесных насаждений от свойств почв, варьирование бонитета
в разных типах леса и в местообитаниях и роль в этом варьировании
свойств почв. Все эти вопросы стоят перед лесным почвоведением
XXI в. Решение их связано с сохранением естественной биосферы.
Новые задачи требуют подготовки специализированных кадров в
области лесного почвоведения, что сейчас становится основной
проблемой нашей страны.
-344-
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев Е.В. Об основных понятиях лесоводственной
типологии. Киев. 1927.
2. Березин Л.В., Карпачевский Л.О. Лесное почвоведение. Омск.
2009
3. Высоцкий Г.Н. Избранные труды
4. Бруков Г.В., Власкова Г.В. Гидротермический режим почв
сосновых лесов Карелии. Л. Наука, 1986.
5. Ефремов Д.Ф., Воронин А.Д., Карпачевский Л.О., Сапожников
А.П. Классификация водного режима почв и лесных
местообитаний. ПочвоведениеД»3,1986
6. Зонн С.В. Лес и почва. Изд-во АН СССР. М. 1954.
7. Карпачевский Л.О. Лес и почвы. Изд-во «Лесная
промышленность», М. 1981
8. Колесников Б.П. Генетический этап в лесной типологии и его
задачи. Лесоведение. 1974. №2. С. 3-20
9. Морозов Г.Ф.Учение о лесе.М. Лесная промышленность. 1970
10. Лукина Н.В., Полянская П.М., Орлова М.А. Питательный режим
почв северотаежных лесов. Наукаю Мк>2008.
11. Погребняк П.И. Основы лесной типологии. Кинв. Изд-во АН
УССР. 1955
12. Ремезов Н.П., Погребняк П.С. Лесное почвоведение
13. Роде А.А. Лесное почвоведение. Гослесбумиздат. М. 1956
14. Роде А.А., Смирнов Н.П. Лесное почвоведение. М.
15. Рысин Л.П. Лесная типология в СССР. М. Наук. 1982
16. Сукачев В.Н., Дылис Н.В. (ред.) Основы лесной
биогеоценологии. М. Наука. 1964.
17. Сукачев В.Н. Избранные труды. Наука 1972
18. Ebermeyer E.Die physikalishhen Einwirkungen des Waldes af Luft
und Boden. Aschaffenburg. Verlag . Von C.Krebs. 1873
19. Ramann E. Die Waldstreu/ Berlin. 1890
-345-