ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ПОЧВ
Почвы — один из основных компонентов природной
среды, и в их свойствах отражаются сложные взаимодействия литосферы с
биосферой. Они являются «убежищем» живого вещества, его местообитанием и
продуктом (Ковда, 1977). Почвенные процессы влияют на растительный
покров и фауну, формируют растительные ассоциации, образуют верхнюю
активную оболочку земного шара.
Почвы земного шара, столь разнообразные в настоящее время, не были
искони такими же. Появление почвенных зон и их дифференциация связаны с
направленным изменением климата Земли, с сокращением тропических широт,
с расширением умеренных и холодных поясов. Так, в палеозойскую и
мезозойскую эры зональность прослеживалась слабо. В карбоне существовало
два типа флор — вестфальская (умеренная) и гондванская (тропическая).
Известно, что только в меловую эпоху появились цветковые и
покрытосеменные растения, то есть началось формирование тех биоценозов,
которые несколько сближаются с природой современных зон. Северная
граница тропического пояса в меловую эпоху проходила на широте 50—55° на
северо-западе Европы. Положение природных зон могло меняться и в
зависимости от перемены положения полюсов (Страхов, 1960).
Можно считать, что общая тенденция развития почвенных зон заключается в
их дифференциации и усложнении. Процесс развития зон и формирование их в
геологические эпохи нарушаются и смещаются во времени и пространстве
такими глобальными явлениями, как оледенение, горообразование, морские
трансгрессии и континентальное обводнение.
Известно, что эти явления приводили к образованию ледниковых покровов и
приледниковых аккумуляций твердого стока с горных массивов,
пролювиальных толщ, аллювиальных наносов с остаточным засолением и
луговостью, то есть значительно влияли на структуру рельефа и на
характер материнских пород, на пере-
мещение продуктов древнего почвообразования. Надо также учитывать, что
эти процессы имели место в условиях весьма различных температур и
неодинакового количества атмосферных осадков.
Современные почвенные зоны сформировались в общих чертах в четвертичное
время. Однако на некоторых материках и территориях почвы существовали
уже в третичный период.
Какова же общая тенденция образования почвенного покрова и плодородия
почв на фоне крупнозональных общеземных процессов?
Плодородие почв не является каким-либо особым свойством, а есть
результат ряда свойств и многофакторных процессов, определяющих тот или
иной тип почв. Для того чтобы охарактеризовать связи между развитием
почвенного покрова и свойствами почв, рассмотрим основные направления
почвообразования в главных природных поясах Земли.
Наиболее древние зоны — тропические. По расчетам Ленефа и Обера (Leneuf,
Aubert, 1960; Leneuf, 1959), один метр коры выветривания почв в тропиках
образуется за 20 — 77 тыс. лет. Древность тропических и экваториальных
почв, однако, не говорит о стабильности там почвообразования. Для этих
зон как в геологическом, так и в историческом аспекте характерны крайняя
динамичность процесса почвообразования и острая борьба
противоположностей.
В этих зонах происходит щелочной гидролиз первичных минералов с быстрым
удалением оснований (Са, Mg, К), затем с освобождением ионных форм Si,
Fe, А1 при разрушении кристаллических решеток минералов. При этом железо
мигрирует в разных формах, в том числе в форме хелатов, а также
стабилизируется при фиксации на положительно заряженных глинах; оно
аккумулируется по профилю почв, выносится по склонам, образуя конкреции
и псевдопесчаную структуру почв. Кремнезем мигрирует интенсивнее, чем
алюминий, а при наличии свободных алюминия и кремнезема происходит
неосинтез ка-олинита. Профили почв в тропическом поясе достигают 10—20 м
мощности (Aubert, 1974).
Существенно отметить, что верхний гумусовый горизонт обогащается
основаниями, и главным образом калием, за счет лесной растительности,
которая «добывает» эти элементы питания из менее выветрелой части почвы.
Верхний горизонт часто эродируется, обнажая железистый горизонт В. При
более сильной эрозии на поверхность выходит каолинитовый глинистый
горизонт. Таким образом, почвообразующими породами в некоторых случаях
оказываются обнаженные почвенные горизонты.
Для большинства влажнотропических почв характерно накопление
каолинитовых глин, однако в экваториальных зонах, в условиях
максимального выветривания, каолинит почти не образуется, так как при
большом количестве осадков и при хорошем дренаже выносится весь Si; в
почвах накапливаются железо и остаточный гиббсит.
Освобожденные при влажнотропическом выветривании элементы мигрируют в
зависимости от их растворимости и характера рельефа. В депрессии
сносятся основания, кремнезем, на повышениях сохраняются устойчивые
продукты выветривания — железо, гиббсит, каолинит. Таковы глобальные
процессы почвообразования в экваториальном и влажном тропическом
климате.
В 50-е годы развернулись исследования по специфике биологической
продуктивности тропических лесов. В результате выяснилось, что процессу
разрушения может противопо-ставиться (самой природой) противоположный
процесс —- аккумуляция биомассы. Мощный экран тропических и
экваториальных лесов и саванн играет громадную роль в круговороте
веществ. Полевые и лабораторные исследования показали, что с опадом
вносятся основания, что крайне важное значение имеет минералогический
состав почв, а также эрозия, обновляющая рельеф, и выход на поверхность
первичных пород. Таким образом, интенсивная и, казалось бы,
отрицательная динамичность почвообразования компенсируется
противоположными процессами.
тормозящими разрушение почвенного покрова.
Как указывалось, экваториальные и влажнотропические зоны постепенно
сокращались с третичного периода. Это сокращение происходило в основном
вследствие климатических изменений и приводило к дифференциации
почвенных зон. Процесс дифференциации почвенных зон можно наблюдать к
северу и к югу от экватора. Здесь в сухих тропических зонах, окаймляющих
влажные, выветривание ослабевает, так как выпадает меньше осадков и
удлиняется сухой сезон (до 4—5 месяцев). В этих зонах развиваются
железистые тропические почвы под листопадными тропическими лесами, их
мощность значительно меньше (2,0—2,5 м). Во влажный сезон освобождается
железо, которое образует железистые коры. Кремнезем и алюминий
освобождаются, но кремнезем не выносится столь интенсивно, а связывается
с алюминием, образуя глины, как ка-олинитовые, так и иллитовые.
Последние формируются в менее кислой среде. Железистые почвы содержат
значительно больше невыветренных минералов. Согласно утверждению
французского ученого Мэньена (Maignien, 1964), тропические зоны, где по
сравнению с железистыми почвами еще более удлиняется сухой сезон (6—7
месяцев), являются областями формирования маломощных (50—100 см)
красно-бурых и бурых почв.
Таким образом, почвы описываемого пояса различаются по степени
выветрелости. Это почвы ферралит-ные, каолинитовые и железистые
(последние — переходные к сухим поясам). Общими свойствами почв
являются: кислая реакция, низкая емкость и ненасыщенность, фульватный,
слабо полимеризованный ( в верхних слоях ульминовый) гумус, небольшое
количество минеральных резервов; характерно также интенсивное накопление
каолинита на кислых породах и замедленное — на основных (поскольку на
основных породах недостаточно кремнезема для синтеза каолинитовых глин).
Судя по почвенным и картографическим данным, формирование черных
тропических почв и сопутству-ющих им красных и красно-бурых почв саванн,
описанных Мэньеном (Maignien, 1964) и португальским ученым Брамао (Вгашао,
1964), не обязательно происходит в результате выноса веществ в
депрессии, как это установлено для депрессии озера Чад. Наряду с этим в
сухих тропиках имеет место автоморфный сиаллитный процесс с образованием
и преобладанием глин типа иллита — монтмориллонита при определенном
сочетании температуры и влажности. Таковы черные почвы Индии, не
находящиеся под влиянием какого-либо стока, как в депрессии Чад. Черные
регуры на юге Индии сочетаются с красно-бурыми почвами саванн. В
красно-бурых почвах усиливается процесс оже-лезнения, а в средней части
профиля образуется текстурный горизонт В.
Все изложенное показывает, что выветривание и почвообразование во
влажных тропических зонах протекают крайне интенсивно, а в сухих
тропических зонах эти процессы ослабевают, приводя к .образованию менее
мощных и иного состава почв, однако отличающихся от почв более северных
широт. Почвы тропиков можно разделить на следующие главные зоны:
ферраллитных почв, железистых почв, красно-бурых и черных тропических
почв. Использование почв под разнообразные пищевые и технические
культуры производится дифференцированно со строгим учетом специфических
особенностей природы тропиков.
Со времени третичного периода происходило сокращение площадей
тропических почв, о чем говорят многочисленные находки каолинитовых и
латеритных почв в субтропиках и даже в холодных зонах (на Урале, в
Якутии, в Центральном Казахстане).
Субтропические зоны унаследовали от
тропических аллитные и главным образом каолинитовые продукты
выветривания, которые не являются плодородным субстратом и устойчивы при
выветривании. Широкий пояс субтропиков особенно полно развит на
Евразиатском материке, поэтому именно здесь отчетливо наблюдается
изменение режима увлажнения в пределах одного термического пояса.
Почвы субтропического пояса развиваются в условиях четырехсезон-
ного климата, причем в восточных областях (Азия, Америка) увлажнение
значительно больше, чем в западных. В субтропическом поясе развиты
влажные зоны с красноземами, красно-желтыми оподзоленными, бурыми
бескарбонатными почвами и сухие зоны с коричневыми почвами, вертисолями,
смолницами и сероземами. Для сухих зон характерно развитие процесса
слитизации (уплотнение в результате образования монтморил-лонитовых
глин) при отсутствии в общем солонцеватости. Засоление проявляется в
наиболее южных зонах.
Во влажной части субтропиков почвообразование протекает в кислой среде
под влиянием фульватного гумуса и быстро минерализующегося органического
вещества. Легкорастворимые соли и карбонаты отсутствуют.
Глинообразование значительное, почвы по преимуществу глинистые и
тяжелосуглинистые. В илистой фракции присутствуют каолинит, гал-луазит,
гетит и гиббсит.
В советской литературе подчеркивается связь этих почв с древними красно
цветными корами выветривания (Ковда, 1959; Полынов, 1934; Ромашкевич,
1974; Сабашвили, 1948; Фридланд, 1964).
Во влажных субтропиках СССР, Китая, Японии, Бирмы распространены
желтоземы, которые отличаются от красноземов цветом, характером
выветривания. Желтоземы менее выветрены, в составе глинных минералов
появляются гидрослюды и монтмориллониты. Мы обращаем внимание на то, что
по мощности профиля, отсутствию латеритообразных (в смысле кор) и по
сравнительно слабому выносу кремнезема и алюминия (их содержание в
профиле почв достигает 30—40% и реже падает до 15—20%) красноземы
выветриваются значительно слабее, чем почвы влажных тропиков.
Интенсивность их почвообразования и выветривания можно отчасти сравнить
с железистыми почвами редкостойных тропических лесов.
Однако в железистых почвах имеет место более интенсивный вынос железа с
образованием латеритных кор в депрессиях и по нижним частям склонов.
Характерно также присут-стзие значительных количеств каоли-нитовых глин.
В сухой части субтропиков легкорастворимые соли выносятся частично, а
карбонаты присутствуют во всех почвах, но в разных количествах.
Выветривание происходит в условиях нейтральной или щелочной среды, что
благоприятствует синтезу глин типа иллитов и монтмориллонитов. В связи с
этим емкость обмена в коричневых почвах достигает 25—45 мг-экв, а в
сероземах падает до 10—15 мг-экв по причине слабого выветривания.
Гумус уже не фульватный, как в красноземной зоне, а гуматный и более
полимеризованный (видимо, под влиянием чередования сухого и влажного
сезонов). В результате замедленного выветривания в почвах сохраняется
достаточное количество первичных минералов. Продукты выветривания —
карбонаты, органическое вещество, частично освобождающееся железо — не
выносятся за пределы профиля, как в тропиках.
Карбонаты образуют конкреции, или «кору», а железо выделяется в форме
пленок на минералах. Под влиянием смены сухого и влажного периодов
наблюдается ожелезнение почв (рубефикация), особенно четко заметное на
известняках. Миграция глин отсутствует или имеет узколокальную
приуроченность.
Характерной особенностью почв субтропического пояса является влияние
свойств, унаследованных от более влажных периодов (присутствие
каолинита, а также в большей степени железистых и карбонатных кор).
Образование древнегидрогенных карбонатных кор, широко распространенных в
северной субтропической части Африки, рассматривается как реликтовое
французскими учеными Рюэлланом (A. Ruellan, 1970) и Дюраном (J. Durand,
1954, 1963). Аналогичная точка зрения была высказана в СССР В. А. Ковдой
(1947, 1954).
Почвенный покров субтропического пояса весьма разнообразен, так как
интенсивность выветривания не настолько большая, чтобы сглаживалось
влияние пород. В средиземноморских областях широко распространены
известняки, что, с одной стороны, благоприятствует формиро-
ванию довольно плодородных почв типа рендзин, а с другой — усиливает
эрозию почв. В Средней Азии субтропические почвы формируются как на
лёссах, так и на коренных породах на юге. В Северной Америке, а также в
Иране, Китае на разных породах распространены сухие субтропические почвы
(коричневые) и более влажные (красноземы). Указанные субтропические
области являются территориями, где земледелие существует тысячи лет; это
сказывается на развитии эрозии почв и ухудшении ряда их свойств.
Субтропические почвы широко используются под пищевые и технические
культуры.
Суббореальный пояс охватывает главным
образом более молодые почвенные зоны, которые формировались в
послеледниковые эпохи или несколько ранее, в плиоцене. Молодость
почвенного покрова в некоторых частях этого пояса подтверждается и
луговым происхождением черноземов в СССР. Более древние почвы
наблюдаются на древних пенепле-нах — на Урале, в Центральном Казахстане
и в других районах. Таковы каштановые слитные карбонатные почвы
Целиноградской области', развитые на третичных глинах, в которых
обнаружены следы растительности саванн. В пределах черноземной и
каштановой зон обнаружены древние коры — остатки тропического
почвообразования.
Суббореальный пояс распространен в Северной Америке, Восточной
Европе, Центральной и Восточной Азии. В его пределах формируются
степные, полупустынные и пустынные почвы. Общей чертой почв этого пояса
являются изогумусовый профиль, гуматный гумус, слабое выветривание
минеральной части профиля почв. В степной зоне с наибольшей полнотой
развиваются дерновидные злаки (их развитие не наблюдается в тропиках и
менее значительно в субтропиках).
Общей тенденцией развития современного почвенного покрова степей
является накопление устойчивого гуматного гумуса на фоне достаточного
количества минеральных резервов. Этому на целине содействует степная
растительность. Взаимодействие минеральной и органической
частей приводит к образованию профиля почв
мощностью от 1,5 до 4 м, к образованию глин типа 2:1 и насыщенности
основаниями. Солена-копление появляется в более южных частях степной
зоны и бывает связано как с остаточным засолением, так и со слабой
дренированностью. Выветривание протекает в слабощелочной среде с
образованием сложных органо-минеральных комплексов, с накоплением
разновозрастного органического вещества, которое слабо мигрирует по
профилю и связано главным образом с основаниями, а не с железом.
Изменение материнских пород сравнительно слабое; дифференциация профиля
почв небольшая и усиливается лишь при развитии солонцеватости или при
миграции карбонатов. Для этих почв характерно образование глин типа
иллитов и монтмориллонитов.
Пустынные зоны занимают наибольшие площади в
Африке, Австралии, Центральной и Средней Азии, меньшие территории
пустынь находятся в Южной Америке. «Настоящие пустыни» зарубежных
авторов (true deserts) отличаются абиотично-стью и не ежегодным
выпадением осадков; таковы Сахара, Атакама и пустыни Аравийского
полуострова, где преобладает физическое выветривание пород и не
наблюдается характерных почвенных процессов. В пустынях с ежегодным,
хотя и малым, количеством осадков (около 100 мм) происходит
почвообразование со слабой интенсивностью (Средняя и отчасти Центральная
Азия, Южная Америка к югу от 40° ю. ш.). Сплошной почвенный покров часто
отсутствует. На поверхность выходят древние кристаллические породы,
мезозойские морские и вулканические породы. Широко распространены
перевеянные пески и древние аллювиальные наносы. Следы былого более
влажного периода сохраняются в виде обширных аллювиальных равнин, в виде
древнегидрогенных солевых отложений, а также в виде ископаемых почв.
Динамичность почвенных процессов наблюдается в двух аспектах:
аккумуляция и миграция солей в почвах и ландшафтах и взаимодействие
минеральной и органической частей поч-
вы. В результате в теплые и влажные периоды происходит слабое
гли-нообразование и пылеобразование, сопровождающиеся биогенным
накоплением карбонатов и небольшим накоплением гумуса. Формируются глины
типа гидрослюд, происходит обезвоживание железистых минералов, гипса.
Констатируется узкое отношение C/N и малая мощность почв (30—50 см).
Полноразвитые почвы образуются как на более древних поверхностях, так и
на аллювиальных породах; на плотных молодых породах образуются глинистые
коры того же состава.
Мелкозем, образующийся при пустынном выветривании, аккумулируется в
долинах и на аллювиальных равнинах, а также выносится из пустынь на
предгорьях, образуя толщи лёсса. Процессы лёссообразо-вания (водной и
эоловой природы) связаны с генезисом плодородных сероземов в СССР, на
севере Африки и почв хейлуту в Китае. Все почвы используются с
применением орошения, за исключением сравнительно небольших по площади
богарных территорий.
Почвенный покров в пределах бореального пояса
(так же как и в суббо-реальном поясе) дифференцирован на зоны и фации.
Здесь сформированы почвы под лесной таежной и болотной растительностью
на разнообразных породах. Возраст некоторых почв этого пояса исчисляется
в 5—10 тыс. лет. Основные почвы: подзолистые, кислые неоподзоленные (подбуры),
таежные мерзлотные, таежные оже-лезненные.
Интенсивность почвообразования в пределах бореального пояса довольно
значительная, с присутствием глин сиаллитного типа и с выветриванием до
формирования окислов Fe, А1. На интенсивность почвообразования оказывают
влияние значительная влажность, однако при меньших температурах, чем в
суббореальном поясе, и кислое ненасыщенное органическое вещество.
Сильное выветривание лимитируется промерзанием почв, которое помимо
чисто криогенных явлений создает в почвах гле-евый режим и залуженность.
При подзолистом процессе происходит выветривание первичных мине-ралов до
образования простых окислов (сходство с фераллитными почвами), но
неосинтеза глин не наблюдается (а для тропических лесных почв характерен
интенсивный неосинтез каолинита). Подобного неосинтеза в подзолистых
почвах не происходит, так как освободившиеся элементы, по Дюшофуру (Duchaufour,
1970), сразу образуют комплексы. Состав глин в подзолистых почвах иной:
это —
аградированные под влиянием агрессивных кислот хлориты, иллиты и их
деградированные производные — монтмориллониты. Каолинит образуется
медленно и его мало.
Почвенный покров субарктического и арктического
пояса дифференцируется на арктическую зону арктических почв и
субарктическую зону тундровых почв. В пределах последней выделяются
фации. В зоне Арктики растительный покров развит локально, прерываясь
выходами скальных пород, каменистых осыпей, ледяных покровов. Выветрива-
ние главным образом физическое — сильно развиты процессы вымораживания и
морозного выветривания (трещины, каменистые кольца, многоугольники,
сети, каменные ямы, потоки и т. п.). Характерно выветривание на месте (внутригоризонтное),
де-гидротация железистых соединений в условиях нейтральной или
слабощелочной среды. Основные почвы: арктические пустынные и арктические
типичные гумусовые с очень неравномерным по мощности гумусовым
горизонтом, с образованием гумусовых карманов под куртинами
растительности. Почвы, насыщенные основаниями, часто карбонатные и
засоленные, все крайне маломощные, в основном каменистые.
В субарктической зоне также сильно развиты морозные явления, что
приводит к образованию трещин, полигонов. Часто трещиноватость
осложняется выпучиванием, соли-флюкцией, термокарстом, оползнями. В
результате создается своеобразный микрорельеф, более дифференцированный,
чем в Арктике, в связи с большей влажностью грунтов и более мощным
деятельным слоем. Растительность отсутствует лишь на участках с сильной
ветровой коррозией и на выходах щебнистых пород. Основу
растительности составляют мхи (на повышениях — ксерофитные, в понижениях
— мезофитные), лишайники, осоки.
Основные почвы: аркто-тундровые и тундровые глеевые. Они характеризуются
близким залеганием льдистой многолетней мерзлоты, что приводит к
застойному переувлажнению и оглеению профиля, длительному пребыванию в
мерзлом состоянии, криогенному массо- и влагообмену, горизонтальному
надмерзлотному элю-виированию. Процессы выветривания минералов и
разложение растительных остатков замедленные; характерны тиксотропность,
накопление гидроокисей железа и алюминия. При разложении растительных
опадов в условиях краткого теплого периода, низких температур и
постоянного переувлажнения образуются в основном фульвокислоты, главным
образом прочно связанные с минеральными коллоидами и полуторными
окислами, что свидетельствует об их инертности по отношению к минералам.