 |
|
|
О жизни почв |
Русский чернозём и подзолистые почвы
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Докучаевское почвоведение началось с русского чернозема и "Русского чернозема".
В. В. Докучаев говорил, что чернозем стал для почвоведения тем же, чем стала лягушка для физиологии и кальцит для минералогии. Именно Докучаеву принадлежит выражение - царь почв. Поначалу многие темные почвы называли черноземом, потом же, с развитием почвоведения, стали выделать варианты черноземов: северные оподзоленные, обыкновенные, выщелоченные, мощные, тучные, южные, предкавказские и другие.
На самом деле разнообразие черноземных почв много больше. Слишком не похожи они друг на друга в разных регионах и ландшафтах. Здесь следует напомнить, что еще задолго до формулировки зональной концепции Докучаев увидел ландшафтные различия черноземов. Он выделил чернозем горовой (водораздельный), чернозем склоновый и чернозем долинный.
Сейчас, спустя столетие, такой триадный подход - водораздел, склон, долина - положен в основу почвенно-геоморфологических, ландшафтно-геохимических, геоботанических и землеустроительных работ. Единство этой триады обусловлено поверхностным и внутрипочвенным стоком веществ. Теперь докучаевско-полыновскую триаду называют заграничным словом "катена". Кстати сказать, сейчас в русское почвоведение проникло такое количество иностранных слов, что, читая некоторые работы, никогда не подумаешь, что почвоведение - русская наука.
Годы застоя нанесли немалый урон изучению наших почв. Ведь мы и сегодня не имеем монографических исследований почв Тульской, Калужской, Брянской, Владимирской, Рязанской и других областей Нечерноземного Центра. И это в регионе, где находятся ведущие почвенные учреждения страны - почвенные институты в Москве и в Пущино, Московский университет с факультетом почвоведения, Тимирязевская академия, Институт земельных ресурсов, несколько областных сельскохозяйственных станций, кафедр и других учреждений республиканского и союзного значения.
Продолжая разговор о черноземах, следует сказать, что его плодородие - это наследство, доставшееся нам с далеких, доисторических времен. Разные исследователи определяют возраст чернозема по-разному - в 5, 10, 20 тысяч лет. Для нас же с вами важно, что не при жизни человека и не его трудами создан чернозем. Уже до Докучаева существовало несколько гипотез происхождения чернозема - водная, болотная, морская, сухопутная и разные их варианты. Докучаев по итогам своих многолетних экспедиций увидел в черноземе сухопутно-наземное образование, возникшее в результате взаимодействия факторов почвообразования степной полосы России.
Чтобы прийти к этому выводу, Докучаев совершал тысячекилометровые экспедиции по просторам России. Делал он это по заданию Вольного экономического общества, которое было очень обеспокоено участившимися засухами в черноземной полосе России и снижением производительных сил этого края. Еще в середине XVIII века М. В. Ломоносов утверждал, что чернозем произошел "от согнития растительных и животных тел со временем". К сожалению, Докучаев узнал об этом слишком поздно, иначе, как он говорил, ему не пришлось бы совершать столько экспедиций, чтобы прийти к такому же выводу.
Итак, в чем богатство чернозема? В чем сила его плодородия?
Прежде всего в высоком содержании и благоприятном составе почвенного гумуса. Исходный карбонатный состав лессовидных пород обусловливает нейтральную реакцию почвы - рН 6,8- 7,4 и оптимальное содержание различных химических элементов. К этому следует добавить, что гумусовый горизонт имеет значительную мощность - в отдельных случаях до метра и более. Поскольку чернозем возник под травянистой растительностью, то возделывание человеком злаковых культур окупилось здесь сторицей. Не случайно Черноземье - основная зерновая житница страны.
Почти половину территории нашей страны занимают почвы, развившиеся под различными древесными породами: широколиственными (дуб, граб, бук, ясень, клен, липа), мелколиственными (береза, осина, рябина) и хвойными (ель, сосна, пихта, кедр, лиственница). Каждая группа пород отличается своим ритмом развития, характером и количеством опада листьев и хвои, характером распределения корневых систем, требованиями к условиям местообитания (влажность, механический состав почв, кислотность).
Немалое значение имеет способность растений приспосабливаться к высоким и низким температурам воздуха и почвы, длине светового дня и ко многому другому. В природе, где нет больших площадей, покрытых одним видом растений, всегда сосуществуют (как мы уже знаем) сообщества разных видов высших и низших растений, грибов, микроорганизмов и животных - биоценозы. Кроме больших деревьев, в сообщество входят травяной и моховой покровы. Продуктивность лесных биоценозов изменяется в очень широких пределах.
Наиболее низкая продуктивность и медленный рост растений характерны для мерзлотных местообитаний, а наиболее высокая продуктивность и быстрый рост - для южных широт, особенно для тропиков. Насыщенность тропических биоценозов различными видами растений настолько высока, что в одном лесу трудно найти несколько деревьев одного вида, тогда как в наших широтах часто встречается резкое преобладание одного вида деревьев (березовые рощи, дубравы, сосновые боры и т. д.).
Но вернемся к почвам. Под хвойными лесами чаще всего формируются дерново-подзолистые и подзолистые почвы. А под широколиственными - серые лесные почвы.
Подзолистые и дерново-подзолистые почвы имеют хорошо выраженный почвенный профиль, состоящий из нескольких контрастных горизонтов. Сверху, под покровом лесной подстилки в 1 - 3 сантиметра, располагается небольшой (3 - 7 сантиметров) дерновый горизонт со сравнительно густой сетью корневых систем растений, преимущественно травянистых, развивающихся под покровом древесных крон.
Речь идет о начальных этапах формирования леса, когда кроны не сомкнулись, и солнечные лучи проникают под полог леса. Содержание перегноя в дерновом горизонте дерново-подзолистых почв составляет 1-3 процента с преобладанием не гуминовых кислот, как в черноземе, а легкорастворимых фульвокислот. Ниже серовато-бурого дернового горизонта располагается осветленный белесоватый подзолистый горизонт различной мощности. Нижняя граница подзолистого горизонта неровная, языками и карманами переходящая в следующий красновато- бурый плотный горизонт.
Дерновому горизонту (перегнойно-аккумулятивному) придается индекс А1. Подзолистый горизонт (элювиальный с индексом А2) получил свое название не только из-за цвета (под золу), но и потому, что из него вынесено много веществ в нижний горизонт (индекс В), который приобрел за счет вмывания веществ сверху (в основном железистых соединений) красновато-бурый цвет и высокую плотность. Этот горизонт, называемый иллювиальным, или горизонтом вмывания, постепенно переходит в исходную материнскую породу.
В подзолистых почвах в отличие от дерново- подзолистых отсутствует дерновый горизонт, а подзолистый горизонт начинается сразу под лесной подстилкой. Следует добавить, что в нижней части подзолистого горизонта на границе с горизонтом В встречаются мелкие (2 - 3 миллиметра) железо-марганцевые конкреции (ортштейны), также возникающие при осаждении железистых и марганцовистых веществ из почвенного раствора.
Наиболее хорошо развитые профили подзолистых и дерново-подзолистых почв сформировались на широких просторах средней и южно-таежной подзон таежно-лесной зоны, то есть на большой территории нашего Нечерноземья. Еще раз напомним, что эти почвы формируются под хвойными и хвойно-лиственными лесами на различных моренных отложениях или покровных суглинках.
Подзолистые почвы встречаются не только в северных широтах, но и на юге. Так, вдоль Черноморского побережья от Сочи до Батуми широко распространены желтоземно-подзолистые и красноземно-подзолистые почвы, основные массивы которых используются для выращивания краснодарского и грузинского чая.
Исследованием подзолистых почв и процессов подзолообразования занималось много наших и зарубежных исследователей. Особенно много этот вопрос изучали советские ученые А. А. Роде и В. В. Пономарева.
Как же возникают подзолистые почвы
В общей форме подзолообразование сводится к воздействию на исходную породу кислых продуктов разложения лесной подстилки. Преимущественно хвойный лесной опад разлагается многообразной микрофлорой, среди которой преобладают низшие грибы, выделяющие в процессе жизнедеятельности кислые органические продукты.
Эти продукты взаимодействуют с исходным веществом материнской породы, давая целый спектр сложных биоорганических веществ. В основном это железо-органические соединения. Будучи легко растворимыми, эти вещества постепенно выносят из верхнего горизонта вниз сначала кальциевые, затем и железистые вещества, которые придавали породе желтоватый или красноватый оттенки. В результате промытый от железистых соединений горизонт приобретает белесоватую окраску, а в его составе начинает преобладать нерастворимый кремнезем как в кристаллической (кварц), так и в аморфной формах.
На некоторой глубине вынесенные вещества нейтрализуются и выпадают в осадок. Поэтому горизонт вмывания (иллювиальный горизонт В) приобретает красноватые оттенки и более тяжелый механический состав. Такая схема подзолообразования была дополнена В. М. Фридландом, обосновавшим существование еще одного частного механизма подзолообразования - иллимеризации, то есть процесса переноса вещества сверху вниз не только в виде растворов, но и в виде тонких коллоидных и илистых частиц.
Огромное разнообразие природных условий, количественное и качественное разнообразие взаимодействий факторов почвообразования приводит к формированию большого спектра почв подзолистого типа. Сюда можно отнести варианты почв с разной мощностью дернового или подзолистого горизонтов, с разной степенью выраженности процессов оглеения, различных вариаций почв по механическому составу и т. д. Но суть подзолообразовательного процесса остается, по мнению ученых, прежней - вынос почвенных веществ сверху вниз в результате воздействия кислых биоорганических растворов фульвокислотного ряда.
Дерново-подзолистые почвы доминируют среди почв подзолистого типа. Собственно подзолы занимают небольшие площади в зрелых (80 и более лет) чистых хвойных лесах, где из-за плотной сомкнутости крон уже нет травянистой растительности и дерновый процесс прекратился. Таких плотносомкнутых насаждений сейчас осталось мало. Первичные хвойные леса были вырублены, а на их месте поселились мелколиственные породы (в основном береза и осина). Подзолообразование под этими породами идет слабее, и потому наблюдаемые на пашнях и в лесу хорошо выраженные подзолистые горизонты следует рассматривать как реликтовые.
Попутно обратим внимание еще на один момент в подзолообразовании. По мере формирования уплотненный иллювиальный горизонт становится водоупором. Вода или почвенные растворы сквозь него уже не фильтруются, а застаиваются на нем, что обусловливает начало в нижней части подзолистого горизонта анаэробно-глеевых процессов. В основе глеевого процесса лежит перевод буроокрашенных окисленных железистых соединений в восстановленную форму, что также приводит к обесцвечиванию, точнее, отбеливанию почвенной массы.
Таким образом, при формировании подзолистых горизонтов почв начинает и прогрессирует со временем другой, встречный процесс контактного оглеения, в результате чего подзолистый горизонт принимает еще более светлую окраску. Это говорит о сложной природе дерново-подзолистых и подзолистых почв. И все же в почвоведении укрепился взгляд на подзолообразование как на процесс выноса веществ с фильтрующимися растворами.
Предложим читателю еще один взгляд на процесс подзолообразования. Основной подзолообразователь в таежной зоне - ель - имеет поверхностную корневую систему, в основном сосредоточенную в верхнем полуметре почвы, а чаще всего в верхних 30 сантиметрах. Другая, не менее широко распространенная древесная порода - дуб - имеет корневую систему, уходящую в почву до двух и более метров. Кстати, из-за этого при ветровале ель чаще вываливается, чем дуб, своими корнями закрепленный за большую толщу почвы и породы. Одинокая ель - не жилец на голом месте.
Но сейчас речь не только об этом. Ученые провели большие исследования биомассы и зольного состава ряда древесных пород, включая корни, стволы, разные по размеру ветви, хвою и листья. Особенностью работы было исследование этих показателей по возрастному ряду, то есть у одних и тех же деревьев разного возраста. Оказалось, что в древесной массе спелых насаждений содержание различных элементов в весовом отношении соизмеримо с их содержанием в исходной материнской породе. Это наводит на мысль, что подзолистые горизонты почв возникают не только и не столько за счет промывки их растворами, сколько за счет отсасывания их корневой и надземной биомассой растения. Поскольку корневая система ели поверхностна и охватывает небольшой слой почвы, то это приводит к возникновению с годами более яркого подзолистого горизонта.
Дуб еще больше отсасывает веществ из почвы, и, казалось бы, выраженность подзолистых горизонтов в дубравах должна быть еще четче. Но поскольку его корневая система охватывает большую по объему толщу почв и породы, то эффект биогенного подзолообразования не приводит к формированию яркого подзолистого горизонта. Однако основной показатель подзолообразования - наличие белесой аморфной кремнекислоты в виде "кремнеземистой присыпки" характерен для всей корнеобитаемой толщи под дубом, причем с явной приуроченностью к живым или отмершим корням дуба.
Таким образом, исходное почвенное богатство зольных элементов оказывается со временем не в земле, а над головой. В природе рано или поздно все это возвращается в почву и вливается в общий поток эволюционного развития почв и биоценозов. Такой процесс изменения состава и строения почв ведет к естественной смене растительных сообществ, к так называемому сукцессионному процессу.
Когда же человек вырубил первичные леса и под видом деловой или дровяной древесины вывез из леса огромные массы зольных элементов, он не только прервал природный процесс почвообразования, но и оставил свои пашни с бедными белесыми подзолами, что, конечно же, не могло не иметь и огромного биосферного значения.
Взгляд на подзолообразование как на биосферно-антропогенный процесс позволяет по-новому осмыслить причины низкого плодородия почв Нечерноземной зоны.
Как видите, наши недавние предки оставили нам в наследство малоплодородные, а местами бесплодные просторы, на которых мы сейчас разворачиваем грандиозную программу уже не лесного, а сельскохозяйственного освоения. Такова новейшая история почвообразования в лесной зоне.
Есть еще один ракурс рассмотрения этого явления. Принято считать, что почвенная карта - документ вечный, так как почвы развиваются медленно. Оказалось, что это не так. По мере роста деревьев почва испытывает сильные изменения в своем составе, и потому почвы под разновозрастными насаждениями однотипного состава будут разными, а следовательно, почвенные карты необходимо составлять через определенные промежутки времени по единой методике, чтобы понять направление и темпы изменения почв.
Изучение зольного состава древесных пород проводилось давно, но особенный импульс этим работам дали исследования профессора Московского университета Н. П. Ремезова, который в 40-х - 50-х годах со своими сотрудниками провел монографическое изучение баланса зольных элементов и азота в системе "почва - растение". Не очень точно он называл это биологическим круговоротом веществ.
Работы профессора Н. П. Ремезова и его школы - замечательный вклад университетского почвоведения в познание биогеохимии элементов в почвах и биосфере.
|
|
К содержанию книги: О чем говорят и молчат почвы
|
Последние добавления:
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков