почвоведение и земельные ресурсы

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Полоцкий государственный университет»
Н. В. Клебанович
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
И ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ
Курс лекций
для студентов специальности 1-31 02 01-03
«География (геоинформационные системы)»
Новополоцк
ПГУ
2012
1
УДК 630*114(075.8)
ББК 40.3я73
К48
Рекомендовано к изданию советом геодезического факультета
в качестве учебно-методического комплекса (протокол № 6 от 24.06.2011)
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
д-р с.-х. наук, доц., ведущий науч. сотрудник
РНДУП «Институт почвоведения и агрохимии» Ю. В. ПУТЯТИН;
канд. с.-х. наук, доц. каф. агрохимии, почвоведения и с.-х. экологии
УО «Гродненский государственный аграрный университет» В. Н. АЛЕКСЕЕВ
Клебанович, Н. В.
К48
Почвоведение и земельные ресурсы : курс лекций для студентов
специальности 1-31 02 01-03 «География (геоинформационные системы)» /
Н. В. Клебанович. – Новополоцк : ПГУ, 2012. – 340 с., [12] с. цв. ил.
ISBN 978-985-531-316-9.
Изложены современные взгляды на особенности влияния различных факторов на формирование почв, рассмотрены основные процессы почвообразования,
особенности минералогического, химического, гранулометрического состава различных почв. Подробно раскрыты особенности развития факторов почвообразования на территории Беларуси, описаны типы почв и дана характеристика
их свойств, проанализировано состояние земельных ресурсов Беларуси и характеристика почвенного плодородия.
Предназначен для студентов геодезического факультета.
УДК 630*114(075.8)
ББК 40.3я73
© Клебанович Н. В., 2012
© УО «Полоцкий государственный
университет», 2012
ISBN 978-985-531-316-9
2
ВВЕДЕНИЕ
Почвоведение занимает важное место в географическом образовании и особенно в подготовке специалистов по геоинформационным технологиям, так как
они работают с землей, с ее пространственными характеристиками. Важнейшей
качественной характеристикой земли является почва, так как именно она определяет плодородие, то есть способность обеспечивать культурные растения всеми
необходимыми им факторами, а людей – продовольствием. Несмотря на относительную молодость – как наука почвоведение существует с момента выхода
в свет монографии В. В. Докучаева «Русский чернозем» (1883), – оно заняло
важную нишу в подготовке специалистов в области природопользования. Неслучайно этот предмет изучается на первом курсе, так как он дает фундаментальную основу для изучения большого числа дисциплин земельно-информационной
и физико-географической направленности.
Почва образует на земле свою особую оболочку – педосферу, которая является
такой же неотъемлемой частью географической оболочки нашей планеты, как
атмосфера, гидросфера, биосфера или литосфера. Именно в почве как нигде
более смыкаются все другие сферы, взаимодействуя между собой и определяя
природный облик территории, что прямо вытекает из известного тезиса «почва –
зеркало ландшафта».
В данном пособии изложены современные представления о почве в рамках
классической парадигмы науки: факторы почвообразования – почвообразовательные процессы – свойства почв. Сравнительно большое внимание уделено
гидрофизике почв, что очень важно для Беларуси, где доминируют переувлажненные почвы, и меньшее – вопросам улучшения почв. От других литературных
источников данное учебное пособие отличает соответствие учебной программе
подготовки ГИС-специалистов, земельно-ресурсная направленность, рассмотрение почвенного покрова суши в рамках международной классификации WRB
с многочисленными иллюстрациями морфологического облика отдельных почв.
Важное место в курсе лекций занимают почвы Беларуси, с которыми большинству будущих специалистов придется непосредственно работать, применяя
полученные знания и умения на практике. Почвы Беларуси изучены далеко
не полностью, но к настоящему времени выявлены основные закономерности
формирования почвенного покрова, разработаны классификационные подходы,
изучены основные свойства, приемы улучшения почв, созданы почвенные карты
сельскохозяйственных и лесных земель, что нашло отражение в существенном
росте урожаев сельскохозяйственных культур за последние полвека – период
активного изучения почвы и воздействия на нее.
Данный курс лекций обобщает многолетний опыт преподавания дисциплины «Почвоведение и земельные ресурсы» на географическом факультете БГУ.
3
ЛЕКЦИЯ 1. ПОЧВА И ПЕДОСФЕРА
1.1. Почвоведение как наука
Почвоведение – наука о почве, ее происхождении, развитии, строении, составе
и свойствах, закономерностях распространения на земном шаре, формирования
плодородия и способах рационального использования почвенного плодородия.
Для студентов специальности «география (геоинформационные системы)»,
чьим основным направлением деятельности является информационное обеспечение рационального использования природных ресурсов, особое значение имеет
почва как важный ресурс в жизнедеятельности человека, поэтому данный курс
назван «почвоведение и земельные ресурсы».
Генетическое почвоведение – наука, положившая начало изучению взаимосвязей между составными частями природы и таким наукам, как ландшафтоведение. Формирование любых почв – яркий пример взаимодействия компонентов
природной среды.
Почва образуется на поверхности Земли в той части биосферы, где смыкаются и проникают друг в друга литосфера, атмосфера и гидросфера и где плотность живого вещества планеты особенно велика. Поэтому почва представляет
собой биокосную систему, в которой роль живого вещества особенно велика.
В. И. Вернадский показал, что в этой оболочке все процессы носят в той или иной
степени биогеохимический характер. Захватывая энергию Солнца, живые вещества
создают химические соединения, при распаде которых энергия высвобождается
в форме, которая может производить химическую работу. Вследствие биокосной
природы в почве непрерывно идут процессы обновления и трансформации энергии.
В биокосной природе и высокой энергетической активности почв лежит причина
плодородия, т. е. способности производить урожай культурных растений.
Почва образуется в ходе почвообразовательного процесса – совокупности
явлений превращения и перемещения веществ и энергии под влиянием Солнца
в поверхностном слое горных пород при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада с минеральными соединениями горных пород, воды и воздуха.
Существует много определений почвы, приведем две наиболее известных.
Почва – естественно-историческое органо-минеральное биокосное тело, сформировавшееся в особых условиях климата и рельефа под влиянием живых и
мертвых организмов в гравитационном поле Земли, обладающее плодородием.
Или: почва – обладающая плодородием сложная полифункциональная многофазная поликомпонентная открытая структурная система в поверхностном слое
коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной
породы, организмов, климата, рельефа и времени.
Особо следует подчеркнуть биокосность почвы как переходного звена из мира
живой в мир неживой природы. Между почвой и живыми организмами существует
явная аналогия: есть рождение и смерть, есть онтогенез (развитие определенного
индивида) и филогенез (развите почвенного покрова какой-то зоны в целом).
4
Почва – сложная открытая динамическая система, представляющая собой
одновременно и результат взаимодействия факторов почвообразования, и ту
среду, в которой этот процесс осуществляется в настоящее время. Циклы возобновления главных почвообразователей различны: от нескольких часов (газообмен и влагообмен) до десятков тысяч лет (образование почвообразующих пород). Поток материальных частиц связывает компоненты ландшафта в единое
целое, и ключевую роль здесь играет почва: через нее проходит миграционный
поток элементов, она отражает материальный состав других компонентов и является вещественным выражением их геохимической связи. Почва является подсистемой в более сложной системе – биогеоценозе (по В. Н. Сукачеву) или элементарном ландшафте (по Б. Б. Полынову – основателю геохимии ландшафтов).
Почва образует особую геосферу на земле – педосферу, или почвенный
покров Земли, являясь одновременно важным компонентом биосферы, и выполняет ряд важных функций (табл. 1.1).
Таблица 1.1 – Глобальные функции почв (педосферы)
Сферы влияния
Литосфера
Гидросфера
Атмосфера
Биосфера в целом
Функции
Биохимическое преобразование верхних слоев
Источник веществ для образования минералов, пород, полезных ископаемых
Передача аккумулированной солнечной энергии в глубокие
слои литосферы
Защита литосферы от эрозии и условие ее нормального развития
Трансформация поверхностных вод в грунтовые
Участие в формировании речного стока
Фактор биопродуктивности водоемов за счет привносимых
соединений
Сорбционный барьер акваторий, защищающий от загрязнения
Поглощение и отражение солнечной радиации
Регулирование влагооборота атмосферы
Источник твердого вещества и микроорганизмов в атмосфере
Поглощение и удержание некоторых газов от ухода в космос
Регулирование газового режима атмосферы
Среда обитания; аккумулятор и источник веществ и энергии
для организмов суши
Связующее звено биологического и геологического круговоротов
Защитный барьер и условие нормального функционирования
биосферы
Фактор биологической эволюции
Сохранение педосферы как основы жизни человечества
Главные глобальные функции почвы:
1. Обеспечение жизни на Земле. Почва – следствие жизни и условие ее
существования.
2. Почва – важный фактор обеспечения взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности.
5
3. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.
4. Регулирование биосферных процессов.
5. Аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним энергии.
Многочисленные функции почв в наземных экосистемах (биосферные)
можно подразделить на физические (жизненное пространство, механическая
опора, аккумуляция влаги, защитная экологическая ниша, депо семян и эмбрионов), химические (аккумуляция биофильных элементов и ферментов, накопление энергии, деструкция и минерализация органических остатков, ресинтез органических и минеральных веществ), физико-химические (сорбция веществ и микроорганизмов), биологические (среда обитания организмов, биологическая продуктивность), регуляторно-информационные (регуляция структуры экосистем, сигнализация изменения состояния экосистем, запись и хранение показателей истории – «почва – память»).
Почвоведение существует немногим более 100 лет, но за это время превратилось в мощную отрасль естествознания. Теоретической основой науки является
последовательный историзм, генетический подход к анализу почвенных явлений и
рассмотрение их в тесной взаимосвязи с другими компонентами природной среды.
В системе естественных наук почвоведение тесно связано с физикой, химией,
биологией, геологией, географией и частично опирается на разработанные ими
фундаментальные законы и методы исследования. Почвоведение как всякая настоящая наука имеет свой предмет исследований – почву – и свои методы исследований, особенно сравнительно-генетический, профильный, ряд частных специфических методов: почвенных вытяжек, почвенных лизиметров, почвенных катен, полевых опытов и другие. Наука существенно развилась, в самостоятельные отрасли выросли химия почв, физика почв, мелиорация почв, минералогия почв и другие.
Научной основой для нормального функционирования целого ряда прикладных наук о земле (землеустройства, земельного кадастра, мелиорации, планирования инженерных сооружений и транспортной сети, других) стала почвенная карта.
многие отрасли почвоведения: агро-, лесное, мелиоративное, военное, санитарное,
строительное (грунтоведение) – сами стали прикладными. Общее почвоведение
в целом можно разделить на историю и методологию науки, педогностику (морфология, химия, физика, минералогия, биология, энергетика почв), педографию (география, картография, систематика, экология, оценка, информатика почв), историческое
почвоведение (палеопочвоведение, генетика почв), динамическое почвоведение (плодородие, мелиорация, технология, эрозия, охрана почв), региональное почвоведение.
1.2. История развития науки
Корни научных знаний о почве уходят в глубокую древность и связаны с
зарождением земледелия. Тысячелетиями шло накопление гипотез, фактов. Знание становится наукой лишь тогда, когда формулируются в определенной системе законы природы, адекватно отражающие окружающую действительность,
служащие для управления ею, когда формулируется основная парадигма знаний.
6
Практически зарождение почвоведения как науки связывают с блестящей
защитой В. В. Докучаевым докторской диссертации «Русский чернозем» 10 декабря 1883 г.
В длительном же периоде накопления знаний о почвах можно (по И. А. Крупенникову, 1981) выделить несколько четко очерченных этапов, связанных с общим развитием естествознания в истории человечества.
1. Период первичного накопления разрозненных фактов о свойствах почв, их
плодородии и способах обработки связан с зарождением и постепенным совершенствованием земледелия в эпоху неолита и бронзы (примерно 12–13 тыс. лет назад).
2. Период обособления знаний о почвах и введения первичного земельного
кадастра совпадает с развитием рабовладельческого общества и соответствующей земледельческой цивилизации. Уже появилось орошаемое земледелие, было
осознано разнообразие почв и необходимость их дифференцированного аграрного
использования и налогообложения. Можно отметить египетские папирусы и
Кодекс Хаммурапи, регламентирующий водо- и землепотребление. Вавилоняне
уже делали планы землепользования и схемы оросительных систем. Многие
философы древности считали землю (почву) наряду с воздухом, водой и огнем
одним из начал, элементов мироздания.
3. Период первичной систематизации знаний о почвах (8 в. до н. э. – 3 в. н. э.)
связан с Греко-Римской цивилизацией. Были сделаны некоторые обобщения в рамках философии, дано описание почв разных мест, предложены первые классификации почв по их свойствам и ценности. «Все зачинает земля, дождевой орошенная
влагой» (Лукреций, 2 в. до н. э.). Прагматичные римские ученые – Катон, Варрон,
Вергилий, Колумелла – создали целую систему трактатов о земледельческом использовании почв. Особенно известен трактат «О сельском хозяйстве» Колумеллы,
где были даже рекомендации по обработке и удобрению отдельных групп почв.
4. Период интенсивных земельно-кадастровых работ эпохи феодализма
продолжался до 18 в. и связан с развитием почвенно-оценочных работ
в фискальных целях. Мало делалось для познания почв, но много – для сравнительной оценки. К концу периода появились первые сведения о водном питании
растений (Фрэнсис Бэкон), о потреблении растениями солей из почвы (Бернар
Палисси), о круговороте веществ в природе (Леонардо да Винчи).
5. Период интенсивного экспериментального и географического изучения
почв и их плодородия связан с развитием экстенсивного земледелия с 18 в. Большое влияние оказала книга немецкого ученого Кюльбеля, где обоснована теория
водного питания растений, француза А. Тюрго, обосновавшего закон убывающего
плодородия почв (1766). Валериус (Швеция, 1761) выдвинул теорию гумусового
питания растений, а Ахард в Германии извлек щелочью перегнойные вещества
из торфа и осадил их серной кислотой (1786) – принцип, используемый до сих
пор. Многие русские академики (Ломоносов, Паллас, Гюльденштедт) выдвинули
серию гипотез о происхождении почв. В конце ХVIII века работами англичанина
Пристли, голландца Ингенгауза, швейцарца Соссюра была установлена роль
углекислого газа в росте растений и открыт фотосинтез.
7
6. Период развития агрогеологии и агрокультурхимии совпадает с развитием капитализма в земледелии Европы. Появилась серия ученых-агрохимиков (Вольни, Тэер, Дэви, Павлов, Берцелиус, Либих, Буссенго), сформулировавших основные положения агрокультурхимии. Немецкие агрогеологи Шпренгель и Фаллу – основатели агрогеологии, придававшие решающее значение
породе в формировании почвенного плодородия. Шпренгель впервые применил
термин «почвоведение» в своей книге «Почвоведение или наука о почве» (1837).
Первые почвенные карты в Российской империи были созданы К. С. Веселовским (1851) и В. И. Чаславским (1879).
7. Период создания современного генетического почвоведения связан с именем известного русского ученого В. В. Докучаева. Он показал, что почва – самостоятельное природное тело, отличное от всех других тел, развивающееся во
времени под влиянием одновременной и совокупной деятельности воды, воздуха
и организмов, что почва живет своей собственной жизнью и имеет свое особое
распространение на поверхности Земли. Он автор учения о зональности почвенного покрова, о факторах почвообразования. Им разработаны основные методы
почвоведения – профильно-морфологический, сравнительно-морфологический.
Докучаевым создана целая школа ученых-почвоведов: Н. М. Сибирцев (создатель первого учебника по почвоведению), А. Н. Краснов (основатель Батумского
ботанического сада), В. И. Вернадский (участник Полтавской экспедиции Докучаева, основатель биогеохимии), ботаники Г. Н. Танфильев и Г. Н. Высоцкий
(основатели агролесомелиорации), К. Д. Глинка (первый русский президент
Международного общества почвоведов), С. А. Захаров, Н. А. Димо, Г. Ф. Морозов (основатель современного учения о лесе), Л. И. Прасолов, Б. Б. Полынов,
П. С. Коссович. Большой успех имели коллекции почв и почвенных карт Докучаева на международных выставках в Чикаго (1893) и Париже (1899, 1900).
В развитии почвоведения в США важную роль сыграли работы
Е. В. Гильгарда, придававшего особое значение климату как фактору почвообразования, и М. Уитни, создавших почвенную школу и почвенную службу США
соответственно, а также Дж. Милна – основателя учения о почвенных катенах.
Многочисленные эмпирические исследования почв США, начатые еще в 19 в.,
обобщил с привлечением принципов генетического почвоведения К. Марбут.
В Германии наиболее известными стали работы М. Э. Вольни, Э. Раманна (изучившего и описавшего бурые лесные почвы), Ф. Рихтгофена, В. Л. Кубиены –
основателя микроморфологии почв, Н. П. Пушкарова в Болгарии, и т. д.
8. Период становления новой науки занимает период между мировыми
войнами. Был собран огромный фактический материал по физической, химической, минералогической характеристике почв разных стран, были сформулированы основные концепции основных разделов почвоведения. Интенсивно развивались почвенно-картографические работы. Почвоведение оформилось в самостоятельную отрасль естествознания.
9. Период интенсивной инвентаризации почвенного покрова мира и развития
международного сотрудничества в области почвоведения. В это время начали
8
интенсивно изучать почвы развивающихся стран. В 1960 г. под эгидой ФАО и
ЮНЕСКО начато создание почвенной карты мира, законченное в 1978 г. Создан
Международный музей почвоведения в Амстердаме с богатой коллекцией почвенных эталонов мира. В это время возникли многие новые концепции и подходы
к классификации почв, к процессам почвообразования, генезису и географии почв.
10. Период интенсификации работ по охране и рациональному использованию почвенного покрова в наши дни связан с осознанием глобальных экологических проблем, возникших в результате природопользования, социальногоэкономического и научно-технического развития. Актуальной стала проблема
сокращения продуктивных земель, опустынивания и других процессов деградации. В рамках ООН развивается большое количество проектов по вопросам земельных ресурсов мира: карта деградации почв мира, социально-экономические
аспекты потерь почв, классификации почв, методы оценки и картирования опустынивания, ряд проектов оказания помощи развивающимся странам в охране и
рациональном использовании почвенного покрова.
На нынешнем этапе почвоведение все больше становится наукой инструментальной, наукой управления природой.
1.3. Факторы и условия почвообразования
Почва образуется из горных пород в процессе выветривания и почвообразования. Процесс разрушения массивных горных пород и превращения их
в рыхлые продукты принято называть выветриванием. Выветривание горных
пород и минералов на поверхности Земли совершается под воздействием на них:
1) температур, механической силы воды, ветра, движения ледников; 2) углекислого газа (CO2), кислорода – (O2) и атмосферной воды; 3) живых организмов –
биогенным путем. В связи с разнообразием факторов выветривания горных пород
обычно различают три его формы: физическое, химическое и биологическое.
Физические факторы выветривания превращают горную породу в более
мелкие обломки – щебень, песок и пыль – размельчают ее механически, не изменяя петрографического и химического состава.
Раздробление и разрыхление пород и минералов создает благоприятные
условия для развития процессов химического выветривания, которое приводит
к их химическому изменению, разрушению и образованию новых стойких к воздействию внешней среды соединений. Основными факторами химического выветривания являются атмосферная вода, углекислый газ (CO2) и кислород. При
распаде горных пород и минералов образуются некоторые новые, более подвижные соединения, которые растворяются, а наличие в растворе углекислого газа
в свою очередь усиливает этот процесс. Особенно интенсивно он происходит
в осадочных породах, в первую очередь в известняках, гипсах и других солях.
В результате химического выветривания из первичных продуктов выветривания
образуются вторичные минералы.
9
Биологические факторы выветривания действуют на горные породы одновременно с физическими и особенно с химическими. Многочисленные организмы
и растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют во внешнюю среду
различные минеральные и органические кислоты, углекислый газ, кислород,
которые разрушают горные породы.
При разрушении горных пород и минералов часть элементов переходит
в подвижное состояние, что создает благоприятные условия для растительности,
которая играет ведущую роль в процессе почвообразования. Пронизывая корнями
почвообразующую породу, растения извлекают из нее питательные вещества и
закрепляют их в синтезированном органическом веществе, которое после отмирания растений придает почве ряд благоприятных физических свойств. При этом
в процессе разрушения органического вещества образуются органические
кислоты, действующие на материнскую породу и усиливающие процесс выветривания. После минерализации отмерших частей растений заключенные в них
зольные элементы и азот отлагаются и накапливаются в верхнем горизонте почвообразующей породы, формируя благоприятные условия для новых растений.
Растения в процессе жизнедеятельности сами выделяют различные кислоты,
под действием которых труднорастворимые минеральные соединения переходят
в растворимые. Таким образом, почвообразование – это совокупность взаимно
связанных явлений превращения и перемещения вещества и энергии, совершающихся в верхнем слое земли, в результате чего образуется почва.
Почвообразовательный процесс является звеном более широкого процесса –
круговорота вещества и энергии, протекающего в биосфере и ее отдельных системах. Связь почвообразовательного процесса и круговорота вещества и энергии
выражается в том, что между почвой и смежными природными телами (грунт,
атмосфера, живые организмы) происходит взаимный обмен веществом и энергией,
сопровождаемый их преобразованием. Характерной чертой почвообразования
является двухсторонний процесс перехода одной формы вещества в другую:
процесс синтеза и разрушения органического вещества, процесс перехода минеральных соединений в органические и обратно.
Почва является полидисперсной системой, которая имеет в своем составе:
– твердую фазу, состоящую из минеральных и органических частиц;
– жидкую фазу, представленную почвенным раствором;
– газообразную фазу, состоящую из почвенного воздуха;
– живую фазу, представленную живыми организмами.
На образование почв и почвообразовательные процессы непосредственное
влияние оказывают те природные условия, в которых они протекают. Учение
В. В. Докучаева о факторах почвообразования является краеугольным камнем
науки почвоведения. Оно называется генетическим почвоведением, так как
неразрывно связано с диалектическим представлением о генезисе почвы в результате взаимодействия факторов почвообразования. В. В. Докучаев выделил пять
природных факторов почвообразования: 1) почвообразующая (материнская) порода, 2) климат, 3) растительность и животный мир, 4) рельеф, 5) возраст почв.
10
На современном этапе выделяется шестой фактор – производственная деятельность человека, а многие почвоведы, в том числе большинство белорусских,
выделяют и седьмой – воду.
Почвообразующая (материнская) горная порода – верхний слой горной
породы, выходящий на поверхность, в процессе почвообразования преобразующийся в почву. Порода является фундаментом и каркасом почвы. Роль материнской породы двояка. Качество сформировавшейся почвы зависит как от химического состава материнской породы, так и от ее физических свойств, таких как
пористость, плотность и теплопроводность, которые прямым образом влияют
на характер почвообразующих процессов. От гранулометрического и агрегатного
состава зависят физические свойства почв. Минералогический и химический состав
почвы оказывают влияние на ход химических процессов, протекающих в ней.
В последующем развитии почвы материнская порода не теряет своего
значения как фактора почвообразования, но функции ее изменяются. Она становится подстилающей породой, и ее роль на этой стадии почвообразования заканчивается в обмене газами, влагой, растворенными солями, тепловой энергией с
вышележащими горизонтами. Разнообразие почвообразующих пород способствует формированию почв с различными физико-химическими свойствами.
Главными почвообразующими породами являются осадочные, на которых
почти повсеместно и развиваются почвы. К наиболее распространенным относятся
континентальные отложения: моренные, водно-ледниковые, лёссы и лёссовидные
суглинки, элювиальные, делювиальные, аллювиальные, эоловые, реже озерные или
морские. Почвообразующие породы бывают одночленными и многочленными.
Климат – количественный статистический режим погоды для определенной территории – определяет энергетику почвообразования, оказывает значительное влияние на физические, химические и биологические процессы, происходящие в почвах. Основными составляющими климата, влияющими на процесс почвообразования, является лучистая энергия солнца и атмосфера. От количества поступающих в почву тепла и влаги зависит характер растительности, обогащение почвы
органическим веществом, особенности промывного режима. Для оценки климата
как фактора водного режима наиболее часто используется показатель коэффициента увлажнения, то есть отношение количества осадков к испаряемости.
Интенсивность химических процессов связана с количеством поступающего в почву кислорода, при этом газообмен между атмосферой и почвой происходит практически непрерывно. Многообразие макро- и микроклиматических
условий способствует формированию значительного числа почвенных разновидностей, так как развитие почвообразовательного процесса зависит от годового,
суточного и сезонного распределения тепла и влаги. Так, наличие морозного
периода определяет промерзание почвы, прекращение биологических и резкую
подавленность физико-химических процессов. Климат влияет на процессы ветровой и водной эрозии. Климат влияет на почвообразование и косвенно – через
развитие растительности. Закономерные изменения климата от экватора к полюсам
11
определяют смену состава растительности и животных, а в конечном счете и
основных типов почв. От климата в значительной мере зависит и наличие почвенно-грунтовых вод – основного источника и среды протекания многих химических и биологических процессов в почвах. Близость грунтовых вод может
вызвать оглеение, засоление, недостаток кислорода в почвах.
Растительный и животный мир. Многие ученые считают растительность ведущим фактором почвообразования, так как с ней связана аккумуляция
питательных веществ, образование легкоподвижных соединений, накопление
гумуса, что определяет плодородие почвы. Почвообразование на Земле началось
только с появлением жизни. Растения синтезируют органические вещества и
распределяют их в почве в виде корней и растительного опада. Растения создают
и активно поддерживают различные взаимосвязанные потоки вещества и энергии, главными из которых являются:
– поток зольных веществ из глубоких слоев почвы на ее поверхность и
в ее верхние слои;
– поток органических веществ, синтезированных из углерода атмосферы,
почвенного азота и почвенной влаги, направленной на поверхность почвы и в ее
верхние слои, особенно поток Н2СО3 из почвы в атмосферу, поток О2 из атмосферы в почву, поток влаги из почвы в атмосферу.
В количественном и качественном отношении эти стороны почвообразовательного процесса являются самыми важными и имеют своим следствием возникновение почвенного плодородия.
В зависимости от количества и качества биомассы, участвующей в биологическом круговороте веществ, и содержания в ней энергии, интенсивность
процессов трансформации и минерализации растительных остатков существенно
отличается. Так, в арктической тундре общая биомасса составляет лишь 5 т/га,
ежегодный опад – 1 т/га, в сосняках южной тайги – 280 и 4,7 т/га, в дубравах –
400 и 6,5 т/га, в луговых степях – 25 и 13,7 т/га, субтропических лиственных
лесах – 410 и 21 т/га. В широколиственном лесу по сравнению с хвойным с опадом поступает в 3–4 раза больше кальция и магния, в 5 раз больше калия.
Благодаря микроорганизмам происходит разложение опада и переход
содержащихся в нем веществ в доступную для живых растений форму, гумификация и минерализация растительных остатков, разрушение и образование почвенных минералов. Они регулируют соотношение между кислородом и углекислым
газом в почвенном воздухе, катализируют процессы расщепления белков, углеводов и иных сложных органических соединений до простых минеральных
солей. На 1 г почвы подзолы содержат 300–600 млн. микробов, альбелювисоли –
600–1000 млн., черноземы – 2000–2500 млн., кальцисоли – 1200–1600 млн.
Наиболее распространенным видов микроорганизмов являются бактерии: автотрофные и гетеротрофные, аэробные и анаэробные. В почве живут также актиномицеты, грибы, водоросли, лишайники.
12
Высшие растения и микроорганизмы образуют комплекс, под воздействием
которого формируются различные типы почв. Каждой растительной формации
соответствует определенный тип почв.
Роль животных организмов состоит в перемешивании почвы, улучшении
ее аэрации, обогащении органическим веществом через ускорение гумификации
растительных остатков. Еще Ч. Дарвин установил, что в Англии черви ежегодно
пропускают через свой организм 20–26 т почвы с 1 га. Некоторые почвы на 50–80%
состоят из полуразрушенных агрегатов, созданных червями.
Рельеф местности. Рельеф как фактор почвообразования оказывает косвенное влияние на формирование почвенного покрова через перераспределение
тепла и влаги, что формирует, например, вертикальную зональность. Еще Докучаев разделял почвы на зональные и интразональные в зависимости от положения в рельефе. Характер макро-, мезо- и микроформ рельефа способствует перераспределению на поверхности почвы вещества и энергии, оказывает влияние
на величину влагооборота и теплооборота. От угла наклона поверхности зависит
количество лучистой энергии, поступающей на единицу поверхности почвы, а
следовательно, величина теплообмена, температурный режим, скорость снеготаяния и т. д. Гравитационное поле Земли, действуя через рельеф, оказывает
влияние на перераспределение влаги на поверхности почвы. Наклон поверхности служит причиной разложения силы тяжести на две составляющие: вертикальную и горизонтальную. Рельеф и земное тяготение создают условия для
возникновения внутрипочвенного стока. Распределение почв во всех зонах имеет
общий характер: на повышенных элементах рельефа – автоморфные почвы,
пониженных – полугидроморфные, на самых низких – гидроморфные.
Вода. Самую сложную работу в почве производят почвенно-грунтовые
воды. В почвах с промывным водным режимом они растворяют минеральные и
органические соединения и выносят продукты разрушения вниз по профилю,
формируя его. Во многих почвах вода перемещает и коллоидные частицы без их
разрушения. Наличие воды определяет одну из самых распространенных реакций
в почве – гидролиз, играющий главную роль в разложении первичных минералов.
В почвах с непромывным водным режимом вода периодически перемещает
вещества как в восходящем, так и в нисходящем направлении, также формируя
профиль почв. Вода – основа почвенного раствора, то есть субстанции, из которой растения непосредственно берут элементы питания.
Поверхностные воды способствуют эрозии почв, перемещая почвенные частицы с повышенных элементов рельефа в пониженные, где ландшафт приобретает
выраженный аккумулятивный характер. В поймах рек воды во время паводков и
половодий откладывают наилок (частицы разной размерности, смытые с прилегающих ландшафтов), налагая особую специфику на облик аллювиальных почв.
Избыток влаги приводит к формированию болотного процесса почвообразования, вызывая оглеение минеральных почв и торфонакопление при переувлажнении, близком к постоянному.
13
Возраст почв. Фактор времени в истории почвообразовательного процесса
является особой категорией, от которой зависит стадия развития почвы и особенности протекающих в ней процессов. В. В. Докучаев (1899) выделил время
(возраст) почвы как самостоятельный и независимый фактор, как некоторый
множитель, на который должны умножаться действия других факторов почвообразования. В аспекте времени проявляется эффект воздействия каждого фактора или их совокупности на эволюцию почвы.
В. Р. Вильямс различает абсолютный и относительный возраст страны, а
следовательно, и почвы. Абсолютный возраст почвы – это промежуток времени,
прошедший с момента возникновения почвы до настоящей стадии ее развития.
Он связан с возрастом территории, где развивается почва. Относительный возраст – это различия в стадиях развития почв одной и той же территории. В различных условиях рельефа и на различных породах интенсивность процессов почвообразования неодинакова, что будет сказываться на скорости образования почв.
О возрасте почв можно судить по выраженности почвенного профиля: чем четче и
полнее выражены горизонты, тем старше почва. Но на практике все не так просто:
часто дифференциация дерново-подзолистых почв на верхнюю облегченную и
нижнюю утяжеленную части обусловлена не только и не столько процессами
почвообразования, но и исходной неоднородностью почвообразующей породы.
В процессе почвообразования почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяются конкретным комплексом факторов почвобразования и их эволюцией в каждой точке
земной поверхности.
Развитие любой почвы начинается с длительного начального этапа медленного первичного преобразования горной породы. Воздействие на горные породы организмов и продуктов их жизнедеятельности стимулирует физические и
химические явления. В начальных стадиях первичный почвообразовательный
процесс связан с развитием бактериальных и актиномицетных форм, которые
способны разлагать первичные и вторичные минералы с образованием хелатов.
При накоплении в первичных почвах органического вещества количество актиномицетов уменьшается и постепенно замещается бактериальной и грибной
микрофлорой. В результате первичного почвообразования идет разрушение горных пород и составляющих их первичных минералов с образованием мелкозема
и накоплением элементов – органогенов, а также почвенного гумуса. Формируются почвы с маломощным профилем (А1 – С или немногим сложнее) типа дерново-карбонатных или примитивных (рендзин, регосолей).
Начальное почвообразование сменяется стадией развития почвы, которая
протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвы
вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, приходя
к некоему равновесию между факторами почвообразования и свойствами почвы.
Это стадия равновесия, или климакса, которая может длиться неопределенно долго.
14
Период формирования полноразвитой климаксной почвы составляет 500–1500 лет.
Морфология, химический состав, новообразования отражают историю развития
почв. Отдельные свойства почв могут иметь существенно различающийся возраст,
гумус в российских черноземах имеет возраст: до тысячи лет в пахотном слое,
около 2,5 тыс. лет – на полуметровой глубине, 4–5 тыс. лет – на метровой глубине.
Возраст карбонатных включений в новозеландской почве составил 2,5 (глубина
30–40 см), 9 (60–70 см) и 28 тысяч лет (100 см). В целом следует различать скорость (возраст) почвообразования, образования отдельных свойств или горизонтов, профиля в целом, почвенного покрова определенной территории.
На каком-то этапе климаксная стадия сменяется новой эволюцией в результате саморазвития системы или изменения почвообразующих факторов.
Стадия эволюции почвы снова приводит к некоему климаксному состоянию.
Например, возможно оподзоливание буроземов, заболачивание автоморфных
почв, формирование луговых почв из болотных при обсыхании участка и т. п.
Эволюция почвы может идти в различных направлениях: засоления или рассоления, нарастания мощности почвы либо ее уменьшения, деградации почвенного
плодородия или его увеличения. Эволюция почв на земной поверхности происходит
не случайно, а в соответствии с общей историей ландшафтов, определяемой глобальными климатическими, тектоническими или морфоструктурными процессами.
Влияние природных факторов на процессы почвообразования осуществляется в тесной взаимосвязи и взаимодействии. Любая территория поверхности
суши распадается на участки, которым присущ свой микроклимат, геологическое строение, гидрологические условия, почва, растительность, животный мир,
состав микроорганизмов, возраст, что оказывает влияние на тип обмена веществом
и энергией между вышеперечисленными компонентами. Эти природные компоненты составляют единый непрерывно развивающийся комплекс, который по
предложению В. А. Сукачева называют биогеоценозом. Изменение одного компонента приводит к изменению всех других. Почвы следует рассматривать как
компонент биогеоценоза. При этом сама почва в процессе развития оказывает
влияние на другие компоненты и факторы почвообразования, изменяя их.
На современном этапе на процессы почвообразования большое влияние
оказывает производственная деятельность человека или антропогенный фактор.
Процесс хозяйственного использования земель воздействует непосредственно на
почву и весь комплекс условий почвообразования, что вызывает изменение
морфологических свойств почв, водно-воздушного и окислительно-восстановительного режимов, химических и биологических почвенных процессов. Использование почвенного покрова с учетом его физико-химических свойств приводит
к формированию более высокоплодородных почв, неправильное использование
почв вызывает ухудшение их качества или полную деградацию.
Человек в процессе своей деятельности целенаправленно воздействует на
почву, тогда как природные факторы воздействуют стихийно. С развитием науки
и техники влияние человека на почву усиливается.
15
ЛЕКЦИЯ 2. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЧВ
2.1. Почвообразовательный процесс
Почвообразование в определенном смысле можно рассматривать как
соотношение процессов выноса и аккумуляции, причем выносу из них подвергаются одни вещества, а аккумуляции (относительной или абсолютной) – другие.
Абсолютная аккумуляция веществ – поступление их из атмосферы или
гидросферы и накопление в формирующейся почве. Например, углерод: фотосинтез –
создание биомассы – отмирание биомассы – разложение – гумификация – гумусонакопление. Относительная аккумуляция – остаточное накопление в результате
выноса других веществ. Например, в результате выноса щелочных и щелочноземельных элементов может относительно увеличиться доля кремнезема и полуторных окислов. Относительная аккумуляция веществ – всегда следствие элювиального процесса, т. е. нисходящего передвижения веществ в почве при промывном водном режиме и частичный или полный вынос в нижележащую толщу ряда
соединений: солей щелочных и щелочно-земельных металлов, соединений железа,
алюминия, марганца, фосфора, серы, иногда кремния, илистых частиц.
Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании являются следствием
большого геологического (элювиирование, засоление, корообразование) и малого
биологического круговоротов (биогенная аккумуляция биофильных элементов)
веществ на земной поверхности. Они развиваются противоречиво в разных природных условиях. Биологический круговорот временно вырывает часть элементов
из геологического круговорота, а почва служит своеобразным промежуточным
резервуаром, предохраняя биофильные элементы от выноса.
Из-за высокой важности названных процессов почвообразование часто
определяют как сложный процесс взаимодействия малого биологического и
большого геологического круговоротов веществ и потоков энергии в пределах
коры выветривания горных пород, ведущий к образованию почвы, ее развитию и
эволюции. Почвообразовательный процесс – совокупность явлений превращения
и перемещения веществ и энергии в пределах педосферы Земли.
Взаимодействие круговоротов проявляется через серию противоположно
направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается
почвообразование: разрушение – новосинтез минералов; биологическая аккумуляция – потребление элементов из почвы организмами; гидрогенная аккумуляция – геохимический вынос; разложение – синтез органических соединений;
поглощение – выделение ионов из твердой фазы в раствор; растворение – осаждение веществ; пептизация – коагуляция коллоидов; нисходящее – восходящее
движение растворов; увлажнение – высыхание; набухание – усадка; нагревание –
охлаждение; окисление – восстановление; азотфиксация – денитрификация.
Многие из этих процессов носят циклический характер. Можно выделить
суточную, сезонную, годовую, многолетнюю цикличность, специфичную для
16
каждого типа почв. Данные противоположные процессы А. А. Роде назвал общими
почвообразовательными процессами, так как они встречаются во всех почвах
в той или иной степени и количественном проявлении. Специфические проявления
общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования он назвал частными почвообразовательными процесссами (элементарные
почвенные процессы, по И. П. Герасимову – ЭПП). Это такие процессы как гумусообразование, торфообразование, засоление, неосинтез каолинита и т. п.
Помимо этого, А. А. Роде делил все процессы на макропроцессы, охватывающие весь почвенный профиль, и микропроцессы, то есть органические или минеральные преобразования в пределах изолированных участков почвенного профиля.
Частные макропроцессы в своей совокупности составляют явление почвообразования, присущее только почвам. При соответствующих сочетаниях друг
с другом они определяют свойства почв на уровне генетических типов, то есть
строение профиля или систему генетических горизонтов. Каждый генетический
тип почвы характеризуется определенным только ему свойственным сочетанием
ЭПП, хотя отдельные ЭПП могут встречаться и в почвах иных типов. Степень
развития определенных ЭПП или присоединение дополнительных делают возможным обоснованное разделение на подтипы, роды, виды почв. В целом ЭПП:
– специфичны только для почв;
– в своей совокупности составляют явление почвообразования;
– определяют образование в профиле специфических горизонтов почв;
– определяют строение профиля;
– имеют место в нескольких типах почв в различных сочетаниях.
По Б. Г. Розанову выделяют следующие ЭПП:
1. Биогенно-аккумулятивные ЭПП (подстилкообразование, торфообразование, гумусообразование, дерновый процесс).
2. Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП (засоление; загипсовывание; окарбоначивание; оруднение – процесс гидрогенной аккумуляции гидратированных
железа и марганца с образованием болотной руды, рудяка, ортштейна; окремнение – гидрогенное накопление кремнезема с цементацией в области циркуляции
щелочных растворов; латеризация – внутрипочвенное ожелезнение, плинтификация – гидрогенное преобразование ферралитизированного материала путем
отложения из грунтовых вод оксидов железа на каолинитовой основе; олуговение – аккумулятивный процесс воздействия пресных грунтовых вод при хорошем
дренаже без заболачивания; тирсификация – образование черного гидроморфного гумуса в слабодренированных депрессиях аридных территорий при аккумуляции монтмориллонитовых глин в почвообразующей породе, кольматаж –
накопление взмученного материала на поверхности почвы и в порах верних слоев
при затоплении мутной водой).
3. Метаморфические ЭПП (сиаллитизация – внутрипочвенное выветривание первичных минералов с накоплением вторичной сиаллитной глины; монтмориллонитизация – внутрипочвенное выветривание первичных минералов
17
с накоплением вторичной монтмориллонитовой глины, гумуссиаллитизация –
преобразование минеральной массы с формированием дернинно-гумусированного глинисто-щебнистого профиля под горно-(степно)-луговой растительностью;
ферралитизация – внутрипочвенное выветривание первичных минералов с накоплением вторичной ферралитной глины, ферсиаллитизация – накопление подвижных соединений железа на фоне оглинения, рубефекация (ферритизация) –
процесс необратимой коагуляции и кристаллизации коллоидных гидрооксидов
железа в результате интенсивного периодического просыхания после привноса
их во влажный период, ожелезнение – процесс высвобождения железа из решеток
минералов при выветривании и осаждения по трещинам и порам с побурением
(покраснением) породы, оглеение – процесс метаморфического преобразования
минеральной почвенной массы при постоянном или длительном переувлажнении
почвы с интенсивным развитием восстановительных процессов, иногда сменяемых
окислительными; оливизация – процесс приобретения оливковой окраски горизонта вследствие периодического переувлажнения и просыхания глинистых минералов, содержащих трехвалентное железо в шестерной координации (нонтронит,
глауконит, хлорит); слитизация; оструктуривание; отвердевание, мраморизация).
4. Элювиальные ЭПП (выщелачивание, оподзоливание, лессиваж, псевдооподзоливание, псевдооглеение, осолодение, сегрегация, ферролиз – элювиальноглеевый процесс, элювиально-гумусовый процесс, Al-Fe-гумусовый процесс,
коркообразование).
5. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП (глинисто-иллювиальный, гумусоиллювиальный, железисто-иллювиальный, железисто-гумусо-иллювиальный,
подзолисто-иллювиальный, карбонатно-иллювиальный, солонцово-иллювиальный,
Al-Fe-иллювиальный).
6. Педотурбационные ЭПП (самомульчирование, растрескивание, криотурбация, вспучивание, пучение, биотурбация, ветровальная педотурбация,
гильгаиобразование (вертисолизация), агротурбация).
7. Деструктивные ЭПП (эрозия, дефляция, стаскивание, погребение).
2.2. Морфология почв
В процессе развития почва приобретает ряд свойств и внешних признаков,
которые отличают ее от материнской породы. В ней выделяются генетические
горизонты, образуются новые вещества и соединения, которых не было в материнской породе. Под морфологическими признаками понимают внешние признаки
почвы, по которым ее можно отличить от горной породы или одну почву отличить от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. К главным морфологическим признакам почвы относятся:
– строение почвы;
– мощность почвы и ее горизонтов;
18
– окраска;
– гранулометрический состав;
– структура;
– сложение;
– влажность;
– новообразования и включения;
– характер перехода в нижележащий горизонт и форма границы.
Строение почвенного профиля. Образование и эволюция почвы приводит
к появлению в ней слоев, которые накладываются друг на друга и отличаются
по ряду признаков. Эти слои, различающиеся по структуре, цвету, механическому
и химическому составу, направленности биологических процессов и связанные
между собой общностью происхождения, называются почвенными горизонтами.
Совокупность почвенных горизонтов образует почвенный профиль, то есть определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов, специфичных для каждых почв.
Молодые почвы очень маломощны, близки к первоначальной материнской породе, и горизонты в ней не сформированы. Почвенный профиль слаборазвитой почвы имеет слой, сильно обогащенный гумусом, который лежит сразу
на материнской породе. В процессе развития почвы количество горизонтов увеличивается. В хорошо развитой почве можно выделить три основных горизонта,
которые в зависимости от характера почвообразующих процессов имеют свои
особенности.
А – элювиальный слой (вымывания). С одной стороны, этот слой обеднен
тонкодисперсными и легкорастворимыми веществами, выносимыми в нижележащие
слои просачивающимися в почву водами. С другой стороны, в этом горизонте
почвы всегда происходит образование и накопление органических веществ. Поэтому в зависимости от содержания и степени трансформации гумуса, наличия органоминеральных и минеральных веществ, а также степени антропогенной трансформации почвы данный горизонт имеет свое название и буквенное обозначение:
А0 – лесная подстилка (степной войлок) – верхний горизонт, который
характерен для целинных и залежных почв и представлен разлагающимися органическими остатками с примесью минеральных частиц;
Ап – пахотный горизонт, который образуется на всех пахотных почвах
за счет верхних горизонтов почв;
А1 – гумусовый (перегнойно-аккумулятивный) горизонт, который формируется в верхней части почвенного профиля и характеризуется значительным
накоплением органического вещества (гумуса) и питательных веществ.
А2 – элювиальный горизонт (подзолистый), который характеризуется процессами выноса веществ в нижележащие горизонты и представлен в основном
минеральными составляющими почвы.
В торфяных почвах верхний горизонт состоит из торфа и обозначается
буквой Т.
19
В – иллювиальный горизонт (горизонт вмывания). Этот горизонт обогащен
минеральными и органическими соединениями, приносимыми нисходящими и
восходящими водными растворами. В почвах, где не наблюдается явление перемешивания минеральной основы (черноземы, каштановые), этот горизонт является переходным от гумусового к породе. В зависимости от содержания тех или
иных соединений выделяется несколько типов иллювиальных горизонтов, отличающихся по общему виду и структуре:
– иллювиально-гумусовый (Вh);
– карбонатный (Вк);
– гипсовый (Вг);
– метаморфический (Вm);
– железистый (Вf) и т. д.
G – глеевый горизонт. Образуется в (полу)гидроморфных почвах вследствие длительного увлажнения и преобладания анаэробно-восстановительных
процессов, которые приводят к образованию закисных соединений железа и
марганца, подвижных форм алюминия. Характеризуется появлением в почвенном профиле сизоватых или грязно-синеватых пятен. Если признаки глеевого
процесса проявляются в другом горизонте, то они обозначаются индексом g
к основному обозначению: А2g , В1g.
С – материнская порода, на которой образуется почва, но эта порода в той
или иной степени задета почвообразовательным процессом, а в условиях избыточного увлажнения и непроницаемости верхнего горизонта подвергается восстановительным процессам и превращается в оглеенный горизонт Сg.
D – подстилающая порода. Выделяется в том случае, когда почвенные горизонты образовались на одной породе, а ниже лежит порода с другими свойствами.
Строение почвенного профиля бывает выражено по-разному. В одних случаях почвенные горизонты выделяются четко, в других проявляются слабо. Это
зависит от типа почв, ее возраста и особенностей материнской породы.
Каждому почвенному типу присуще индивидуальное сочетание горизонтов, при
этом некоторые горизонты могут отсутствовать.
Мощность почвы – это ее вертикальная протяженность, которая измеряется
от дневной поверхности до слабо затронутой почвообразовательными процессами
материнской породы. Мощность почв колеблется в среднем от 50 до 150 см. Мощность отдельных горизонтов бывает различной. Их определяют с точностью до 1 см,
при этом отмечается верхняя и нижняя граница и средняя мощность горизонта.
По существующим в почве горизонтам и их вертикальной мощности можно
судить о характере почвообразующих процессов и наличии в почве тех или иных
веществ. Богатая питательными веществами почва имеет мощный гумусовый горизонт, который свидетельствует о значительном развитии в ней процесса аккумуляции и слабом процессе вымывания. Наличие в профиле почвы резко выраженного
элювиального горизонта связано с интенсивным процессом выщелачивания.
20
Простое строение почвенного профиля включает пять типов:
– примитивный профиль имеют молодые почвы, в которых почвообразованием затронуты лишь несколько верхних сантиметров почвы;
– неполноразвитый профиль характерен для почв крутых склонов или
на массивно-кристаллических породах. В таких условиях почва имеет все характерные для данного типа горизонты, но мощность их небольшая;
– нормальный профиль характерен для зрелых почв в равнинных условиях,
содержит полный набор генетических горизонтов;
– слабодифференцированный профиль присущ почвам, развивающимся
на бедных породах (кварцевые пески, древние коры выветривания); генетические
горизонты слабо выражены, переходы постепенны;
– нарушенный профиль обычно имеют эродированные почвы, в них верхняя часть профиля уничтожена процессами эрозии.
Часто встречается и сложное строение профиля, имеющее место при наличии реликтовых горизонтов, многочленности породы, наличии привноса отложений (аллювия или эоловых наносов), нарушении профиля.
Структурой называются соединенные между собой механические элементы (агрегаты), на которые может распадаться почва. Форма, размер и качественный состав структурных элементов неодинаков. Он изменяется в различных
почвах, а также в разных горизонтах одной и той же почвы.
В зависимости от формы структурных элементов различают три основных типа структуры (рис. 2.1–2.4):
1) кубовидная, когда структурные элементы равномерно развиты по трем
взаимно перпендикулярным осям. Основными видами данного типа структуры
являются глыбистая, комковатая, ореховатая и зернистая;
2) призмовидная, когда структурные элементы развиты преимущественно
по вертикальной оси. Основные виды – столбовидная, столбчатая и призматическая;
3) плитовидная, когда структурные элементы развиты преимущественно
по двум горизонтальным осям и укорочены в вертикальном направлении. Основные виды – плитчатая и чешуйчатая.
Каждый из перечисленных видов может делиться на более мелкие структурные единицы.
Рисунок 2.1 – Кубовидная структура
21
Рисунок 2.2 – Призмовидная структура
Рис. 2.3. Плитовидная структура
Рисунок 2.4 – Наиболее часто встречающиеся виды структуры
для гумусовых горизонтов почв:
1 – крупнокомковатая; 2 – комковатая; 3 – мелкокомковатая; 4 – пылеватая;
5 – крупноореховатая; 6 – ореховатая; 7 – мелкоореховатая;
8 – крупнозернистая; 9 – зернистая; 10 – мелкозернистая
В зависимости от размера агрегатов структурные отдельности делятся
на следующие группы:
– макроструктура, когда размер структурного агрегата составляет более
7 (10) мм;
– мезоструктура 7 (10) – 0,25 мм;
– грубая микроструктура – 0,25–0,01 мм;
– тонкая микроструктура – меньше 0,01 мм.
22
В почве или почвенном горизонте структурные элементы не бывают одного
размера и формы. Чаще всего встречается смешанный тип структуры, включающий
в названии род и вид: комковато-пылеватая, комковато-пластинчатая, пластинчато-пылеватая.
Почва может быть структурной и бесструктурной. При структурном состоянии почвы или породы она делится на структурные элементы определенной
формы и величины. При бесструктурном состоянии отдельные механические
элементы, слагающие почву, не соединены между собой в более крупные структуры. Они существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной
массой. Между структурными и бесструктурными почвами имеются переходные
почвы, где структура выражена слабо.
Различные генетические горизонты почв имеют определенные формы
структуры. Для гумусовых горизонтов характерна комковатая и зернистая
структура, для иллювиальных – ореховатая, для элювиальных – пластинчатолистовая.
Гранулометрический состав почв. Одной из важнейших характеристик
почвы является ее гранулометрический состав, или содержание элементарных
частиц различного размера. Определить размер каждой частицы, входящей в состав
почвы, не представляется возможным. В лабораторных условиях ограничиваются
нахождением количества частиц определенного размера в установленных пределах, которые называются фракциями гранулометрического состава.
Существует много методов гранулометрического анализа почв. Наиболее
часто в почвенных исследованиях используются методы, основанные на том, что
после взбалтывания с водой частицы почвы или породы разного размера оседают
на дно с различной скоростью. Собирая частицы через определенные промежутки
времени с различных глубин, определяют их размер в соответствии с уравнением Стокса:
V=
2
9
g ⋅ r2 ⋅
где
d − d1
η
,
V – скорость падения частиц, см/сек;
g – ускорение силы тяжести, м/сек;
r – радиус падающей частицы, мм;
d – плотность частицы, г/см3;
d1 – плотность жидкости, г/см3;
η – коэффициент вязкости среды.
Отобранные пробы переносятся в специальные чашки, выпариваются,
затем взвешиваются. По количеству определенных фракций определяется гранулометрический состав почвы.
Частицы размером < 1 мм называются мелкоземом; в его пределах выделяют частицы крупнее 0,01 мм – физический песок – и частицы мельче 0,01 мм –
23
физическую глину. В составе ила (< 0,001 мм) выделяют фракцию коллоидных частиц диаметром < 0,0001 мм. Частицы размером 0,05–0,001 мм называются пылью.
Для характеристики почв в зависимости от крупности входящих в них
фракций используются различные классификации. Наиболее часто применяется
классификация Н. А. Качинского (табл. 2.1).
Таблица 2.1 – Классификация гранулометрических элементов (по Н. А. Качинскому)
Диаметр частиц, мм
>3
3–1
1–0,5
0,5–0,25
0,25–0,05
0,05–0,01
0,01–0,005
0,005–0,001
<0,001
Название гранулометрических элементов
(гранулометрические фракции)
Камни
Гравий
Песок крупный
Песок средний
Песок мелкий
Пыль крупная
Пыль средняя
Пыль мелкая
Ил
Группа
Физический песок
Физическая глина
Фракции гранулометрических элементов слагают почвы или породы в различных количественных соотношениях. Относительное содержание в почве или
породе фракций гранулометрических элементов называется гранулометрическим
составом.
Гранулометрический состав почв определяют по соотношению количества
фракций физического песка и физической глины (табл. 2.2).
Таблица 2.2 – Гранулометрический состав почв (по Н. А. Качинскому)
Содержание физической
глины, %
0–5
5–10
10–15
15–20
20–30
30–40
40–50
50–65
65–80
>80
Содержание физического
песка, %
95–100
90–95
85–90
80–85
70–80
60–70
50–60
35–50
20–35
<20
Почвы по гранулометрическому составу
Песок рыхлый
Песок связный
Супесь рыхлая
Супесь связная
Суглинок редкий
Суглинок средний
Суглинок тяжелый
Глина легкая
Глина средняя
Глина тяжелая
Различные группы гранулометрических элементов по-разному влияют
на свойства почв, что объясняется различиями их минералогического, физического и химического состава и свойств. Например, песок обладает значительной
24
проницаемостью, слабой влагоемкостью и капиллярными свойствами, а механические элементы крупнее 2,0 мм почти не обладают капиллярной способностью.
Различают три типа гранулометрических элементов почв: минеральные,
органические и органоминеральные. Основная масса почв состоит из минеральных элементов. По гранулометрическому составу все многообразие почв и пород
можно объединить в несколько основных групп с характерными для каждой
группы физическими, физико-химическими и химическими свойствами, которые
определяют интенсивность почвообразовательных процессов, содержание зольных
элементов, плодородие.
Песок характеризуется полным отсутствием связности, сыпучестью и
крупным диаметром частиц. Песчаные почвы обеднены питательными веществами, попадающая в них влага не задерживается и уходит в нижележащие
горизонты. Они имеют крупные поры, что способствует созданию аэробных
условий и быстрому разложению органического вещества.
Супесь отличается крайне слабой агрегированностью, ее структурные агрегаты разрушаются при малейшем сжатии. Супесчаные почвы теплые, легкие в обработке, хорошо водопроницаемы и аэрируемы. В отличие от песчаных почв обладают большей влагоемкостью и большим запасом питательных веществ. Однако
внесенные с удобрениями элементы питания для растений быстро вымываются.
Суглинок делится на три группы, отличающиеся по свойствам:
– легкие суглинки и их агрегаты в сухом состоянии сравнительно легко
разрушаются пальцами. При растирании прощупываются тонкие пылеватые частицы. В увлажненном состоянии не обнаруживают пластичности;
– средние суглинки в сухом состоянии обладают сравнительно прочной
агрегатной структурой, при увлажнении приобретают некоторую пластичность;
– тяжелые суглинки характеризуются прочными трудно разрушаемыми
агрегатами, при увлажнении приобретают повышенную пластичность.
Суглинистые почвы в агрономическом отношении считаются самыми
лучшими. Они достаточно влагоемки и водопроницаемы, хорошо удерживают
воду, структурны, достаточно легко обрабатываются, не склонны к заболачиванию, хорошо аэрируются. В этих почвах много питательных веществ, способствующих произрастанию растений.
Глина в сухом состоянии отличается высокой твердостью, ее кусочки
при сжатии не раздавливаются. При увлажнении приобретает высокую пластичность. Глинистые почвы обладают большой влагоемкостью, во влажном
состоянии вязкие, липкие, плохо проветриваются. Эти почвы насыщены влагой,
застаивание которой ведет к заболачиванию. В связи с тем, что на испарение
влаги идет много тепла, глинистые почвы считаются холодными. В увлажненной зоне отрицательные качества глинистых почв усиливаются, в засушливой – уменьшаются. Следует отметить, что эти почвы богаты элементами
питания для растений.
25
Обладая различными физическими свойствами, отдельные гранулометрические фракции почв различаются также по химическому составу. При этом
химический состав в значительной степени меняется в зависимости от величины
минеральных частиц: чем мельче частица, тем сложнее ее химический состав.
По минералогическому составу гранулометрические фракции почвы характеризуются следующим образом:
– песчано-хрящеватые фракции – состоят из отдельных минералов и
обломков горных пород, отличаются высокой водопроницаемостью и слабо
выраженным капиллярным поднятием;
– иловатые фракции – состоят из смеси каолинита, гидрата окисей Fe, Al,
Mn, отличаются связностью, пластичностью, сильно набухают в воде, во влажном
состоянии образуют вязкую массу, в сухом – твердую.
– пылеватые фракции – состоят главным образом из аморфной кремнекислоты и частично кварца.
Чем крупнее гранулометрическая фракция, тем больше в ней содержится
таких инертных соединений, как кремнезем. Более мелкие фракции обогащены
полуторными оксидами Fe и Al, в тонких фракциях увеличивается количество
К2О, Р2О5 и других элементов питания для растений. Иловатые фракции содержат значительное количество гумуса и обладают высокими поглотительными
свойствами, поэтому дисперсная иловатая масса является самой ценной частью
почвы и оказывает большое влияние на процессы, происходящие в почве, и
в итоге на ее плодородие.
Сложение почвы – это внешнее выражение ее пористости и плотности,
которое зависит от свойств материнской породы и структурных свойств почвы.
По плотности различают следующие типы сложения:
– рассыпчатое – свойственно лишенным перегноя песчаным почвам, где
отдельные механические частички не сцементированы, в сухом состоянии распадаются на отдельные составляющие и представляют сыпучую массу. Характерно для некоторых пахотных горизонтов песчаных и супесчаных почв;
– рыхлое – наблюдается в суглинистых и глинистых почвах с хорошо
выраженной комковато-зернистой структурой, отдельные агрегаты которой мало
сцементированы друг с другом, а также в верхних горизонтах супесчаных и песчаных почв, заметно обогащенных гумусом. Характерно для пахотных горизонтов спелых почв;
– уплотненное – характерно для некоторых тяжелых почв и уплотненных
иллювиальных горизонтов легких почв;
– плотное – свойственно большинству суглинистых и глинистых почв,
особенно их иллювиальным горизонтам, где вследствие обогащения илистыми
фракциями, вынесенными из вышележащих слоев, происходит цементация почвенных частичек;
26
– слитное (очень плотное) – является характерным свойством связных
глинистых бесструктурных почв, главным образом их нижних горизонтов,
отдельные частички которых плотно прилегают друг к другу, практически не
образуя скважин и пор. Характерно для солонцов в сухом состоянии.
По пористости, которая характеризуется формой и величиной пор в почвенных горизонтах, различают тонкопористое (диаметр пор – менее 1 мм), пористое
(1–3 мм), губчатое (3–5 мм), ноздреватое (5–10 мм), ячеистое (более 10 мм) и
трубчатое строение, когда почвенные каналы прорыты землероями.
По сложению почв можно судить об аэрации, водопроницаемости, легкости
обработки той или иной почвы.
Окраска почвы – это морфологический признак, который является
существенным показателем генезиса почвы, характера протекающих в ней
почвообразовательных процессов и ее принадлежности к тому или иному типу.
Многие почвы имеют название в соответствии со своей окраской: подзол,
чернозем, краснозем.
Окраску почв создают три группы соединений: гумус, соединения железа,
кремнекислота или углекислая известь.
В основе лежит цвет почвообразующей породы. При этом все разнообразие окраски почвы можно свести к комбинациям и сочетаниям основных цветов:
черного, красного, синего и белого.
Гумусовые вещества обуславливают черную, темно-серую и серую окраску.
При 10–20% гумуса почва имеет ярко выраженный черный цвет, 4–6% гумуса
дают серую, каштановую или темно-бурую окраску. При меньшем его содержании почва приобретает окраску почвообразующей породы. В некоторых случаях
черная окраска может быть обусловлена другими причинами: цветом почвообразующей породы, скоплением окислов и гидратов окислов марганца, в болотных
почвах – содержанием сернистого железа.
Красный цвет почвы обуславливается содержанием в ней соединений
водного оксида железа (Fe2O3 · nH2O). При значительном содержании оксида железа почва имеет красную, ржавую или красно-бурую окраску, при небольшом –
желтую или оранжевую. Соединения закисного железа (FeO · nH2O) окрашивают
почву или ее отдельные горизонты в голубоватые или сизые тона. Они образуются в почвах с избыточным увлажнением и недостаточной аэрацией.
Белая окраска обусловлена значительным содержанием кремнезема (SiO2),
углекислой извести (CaCO3), каолинита (H2Аl2Si2O8 · H2O) или гидратом глинозема (Аl2O3 · nH2O). В ряде случаев белесоватый оттенок могут придавать гипс и
легкорастворимые соли.
На окраску почвы также оказывает влияние гранулометрический состав,
структурное состояние и влажность почвы. Суглинки и глины характеризуются
красными оттенками, пески и супеси – желтоватыми, лессы – палевыми оттенками. Бесструктурные почвы выглядят светлее, чем комковатые или зернистые.
Влажные оказываются более темными, чем сухие.
27
Различное сочетание различных групп веществ, окрашивающих почву,
обуславливает большое разнообразие почвенных цветов. При характеристике
почвы, как правило, указывается не только цвет, но и степень окраски (темносерая, светло-бурая), оттенки (белесая с желтоватым оттенком), промежуточные
тона (серо-бурая, коричнево-серая). Если почвенные горизонты не имеют однородной окраски, их характеризуют как пестрые или пятнистые.
Восприятие цвета носит субъективный характер, более точно цвет
в мировом почвоведении характеризуют формулой с помощью атласа цветов
Манселла, отражающей тон (hue), насыщенность (chroma), светлоту (value).
Влажность почв. Она является весьма динамичным свойством, зависит
от местных климатических условий, господствующего типа водного режима,
рельефа местности и в первую очередь от количества выпадающих осадков и
уровня грунтовых вод. В засушливые годы, особенно на песках, супесях почвы
пересыхают так, что почти полностью теряют влагу, даже парообразную. Почвы
западин всегда более влажные, чем почвы водоразделов. От влажности почвы
зависят степень плотности, интенсивность окраски почвенных горизонтов, аэрация,
структура. В почвах, богатых органическим веществом, при сильном увлажнении
происходит сильное набухание почвенной массы, приводящее к потере пористости,
аэрации, разрушению структуры.
При описании морфологических признаков почв в природной обстановке
указывается степень влажности каждого почвенного горизонта.
При этом следует руководствоваться следующими признаками:
1) сухой – сильно пылит при легком дуновении ветра, присутствие влаги
при сжатии не ощущается;
2) свежий – взятый в руку комок почвы при сжатии не оставляет
на ладони следов влаги; влага едва ощущается по холодноватости (слегка холодит руку);
3) влажный – при сжатии образца почвы образуются комки, на ладони
могут оставаться слабые следы влаги. Бумага, приложенная к почве, быстро сыреет;
4) сырой – комок почвы при сжатии увлажняет руку и прилипает к ней;
суглинистые и глинистые почвы дают тестообразную массу;
5) мокрый – из стенки ямы сочится вода; образец берется из-под воды;
мокрые пески и супеси «плывут»; мокрые суглинистые и глинистые почвы становятся киселеобразными; торфяные и минеральные болотные почвы при постоянном избыточном увлажнении как грунтовыми, так и атмосферными водами
почти всегда являются мокрыми.
Если при заложении почвенного разреза из стенок сочится вода, то необходимо отметить уровень почвенно-грунтовых вод, который обычно устанавливается через 30 минут после открытия разреза.
Новообразования и включения. Новообразования – это специфические
вторичные минералы и их скопления, которые образуются и откладываются
в горизонтах почвы и имеют различный химический состав и форму. В зависи28
мости от преобладающего действия и направленности физических, химических
и биологических процессов, происходящих в почвах, в ней могут формироваться
новообразования химического и биологического происхождения.
Химические новообразования являются результатом химических процессов, которые приводят к образованию различного рода соединений. Они могут
осаждаться на месте образования или перемещаться в составе почвенного раствора в вертикальном и горизонтальном направлениях и выпадать на значительном расстоянии от места образования. Эти новообразования представлены легкорастворимыми соединениями: гипсом, известью, окислами железа, алюминия,
марганца, кремнекислотой, гумусовыми веществами и др.
Различают следующие виды химических новообразований:
1) присыпки, налеты, корочки, выцветы – сформированы тончайшими
кристаллами различных соединений (легкорастворимыми солями, гипсом, углекислым кальцием, аморфным кремнеземом). Эти образования появляются на поверхности структурных частей, стенках трещин, поверхности почвы;
2) пятна, прожилки, трубки – образуются при выпадении в осадок
легкорастворимых соединений вокруг корешков растений, в полостях,
оставленных насекомыми и разложившейся органикой. В зависимости от химического состава соединений имеют различную окраску и свидетельствуют
о влиянии грунтовых вод или болотном режиме почвообразования. Ортзанды –
крупные рыхлые ржавые скопления окислов железа в песках таежных районов.
Соединения закиси железа образуют в болотных почвах скопления минерала
вивианита [Fe3(PO4)2 8H2O];
3) конкреции, стяжения – концентрически разросшиеся новообразования
гипса, ангидрита, углекислого кальция и других соединений, имеющие различную консистенцию и размеры от 2–3 мм до 5–10 см. Образуют сростки, друзы,
буравчики, скопления округлой или овальной формы.
4) пласты, плиты и горизонты цементации – значительные по площади и
мощности новообразования, при которых первичный материал почвообразующей породы почти неразличим.
Новообразования биологического происхождения являются продуктами
механической и физиологической деятельности животных и растений. Они
представляют собой извилистые ходы (червоточины), экскременты дождевых
червей (копролиты), пустые или заполненные ходы роющих животных (кротовины), сгнившие крупные корни растений (корневины), узоры мелких корешков
на поверхности структурных отдельностей (дендриты).
Включениями называются тела органического и минерального происхождения, образование которых не связано с почвообразовательными процессами;
они унаследованы от материнской породы. Они имеют большое значение при
оценке генезиса самих материнских пород и тех условий, в которых происходило
почвообразование.
29
Основными включениями являются:
– обломки горных пород различного размера, окатанности и минералогического состава, которые свидетельствуют о ледниковом, аллювиальном или
местном элювиальном происхождении почвообразующих пород;
– раковины моллюсков свидетельствуют о недавнем перемещении береговой линии на значительном пространстве суши, о существовании пресных
озер и болот;
– остатки корней и стволов ранее не произраставших в данной местности
растений говорят о коренной смене условий почвообразования, что особенно
важно при изучении торфяников;
– антропогенные включения, которые представлены остатками кирпича,
стекла, костей, обломков посуды, монетами, подтверждают антропогенный характер трансформации почвенного профиля и составляющих его горизонтов.
Археологические находки позволяют датировать возраст почвообразующей породы и самой почвы.
Характер перехода и форма границы. Определенное значение для диагностики и характеристики почв имеет характер перехода данного горизонта в
нижележащий и форма границы. Эти параметры характеризуют выраженность
почвенного профиля и дают основания для суждений о почвообразовательных
процессах. Различают переход постепенный (граница выделяется с неопределенностью более 5 см), заметный (3–5 см), ясный (1–3 см) и резкий (менее 1 см).
Форма границ выделяется по нарастанию глубины языков по сравнению с шириной – ровная, волнистая, карманная, языковатая и изъеденная.
30
ЛЕКЦИЯ 3. МАТЕРИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ
3.1. Фазовый состав почв
Почва – многофазное тело, состоящее из твердой (минеральной и органической), жидкой, газообразной и живой фаз.
Жидкая фаза почвы – вода в почве, почвенный раствор, исключительно
динамичная по объему и составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Содержание и свойства этой фазы зависят от водно-физических характеристик
почвы и состояния в данный момент в соответствии с условиями увлажнения и
погоды. В холодный сезон влага может переходить в твердое состояние, превращаясь в лед, при повышении температуры часть воды может перейти в газообразное состояние. Жидкая фаза – «кровь почвенного тела», служащая основным фактором дифференциации почвенного профиля, так как вертикальное либо
латеральное перемещение веществ происходит в виде суспензий или растворов.
Газовая фаза – воздух, заполняющий поры, свободные от воды. Его состав
очень динамичен во времени и существенно отличается от атмосферного. Воздуха больше в сухой почве, вода и воздух – антагонисты в почве.
Живая фаза – населяющие почву организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования. К ним относятся микроорганизмы, представители микро- и мезофауны, корневые системы растений.
Твердая фаза составляет основу почв, ее матрицу. Это полидисперсная и
поликомпонентная органоминеральная система. Частички почвы различной степени дисперсности составляют своеобразный скелет почвы, промежутки между
которыми заняты воздухом и (или) водой, т. е. в почве одновременно присутствуют все три неживые фазы почвы.
Соотношение этих трех фаз имеет решающее значение в создании плодородия почв и условий жизни живых организмов. Отсутствие или уменьшение
ниже определенных пределов жидкой или газообразной фаз исключает возможность использования почв для обычных биологических процессов.
Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, с одной стороны, и сложением, структурой и
порозностью, с другой стороны.
Твердая фаза образуется из горной породы под влиянием выветривания.
Простейшее – физическое, которое идет благодаря различному объемному расширению при нагревании и охлаждении. Этот процесс особенно интенсивно
протекает в континентальном климате. Замерзающая вода играет роль своеобразных клиньев, расширяя трещины и раздвигая обломки. Химическое выветривание идет в основном благодаря воде, содержащей растворенный кислород и
углекислоту, что способствует растворению минералов. Этот вид выветривания
лежит в основе зонального для таежной зоны процесса подзолообразования.
Биологическое выветривание представляет собой разрушение твердых пород
продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.
31
В состав твердой фазы почвы входят почти все элементы, но они отличаются по количеству и содержанию в минеральной и органической части почв.
В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов.
Она состоит из минеральной (90–99% массы) и органической частей (1–10%).
Минеральная часть почвы в свою очередь на 90% состоит из трех элементов: кислорода, кремния и алюминия. Углерод, водород, кислород, фосфор и сера содержатся в почве как в минеральной, так и в органической части. Азот почти целиком содержится в органической части, калий – только в минеральной части почвы.
Химический состав твердой фазы почвы в % (кларк): 49,0 О, 33,0 Si, 7,1 Al,
3,8 Fe, 1,4 Ca, 1,4 K, 1,0 Н, 0,6 Mg, 0,6 Na, 0,46 Ti, 2,0 C, 0,09 S, Mn, 0,08 P, 0,1 N.
Почвы содержат также значительное количество микроэлементов и ультрамикроэлементов, также важных для почвенных процессов и жизни растений.
Такие элементы, как С, О, Н, N, используются для построения клеток растений, многие другие нужны для выполнения различных частных функций.
Химический состав почвы в значительной степени наследуется от почвообразующих пород. Химические показатели могут отражать свойства почв
(химический состав, содержание подвижных форм элементов, реакция среды,
окислительно-восстановительный потенциал) и проявление почвообразовательных
процессов (соотношение SiO2/R2O3, C/N). Для характеристики условий развития
растений используют и показатели запасов тех или иных веществ или элементов
в определенном слое почв (в т/га или кг/га).
По минеральному составу в сформировавшейся почве наряду с первичными (унаследованными от коренной породы) мы находим и вторичные минералы –
результат химического выветривания, а также органоминеральные соединения –
результат деятельности живых организмов.
Породы, из которых состоит литосфера, по своему происхождению распределяются на три группы: 1) магматические, 2) осадочные, 3) метаморфические.
Магматические (или массивно-кристаллические) породы составляют
95% литосферы. Они образуются при остывании расплавленной магмы. При
медленном остывании на глубине образуются интрузивные породы, которые
состоят из крупных, хорошо различимых кристаллов (например, гранит). Когда
при вулканических извержениях магма достигает дневной поверхности и быстро
и неравномерно остывает, образуются эффузивные горные породы, имеющие
вид плотной массы, например, порфиры.
В зависимости от состава магмы и условий ее остывания магматические
породы различаются между собой по химическому и минералогическому составу.
По содержанию кремнезема различают кислые (SiO2 более 75%), средние, основные и ультраосновные породы.
Метаморфические породы образуются из осадочных и магматических
пород вследствие воздействия на них высокой температуры и давления, в результате чего минералогический состав и структура породы значительно изменяются, однако химический состав их остается неизменным. Например, рыхлый
32
известняк в процессе метаморфических процессов превращается в плотный кристаллический мрамор. Большинство метаморфических пород относятся к древним геологическим образованиям, и под воздействием сложных денудационных
процессов они перекрыты мощным осадочным чехлом. По этой причине метаморфические породы (например, сланцы) редко служат материнскими породами
для почв и встречаются в основном в горных областях.
Осадочные породы. Первичные магматические породы, попав на дневную поверхность, подвергаются разрушению, разрыхлению, измельчению и
последующему переносу и переотложению. В результате этого образуются осадочные породы. Они залегают непосредственно на поверхности Земли и занимают приблизительно 75% площади суши. Осадочные породы делятся на обломочные, химические, органогенные.
Часть осадочных пород представляет собой результат механического
дробления магматических пород или нерастворимые продукты их химических
превращений. К ним относятся брекчии, конгломераты, щебень, пески, песчаники,
глины, илы и т. д., объединяемые под названием обломочных пород. В некоторых случаях они бывают сцементированными растворимыми солями и образуют
плотные породы (кремнистые, известковые песчаники).
Растворимые продукты выветривания в виде хлоридов, сульфатов, карбонатов, фосфатов и других простых солей образуют такие породы, как галит,
гипс, известняк, доломит, железистые туфы, фосфориты. Их возникновение связано с осаждением из растворов морских и континентальных вод. К осадочным
породам химического происхождения относятся также карбонатные породы и
кремнистые сланцы.
Некоторые осадочные породы имеют органическое происхождение. Они
образуются на дне морей и других водоемов из скелетов отмерших организмов и
состоят из кремнекислоты, углекислоты, фосфорнокислой извести (известняки,
мел, трепел, торф, сапропели).
Горные породы состоят их отдельных минералов – однородных в химическом отношении тел, обладающих постоянством химического состава и определенными физическими свойствами. По физическому состоянию минералы бывают
твердые, жидкие и газообразные. Многие минералы имеют определенную форму
и являются кристаллическими. Большинство минералов аморфны. Кристаллы
ряда минералов анизотропны, т. е. различаются по своим свойствам в различных
направлениях (твердость, теплопроводность и электропроводность и др.). В горных
породах минералы встречаются в определенных сочетаниях различными группами, образовавшимися в однородных условиях. Всего известно более 2000 минералов, 230 из них – породообразующие (60% – полевые шпаты, 17% – силикаты,
12% – кварц, примерно по 4% – слюды, рудные и иные минералы).
Минеральный состав почв существенно различается по размерам механических элементов. Решающую роль в хозяйственной деятельности человека играют
почвы, состоящие в значительной мере из высокодисперсных частиц. В почвенных
частицах более 0,001 мм преобладают первичные минералы, особенно алюмосиликаты
33
и силикаты, содержание которых в земной коре составляет около 85%. Их главными
составными частями являются кислород, кремний, алюминий. Преимущественно это
полевые шпаты. К первичным относятся также мусковит, флогопит, серицит, кварц,
слюды, карбонаты. Среди илистых частиц преобладают вторичные минералы, важнейшими признаками которых является их дисперсность, кристаллохимическая природа, что имеет следствием высокую адсорбционную способность и пластичность.
Таким образом, 92% общей массы изверженных пород состоит из 4-х
групп минералов: полевых шпатов, роговых обманок и пироксенов, кварца и
слюды. Из них наибольшей механической прочностью обладает кварц, затем
следуют полевые шпаты, роговые обманки и пироксены, слюды. В связи с этим
при физическом выветривании они дробятся с различной скоростью. Более
прочные будут разрушаться медленнее и сохраняться в виде более крупных частиц. Менее прочные минералы будут дробиться сильнее и быстрее переходить в
более мелкие гранулометрические фракции.
По мере перехода к более мелким фракциям содержание кварца и полевых шпатов уменьшается, и увеличивается содержание менее прочных минералов (табл. 3.1).
Таблица 3.1 – Гранулометрический состав минералов озерно-ледникового суглинка
Группа
минералов
Кварц
Полевые шпаты
Слюда
Роговые обманки
Прочие
1–0,25
86
14
–
–
–
Содержание минералов, % от веса
0,25–0,05 0,05–0,01 0,01–0,005
81
72
63
12
15
8
–
7
21
4
2
5
3
4
3
< 0,005
10
10
67
7
6
Строение кристаллической решетки минералов в значительной степени
зависит от объема составляющих ее ионов или, если считать, что форма ионов
шарообразная, от величины их радиусов. В элементарных ячейках, из которых
состоят кристаллы, объем катионов и анионов определяет их взаимное расположение. Образование устойчивой структуры происходит при условии, что каждый
катион соприкасается с окружающими его анионами. Число ионов противоположного знака, окружающих данный ион, называется координационным числом. Величина координационного числа зависит от соотношения радиуса ионов (табл. 3.2).
Таблица 3.2 – Координационное число и форма кристаллической решетки
Отношение радиуса
катиона к радиусу аниона
0,15 – 0,22
0,22 – 0,41
0,41 – 0,73
0,73 – 1,37
1
Координационное
число
3
4
6
8
12
34
Форма
окружения
Треугольник
Тетраэдр
Октаэдр
Куб
Кубооктаэдр
По данным Гольшмидта, радиусы катионов основных элементов, из которых состоят минералы, следующие: Ni – 0,78 А0 (10–8 cм); Na – 0,98; K – 1,33;
NH +4 – 1,43; Mg2+ – 0,78; Ca2+ – 1,06; Ba2+ – 1,43; Zn2+ – 0,83; Co2+ – 0,82; C 4+ – 0,96;
Cu2+ – 0,83; Fe2+ – 0,83; Fe3+ – 0,67; Al3+ – 0,57; B3+ – 0,20; Mn2+– 0,91; Mn3+ – 0,70;
Mn4+ – 0,62; Si4+ – 0,39; C4+ – 0,18; Mo4+ – 0,68; Ni5+ – 0,1–0,2; P5+ – 0,35; S6+ – 0,34;
H3O+ – 1,35; анионов: O2¯– 1,32; F¯ – 1,33; Cl¯ – 1,81; OH¯ – 1,53; S2¯ – 1,81 А0 (10–8cм).
Отношение радиуса катиона к радиусу аниона определяет не только его
координационное число, а также форму кристаллической решетки и характер
элементарной ячейки.
Элементарной ячейкой кремнекислородного соединения является тетраэдр,
четыре вершины которого заняты крупными анионами О2+ (r = 1,32 А0),
а в центре находится катион с небольшим радиусом Si4+
(r = 0,39 А0). Данный тетраэдр является основной структурной ячейкой всех существующих соединений кремния с кислородом. Ячейка SiO4 заряжена отрицательно
(на 4 положительных заряда Si приходится 8 отрицательных зарядов кислорода). Отрицательный заряд ячейки
может быть компенсирован путем присоединения катионов или соединением с другими кремнекислородными
тетраэдрами.
Соединение тетраэдров между собой происходит через вершины, при этом
определенные ионы кислорода одновременно связаны с двумя ионами кремния.
Оставшиеся свободные валентности кислородных анионов нейтрализуются катионами. Кремнекислородные тетраэдры могут образовывать непрерывные структуры в виде одинарных цепочек, что характерно для пироксенов –
энтатита (Mg2Si2O6), гиперстона ((Mg1Fe)2Si2O6).
Двойные цепочки образует группа амфиболов.
Листы, как у слюды, образуются в том случае, когда
тетраэдры соединяются друг с другом тремя вершинами и образуют сетку гексагональной (шестиугольной) формы в виде плоского слоя. При этом по каждой стороне имеются
ионы кислорода со свободной валентностью, направленной в одну сторону.
Каждый слой соединяется с последующим, что придает слюдам пластичность.
В случае, когда кремнекислородные тетраэдры соединяются между собой
таким образом, что каждый из четырех кислородных ионов принадлежит двум
тетраэдрам, получается структура, не имеющая свободных ионов кислорода. Подобную структуру имеет кварц (SiO2)n, который отличается большой прочностью.
Такая же форма трехмерных каркасов характерна и для полевых шпатов,
однако в некоторых из тетраэдров Si заменен Al3+. В результате такого замещения образуется алюмокислородный комплекс (AlO4)5¯. Он несет на единицу
35
больший отрицательный заряд, чем SiO4, который компенсируется тем или иным
катионом. Этим можно объяснить химический состав алюмосиликатов, к которым
принадлежат полевые шпаты: альбит Na[Al,Si3O8], анортит Ca[Al2Si2O8] и др.
В альбите из четырех ионов Si один замещен на Al3+, возникший отрицательный
заряд компенсирован Na. В анортите из четырех ионов Si4+ два иона замещены
на Al3+, два отрицательных заряда компенсируются Ca2+.
Минералы, в которых ион Si4+ замещается ионом Fe3+, называются феррисиликатами. Изоморфные замещения происходят в кристаллической решетке
в период ее образования, качество и количество замещающих ионов зависит
от состава и концентрации окружающего раствора.
Глинистые минералы, особенно монтмориллонит, бейделлит, нонтронит,
галлузит хорошо набухают, то есть происходит расширение кристаллической
решетки перпендикулярно силикатным слоям. Глинистые минералы подразделяют на 4 основные группы:
– каолинита – диоктаэдрических слоистых алюмосиликатов жесткой кристаллической решетки, не набухающих, имеющих емкость катионного обмена
(ЕКО) до 25 смоль/кг; минералов этой группы много в тропиках и субтропиках;
– гидрослюд (иллита) – трехслойных алюмосиликатов с нерасширяющейся
решеткой, содержащих 6–8% К2О, имеющих ЕКО 45–50 смоль/кг; к ним близок
вермикулит, имеющий ЕКО до 100 смоль/кг;
– монтмориллонит (смектита) – трехслойных алюмосиликатов с сильно
расширяющейся решеткой, отличающихся очень высокой дисперсностью,
имеющих ЕКО 80–120 смоль/кг; для них характерно много изоморфных замещений, их много в почвах с нейтральной реакцией почвенной среды (черноземы,
каштановые, солонцы);
– смешаннослойных – минералов с неоднородным составом; они составляют 30–80% всех глинистых минералов в почвах умеренного пояса, особенно
часто встречается сочетание хлорита с вермикулитом.
Как отмечалось раньше, в результате химического выветривания первичные минералы изменяют свой состав и внутреннюю структуру. Выветривание
в первую очередь затрагивает поверхность минералов, поэтому с их измельчением
возрастает суммарная поверхность и процессы разрушения ускоряются.
Важнейшим фактором химического выветривания является вода, а также
присутствующие в почве кислород и углекислота. Основными типами реакций
в почве являются: гидратация, гидролиз, растворение, окисление-восстановление.
Гидратация – это притяжение молекул воды к поверхности минералов.
Вследствие полярности молекул воды она представляет собой диполь. При измельчении минералов часть зарядов ионов кристаллической решетки высвобождается,
к ним притягиваются молекулы воды тем конусом, который имеет противоположный заряд. Диполи воды стремятся «выдернуть» ионы из кристаллической
решетки минерала, вследствие чего происходит ее расшатывание и разрыхление.
36
Реакции гидролиза приводят к замене катионов кристаллической решетки
на Н – ионы воды. Схематически данная химическая реакция для полевого шпата
описывается следующим образом:
+
KAlSi2O8 + H2O → HAlSi2O8 + KOH.
Присутствие в минералах Fe2+ также способствует выветриванию, так как
окисление Fe2+ до Fe3+ приводит к изменению объемов, занимаемых ионами
в кристаллической решетке, что вызывает в конечном итоге ее разрушение.
Наибольшей устойчивостью обладает кварц, на состояние которого большинство описанных реакций заметного влияния не оказывают, однако и он в некоторой степени подвергается гидратации.
При полном разрушении силикатов образуются простые продукты выветривания: гидрат окислов Fe, Al, одно- и двухвалентных оснований, гидрат окиси
кремния (кремниевая кислота) и некоторые другие кислоты – угольная, серная,
соляная, фосфорная и другие, образующиеся при окислении элементов, содержащихся в горных породах.
Высвободившаяся при выветривании кремниевая кислота при слабокислой
реакции частично переходит в состояние геля (SiO2nH2O), при слабощелочной –
золя. В дальнейшем аморфный кремнегель может терять воду и закристаллизоваться, образуя вторичный кварц. Кроме этого, часть кремниевой кислоты может
образовывать с основаниями растворимые в воде соли, которые впоследствии
могут быть вымыты. В коллоидном и растворенном состоянии кремниевая кислота
может вступать в реакцию с полуторными окислами, образуя при этом сложные
соединения. Аморфные соединения, содержащие SiO2 и R2O3 в разных соотношениях называются аллофонами. Теряя воду, гидраты полуторных окислов могут постепенно кристаллизоваться, образуя вторичные минералы: лимонит (2Fe2O3 · 3H2O),
гетит (Fe2O3 · H2O), гематит (Fe2O3), гиббсит (Al2O3 · 3H2O), бемит (Al2O3 · H2O).
Освобождающиеся при выветривании основания, реагируя с кислотами,
образуют простые соли, являющиеся вторичными минералами: карбонаты,
сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты, силикаты. В разной степени растворяясь
в воде, они могут накапливаться в условиях засушливого климата.
Помимо простых вторичных минералов, при выветривании могут образовываться вторичные алюмосиликаты и феррисиликаты. Эти минералы
входят в состав различных глин и поэтому носят название глинистых. Являясь
частью почв, они определяют очень важные для развития растений почвенные
свойства (поглотительная и обменная способность, кислотность, буферность,
водоудерживающая способность и др.). Из большого числа глинистых минералов, для почв наибольшее значение имеют группы каолинита, мантмориллонита и гидрослюд.
Минералы группы каолинита имеют двухслойную кристаллическую решетку, которая состоит из двух слоев: слоя кремнекислородных тетраэдров и
слоя алюмо-кислородно-гидроксильных октаэдров.
37
В кремнекислородном слое вершины тетраэдров
повернуты в одну сторону и являются «кислородными
мостиками», связывающими тетраэдрический и октаэдрический слои: О2¯ одновременно связан с атомами Si4+ и Al3+.
В целом, элементарная ячейка каолинита электронейтральна и соответствует формуле Al4Si4O10(OH)8 или
Al2Si2O5(OH)4. При разламывании пакетов боковые поверхности кристаллов имеют ненасыщенные валентности, что может вызывать
адсорбцию ионов из окружающего раствора. Расстояние между пакетами каолинита равна 7,2 А0 и не изменяется. Он не впитывает воду в межпакетные пространства и поэтому не набухает. К этой группе минералов относятся, кроме
каолита, галлузит (структурная формула Al2Si2O5(OH4) · 2Н2О), метагаллузит
(Al2Si2O5(OH)4 · 4Н2О), диккит и накрит.
Монтмориллонит состоит из трехслойных пакетов:
октаэдрический слой заключен между двумя тетраэдрическими. Межпакетные расстояния монтмориллонита изменяются от 9,4 до 21,4 А0 и варьируют в зависимости от
количества поглощенной воды. Способность монтмориллонита к набуханию значительна. Структура монтмориллонита отвечает химической формуле Al4Si8O20(OH)4 · nН2О.
В этой формуле nН2О – вода, разделяющая пакеты. Кристаллическая решетка электрически нейтральна и содержит по 48 положительных и отрицательных зарядов. Минералам группы монтмориллонита характерны разнообразные изоморфные замещения: Si в тетраэдрических слоях может быть частично замещен на Al3+, а аллюминий в октаэдрическом слое замещается Fe2+ и Fe3+, Mg2+ и другими металлами. Например, у минерала бейделлита в отличие от монтмориллонита один из четырех ионов Si4+
тетраэдрического слоя замещен Al3+, появившийся избыточный отрицательный
заряд компенсируется ионом гидроксила (Al3Si3O9(OH)3 · nH2O. К этой же группе
принадлежит минерал нонтронит с формулой Fe2Si4O10(OH)3 · nH2O, где в октаэдрах
ион Al3+ замещен на Fe3+.
Из глинистых минералов в почвах большое место принадлежит группе
гидрослюд, в которую входят гидромусковит (иллит), гидробиотит и другие гидротизированные слюды. Кристаллическая решетка иллита построена так же, как и
у монтмориллонита. Разница состоит в том, что в тетраэдрах часть Si4+ (до 1/4)
замещена Al3+. При этом образовавшийся отрицательный электрический заряд
компенсируется ионом К+, который прочно связывает пакеты между собой. Поэтому
межпакетная вода в иллите отсутствует. Гидробиотит образуется из биотита –
слюды темного цвета, в которой все октаэдрические места заняты Mg2+ и Fe2+.
Кроме распространенных индивидуальных глинистых минералов, в природе существуют так называемые смешанно-слоистые минералы, пластинки
которых состоят из чередующихся пакетов различных минералов, например,
38
иллита, монтмориллонита и т. д. Существует также еще группа вторичных
минералов: аллофоны. Они состоят из тетраэдров и октаэдров, но расположены
беспорядочно, поэтому вследствие отсутствия кристаллического строения они
обладают аморфными свойствами.
Глинистые минералы в природе образуются двумя путями. Первый путь
представляет собой постепенное изменение первичных минералов, что приводит
к образованию новых форм кристаллических решеток. Превращение первичных
минералов происходит примерно через такие стадии:
полевые шпаты, слюды → гидрослюды → монтмориллонит → каолинит,
галлузит → гиббсит, гетит.
При отклонениях от этой схемы полевые шпаты, минуя стадию гидрослюд, преобразовываются в монтмориллонит или каолинит.
Вторичные минералы могут возникать также путем синтеза из простых продуктов распада первичных минералов. Образующиеся при распаде вещества вступают между собой в реакции взаимодействия, продукты которых выпадают в осадок.
Образование слюдоподобных минералов из полевых шпатов происходит
вследствие выноса части SiO2, K2O, CaO. Гидратация способствует замещению
некоторого количества ионов К+ ионами Н+, что приводит к образованию слюд.
Этот процесс можно проиллюстрировать на примере превращения монтмориллонита в гиббсит (рис. 3.1).
Рисунок 3.1 – Превращение монтмориллонита в гиббсит
Отслоение одного тетраэдрического слоя у монтмориллонита приводит
к образованию каолинита, при этом ионы кислорода «кислородных мостиков»
замещаются гидроксилами. В дальнейшем при присоединении воды каолинитом
из него образуется гиббcит и SiO2.
Скорость разрушения первичных и механизм образования вторичных
минералов зависят от ряда факторов:
– особенности первичного минерала (кристаллическая структура, степень
дисперсности, химический состав и т. д.);
– сочетания первичных минералов;
– температуры;
– влажности;
– реакции среды;
39
– условий выноса продуктов выветривания
– жизнедеятельности организмов.
Основные породы разрушаются быстрее кислых и поэтому продукты их
выветривания в большей мере обогащены каолинитом. Поэтому более древние
почвы, подвергавшиеся процессам выветривания и почвообразования, содержат
относительно много минералов группы каолинита, гибсита и гетита, которые
являются конечными продуктами выветривания.
Сухой и холодный климат замедляет разрушение минералов, а теплый и
влажный – ускоряет. В условиях промывного режима происходит вымывание
щелочей, щелочноземельных оснований, кремнезема, и, как следствие, из гидрослюд и монтмориллонита образовывается каолинит и галлузит.
Растения, которые в процессе жизни взаимодействуют с почвой (поглощение воды, элементов питания, кислорода, а также выделение продуктов жизнедеятельности), вносят существенные изменения в состав и свойства почвенного
раствора, реакцию среды, значение окислительно-восстановительного потенциала,
что в значительной мере оказывает влияние на условия разрушения и синтеза
минералов.
Число первичных минералов в природе невелико, поэтому и количество
вторичных минералов не отличается большим разнообразием. Наиболее часто
встречающимися минералами являются группы гидрослюд (гидробиотит) и монтмориллонита (монтмориллонит, белделлит, нотронит), далее следуют каолинит,
галлузит, вермикулит, гиббсит. Основная масса рыхлых пород состоит из относительно небольшого числа минералов. Из группы первичных минералов в их
состав входят кварц, полевые шпаты, слюды и роговые обманки, из вторичных –
слоистые алюмосиликаты, окиси и гидроокиси железа и алюминия.
Так как в различных гранулометрических фракциях преобладают различные минералы, поэтому рыхлые породы, подвергаясь сортировке по фракциям,
сортируются также по минералогическому составу. Например, в песках содержатся в основном первичные минералы (кварц, полевые шпаты), в глинах – вторичные, в суглинках – смесь первичных и вторичных. Минералогический состав
илистых фракций (< 0,001мм) резко отличается от состава более крупных фракций. Из первичных минералов в этой фракции встречается главным образом кварц,
который из-за химической устойчивости может сохраниться в виде очень мелких
частиц, другие минералы этой группы присутствуют в очень малых количествах.
В данной фракции сосредотачивается основная масса вторичных алюмосиликатов – монтмориллонит, каолинит, иллитовые минералы, вермикулит. Сохранность
полевых шпатов обуславливается главным образом их механической прочностью,
которая позволяет им сохраняться в виде относительно крупных частиц. Этим
объясняется небольшое содержание полевых шпатов в составе мелких фракций.
Химические элементы, входящие в состав литосферы, содержатся в ней в
неодинаковых количествах. При этом состав литосферы значительно отличается
40
от состава почвы (табл. 3.3). В почвах больше среднее содержание О и Н,
в 20 раз больше С, в 10 – N, меньше, чем в литосфере, Al, Fe, Ca, Na, K и Mg.
Состав почв относительно почвообразующих пород более динамичен.
Таблица 3.3 – Среднее содержание химических элементов в литосфере и почвах, %
(по Виноградову, 1950)
Элементы
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
Ti
H
Литосфера
47,2
27,6
8,8
5,1
3,6
2,64
2,6
2,1
0,6
(0,15)
Почва
49,0
33,0
7,13
3,8
1,37
0,63
1,36
0,6
0,46
?
Элементы
C
S
Mn
P
N
Cu
Zn
Co
B
Mo
Литосфера
(0,1)
0,09
0,09
0,08
0,01
0,01
0,005
0,003
0,0003
0,0003
Почва
2,0
0,085
0,085
0,08
0,1
0,002
0,005
0,0008
0,001
0,0003
Под влиянием процессов почвообразования формируется специфическая
кора выветривания: в тундре, тайге, широколиственных лесах – сиаллитная,
в степях – сиаллитная карбонатная, в пустынях – сиаллитная засоленная, в субтропических и тропических лесах – ферралитная.
Дисперсность почвы обычно характеризуется гранулометрическим
составом. Этот важный показатель подробно описан в предыдущем разделе.
Фракции состоят из минеральных зерен, и сам гранулометрический состав
во многом определяется минеральным составом породы, так как разные минералы
неодинаково поддаются выветриванию. Так, кварц наиболее устойчивый минерал, поэтому обычно он накапливается в крупных фракциях, полевые шпаты
преобладают в среднем песке.
Минеральный состав почв, особенно их глинистой фракции, может меняться
в зависимости от типа почв (на зональном уровне). 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.
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). В классификации, принятой в Беларуси, построенной на основании
содержания физической глины, выделяют две фракции. На последнее место ставят
преобладающую фракцию. Наименьшую по содержанию фракцию в название не
включают. Почва, содержащая 32% физической глины, 20% ила, 25% пыли и
55% песчаной фракции называется пылевато-песчанистым средним суглинком.
В зарубежной литературе используют несколько другую, более подробную, классификацию почв по гранулометрическому составу, построенную на
содержании пыли, песка и ила.
41
3.2. Органическое вещество почв
Органическое вещество почвы и процессы его трансформации играют
важнейшую роль при формировании основных признаков и свойств почв.
Источники органического вещества в почве. Основным источником
органического вещества в почве служат зеленые растения, которые ежегодно
оставляют в почве и на ее поверхности большое количество органического вещества – растительный опад. В почву поступают не только органические остатки
отмерших растений, но и продукты их микробиологической трансформации. Биологическая продуктивность растений широко варьирует и находится в пределах
от 1–2 т/год сухого органического вещества (тундра) до 30–35 т/год (влажные
субтропики). При сельскохозяйственном использовании в почву поступает растительных остатков: от 2–3 т/год – пропашные культуры, от 7–9 т/год – многолетние
травы. Практически все органическое вещество почвы подвергается микробиологической обработке, конечными продуктами которой являются минеральные
соединения. Промежуточные продукты такой трансформации – гумусовые вещества, их производные, органические вещества негумусовой природы.
Растительный опад различается не только количественно, но и качественно.
В хвойных лесных ценозах основная часть опада, поступающая непосредственно
на поверхность почвы, содержит много лигнина, дубильных веществ, восков,
смол. Такой опад разлагается преимущественно грибной микрофлорой так как
грибы принимают самое активное участие в разложении грубых органических
остатков, поступающих в почву.
Растительный опад широколиственных лесов богаче белком, углеводами,
минеральными веществами. В его разложении принимает участие как грибная,
так и бактериальная микрофлора.
В травянистых формациях более половины растительного опада поступает
непосредственно в почву с отмершими корнями растений. Корни травянистой
растительности отмирают ежегодно. Такой опад богат белком, углеводами, целлюлозой. Основной группой микроорганизмов, разлагающих такой опад, являются бактерии.
Источником органических веществ в почве служат также отмирающие
микроорганизмы, мхи, лишайники, животные, населяющие почву, но первичный
и основной источник органического вещества, из которого образуются гумусовые вещества, – остатки зеленых растений в виде корней и наземного опада.
Химический состав поступающих в почву органических веществ. Химический состав поступающих в почву органических остатков во многом зависит от типа отмерших растений.
Большую часть массы поступающих в почву органических веществ составляет вода. На ее долю приходится до 75–90% массы. В состав сухого вещества входят углеводы, белки, жиры, воски, смолы, липиды, дубильные вещества
42
и многие другие соединения. Все это высокомолекулярные органические вещества. Так, молекулярная масса белков колеблется в пределах 105–106, полисахаридов – до 106.
Помимо органических соединений, органические остатки содержат некоторое количество зольных элементов. Основную массу золы составляют кальций,
магний, кремний, калий, натрий, фосфор, сера, железо, алюминий, марганец, хлор.
Зола древесных растений богаче кальцием, травянистых – калием. Содержание кремнезема колеблется от 10 до 70%, фосфора – от 2 до 10% от массы золы.
Микроэлементы встречаются в весьма малых количествах. Это бор, цинк, йод,
фтор, молибден, кобальт, медь и др.
Наибольшей зольностью обладают злаковые и бобовые растения, наименьшей – древесина хвойных пород.
Трансформация органических остатков в почве. Трансформация органических остатков в почве – сложный, многоступенчатый процесс. Схематически
он может быть представлен следующим образом. Органические остатки, попадая
в почву, разлагаются при непосредственном участии микроорганизмов. Этому
способствует огромная населенность почв микрофлорой. Населяющие почву
животные тоже способствуют превращению органических остатков. Насекомые
и их личинки, дождевые черви измельчают и перетирают растительные остатки,
перемешивают их с почвой, перерабатывают.
В процессе разложения растительные остатки теряют свое анатомическое
строение, животные ткани и отмершие клетки микроорганизмов также подвергаются разложению и используются в качестве питательного материала новыми
поколениями микроорганизмов.
При разложении растительных остатков их органические вещества превращаются в более подвижные и простые соединения (промежуточные продукты
разложения). Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами, то есть разлагается до элементов минерального питания, угликислого газа
и воды. Продукты распада используются новыми поколениями зеленых растений как источник питания.
Часть промежуточных продуктов разложения органических остатков потребляет другая группа микроорганизмов для построения вторичных белков,
жиров, углеводов, образующих плазму новых поколений микроорганизмов.
Другую часть промежуточных продуктов разложения органических остатков потребляет другая группа микроорганизмов для построения вторичных белков, жиров, углеводов, образующих плазму новых поколений микроорганизмов.
Еще часть промежуточных продуктов разложения превращается в специфические сложные высокомолекулярные соединения – гумусовые вещества.
Этот процесс носит название гумификации.
Процессы разложения и минерализации растительных остатков осуществляются при участии окислительных ферментов, выделяемых микроорганизмами.
43
При участии ферментов происходит гидролитическое расщепление сложных
молекул белков, углеводов, липидов с образованием промежуточных продуктов
разложения. Так, белки расщепляются на пептиды, а затем на аминокислоты,
углеводы – на простые сахара и органические кислоты (уксусную, янтарную и др.),
спирты. Дубильные вещества относительно устойчивы к разложению микроорганизмами, вступая во взаимодействие с белковыми веществами, образуют
сложный нерастворимый комплекс. Таким образом они закрепляют в почве белковые соединения. Жиры разлагаются до глицерина и жирных кислот, а при более
глубоком разложении – до поли- и моносахаридов. При недостатке кислорода
развиваются различные типы брожений и образуются недоокисленные продукты
(метан, спирт, органические кислоты).
Скорость разложения и минерализации различных соединений неодинакова.
Сравнительно быстро разлагаются растворимые сахара, крахмал, белки; несколько медленнее – целлюлоза и гемицеллюлоза, а наиболее устойчивы к разложению лигнин, воски, смолы, дубильные вещества.
Одновременно с процессами разложения органических веществ идут процессы гумификации, в результате чего образуются относительно устойчивые
к разложению гумусовые вещества. Процесс гумификации – это совокупность
сложных биохимических и физико-химических процессов, итогом которых
является превращение органических веществ в специфические органические вещества – гумус.
Гумусом называется сложный комплекс высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, образовавшихся при разложении и гумификации растительных остатков.
Процесс гумификации настолько сложен, что современная наука не выработала единых взглядов на его характер. Существуют несколько концепций,
объясняющих образование гумуса.
Конденсационная (полимеризационная) концепция рассматривает формирование гумусовых веществ как процесс постепенной поликонденсации (полимеризации) промежуточных продуктов разложения органических веществ.
Концепция биохимического окисления предложена И. В. Тюриным, получила развитие в работах Л. Н. Александровой. Согласно этой концепции, гумификация – сложный биофизико-химический процесс превращения высокомолекулярных промежуточных продуктов разложения органических остатков в гумусовые вещества. Ведущее значение при этом имеют реакции медленного биохимического окисления.
Биологические концепции гумусообразования предполагают, что гумусовые вещества – продукты синтеза различных микроорганизмов. Данная точка
зрения была высказана В. Р. Вильямсом.
Наряду с вышеперечисленными существует еще ряд концепций, объясняющих процесс гумификации, однако до настоящего времени все они не имеют
достаточного экспериментального подтверждения.
44
Гумусовые кислоты, образовавшиеся в почве, не являются инертными.
Они вступают во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков, а также минеральной частью почвы, образуя различные органоминеральные
производные гумусовых кислот.
Состав и свойства гумуса. Почвенный гумус состоит из следующих
основных групп органических веществ: гуминовые кислоты, фульвокислоты,
гумины, органоминеральные производные гумусовых кислот.
Гуминовые кислоты. Это высокомолекулярные азотосодержащие органические вещества, образующиеся при разложении отмерших растений и гумификации, окрашенные в черный или коричнево-черный цвет. Молекулярная масса –
от 400 до 1 000 000. Эти кислоты практически не растворяются в воде и минеральных кислотах, но хорошо растворяются в щелочах, аммиаке, соде, пирофосфате натрия с образованием коллоидных растворов темной окраски (от вишневой до темно-коричневой и черной). Из растворов эти кислоты хорошо осаждаются водородом минеральных кислот, солями алюминия, железа, кальция, магния в виде аморфного студнеобразного осадка.
В состав гуминовых кислот входят (% по массе): углерод – 52–62, водород – 2,8–6,6, кислород – 31–40, азот – 2–6.
Химическими и физико-химическими методами (рентгендефрактометрия,
электронная микроскопия, спектрофотометрия и др.) установлено, что основными
структурными единицами гуминовых кислот являются ароматические «ядра»,
в том числе азотсодержащие гетероциклы, боковые цепи и периферические функциональные группы: карбоксильные –СООН, гидроксильные и фенольные –ОН,
метоксильные –О–СН3, хинонные =СО. Боковые цепи гуминовых кислот представлены углеводными, аминокислотными и другими остатками.
При взаимодействии с катионами аммония, щелочных и щелочноземельных металлов гуминовые кислоты образуют соли – гуматы. Гуматы обладают
различными свойствами. Соли аммония, натрия и калия хорошо растворимы в воде.
Они легко мигрируют по почвенному профилю с током атмосферных осадков.
Гуматы калия и магния нерастворимы в воде и образуют в почве водопрочные
гели, за счет клеящей и цементирующей способности которых формируется
водопрочная структура почвы. Основная масса гуминовых кислот представлена
гелями, прочно связанными с минеральной частью почвы.
Фульвокислоты. Это азотсодержащие высокомолекурярные органические
кислоты, которые от гуминовых отличаются светлой (желтой, оранжевой) окраской,
более низким содеражанием углерода, растворимостью в кислотах.
Элементный состав (% по массе): углерод – 41–46, водород – 4–5, азот – 3–4.
Содержание кислорода динамично и зависит от количества углерода; как правило, в фульвокислотах его больше, чем в гуминовых кислотах.
Фульвокислоты имеют сильнокислую реакцию и хорошо растворимы в воде.
Благодаря этому они энергично разрушают минеральную часть почвы, причем
степень их разрушительного действия определяется уровнем содержания гуминовых кислот. Гуминовые кислоты как бы ингибируют агрессивность фульвокислот.
45
Молекулы фульвокислот построены по такому же принципу, как и молекулы гуминовых, однако ядро менее выражено, боковых цепей несколько больше,
а по количеству функциональных групп они значительно превосходят гуминовые кислоты. По составу фульвокислоты различных типов почв менее разнообразны, и они лучше растворяются в воде, чем гуминовые кислоты. Взаимодействуя с минеральной частью, фульвокислоты образуют соли – фульваты. Практически все фульваты растворимы в воде.
Гумины. Это часть гумусовых веществ, которые нерастворимы ни в одном
растворителе. Они представлены комплексом гуминовых, фульвокислот и их органоминеральных производных, прочно связанных с минеральной частью почвы.
Органоминеральные производные гуминовых и фульвокислот. За счет многочисленных функциональных групп гумусовые кислоты, взаимодействуя с минеральной частью почвы, образуют органоминеральные производные. Эти взаимодействия могут осуществлятся путем сорбции гумусовых веществ минеральными соединениями твердой фазы почвы, путем образования комплексных гетерополярных солей (при взаимодействии с металлами), путем образования простых
гетерополярных солей (при взаимодействии со щелочными и щелочноземельными металлами).
Образование органоминеральных производных придает стабильность гумусу,
способствует его аккумуляции, накоплению микро- и макроэлементов, способствует агрегатообразованию.
В случае образования большого количества органоминеральных производных фульвокислот может увеличиваться подвижность минеральных компонентов и, следовательно, потери их за счет выноса с током вод.
При техногенном загрязнении почв образование органоминеральных производных играет исключительно важную роль, так как этот процесс способствует
связыванию токсинов и загрязнителей.
Влияние природных условий на характер и скорость гумусообразования.
Многообразие природно-климатических условий предопределяет различия в гумусообразовании. Характер и скорость гумусообразования зависят от целого ряда
факторов, важнейшими из которых являются: водно-воздушный и тепловой
режимы, гранулометрический состав, физико-химические свойства почвы, состав
и характер поступления растительных остатков, видовой состав микрофлоры и
ее активнось.
В зависимости от водно-воздушного режима гумусообразование протекает
в аэробных или анаэробных условиях. При влажности почвы 60–80% от полной
влагоемкости и температуре 25–30 °С разложение растительных остатков протекает весьма интенсивно. Промежуточные продукты разложения органического
вещества быстро минерализуются, высвобождается значительное количество
элементов минерального питания, но гумуса накапливается мало. То есть в таких
условиях процессы минерализации доминируют над процессами гумификации.
46
При постоянном и значительном недостатке влаги количество растительного опада невелико, процессы трансформации замедлены. Это приводит к накоплению гумуса в небольших количествах.
При постоянном избытке влаги (анаэробные условия) процессы гумусообразования замедляются, особенно если избыток влаги сочетается с низкими
температурами. В разложении растительных остатков участвуют анаэробные
бактерии. Промежуточные продукты разложения содержат много низкомолекулярных органических кислот и восстановленных газообразных продуктов. Эти
соединения подавляют микробиологическую активность, в результате чего разложение растительных остатков замедляется, происходит скопление полуразложившихся остатков, частично сохранивших анатомическое строение, – торфа.
Наибольшее количество гумуса в почвах накапливается при сочетании
оптимального гидротермического режима с периодически повторяющимся не очень
сильным иссушением. Такие условия создаются при формировании черноземов.
На гумусообразование значительное влияние оказывает состав растительных остатков и характер их поступления в почву. Так, остатки травянистой растительности богаты белками, углеводами и зольными элементами. Основная
часть их попадает непосредственно в почву в виде корней, их разложение происходит при тесном контакте с почвенными частицами в присутствии значительного количества оснований, прежде всего кальция.
Основная группа микроорганизмов – бактерии. В таких условиях образуется
высококачественный мулевый («мягкий») гумус, равномерно пропитывающий
минеральную часть почвы. Мулевый гумус также образуется под лиственными
лесами, хотя растительный опад в этом случае попадает на поверхность почвы.
Остатки древесной растительности бедны белками, содержат мало зольных
элементов, но обогащены лигнином, восками, смолами, дубильными веществами.
Поступают они преимущественно на поверхность почвы, и разложение их осуществляется грибной микрофлорой. При разложении такого опада образуется
значительное количество легко передвигающихся с током воды вниз по профилю
органических кислот. Нейтрализации их не происходит из-за недостатка оснований,
процессы гумификации подавлены кислой реакцией. В таких условиях формируется модер («грубый») гумус, в составе которого преобладают фульвокислоты.
Таким образом, в почвах накапливается различное количество гумуса
(от 0,5–1% до 10–12% и более), существенно различающегося по качеству. Качество
гумуса определяют по соотношению гуминовых и фульвокислот в его составе
(Сгк / Сфк). Различают следующие типы гумуса: гуматный (более 1,5), фульфатногуматный (1–1,5), гуматно-фульватный (1–0,5) и фульватный (менее 0,5).
Значительное влияние на гумусообразование оказывают гранулометрический состав и физико-химические свойства почвы. Песчаные и супесчаные почвы
имеют хорошую аэрацию, быстро прогреваются. В этих почвах органические
остатки интенсивно разлагаются, образовавшиеся гумусовые вещества плохо
закрепляются на поверхности песчаных частиц и быстро минерализуются.
47
В глинистых и суглинистых почвах процесс разложения растительных
остатков происходит значительно медленнее, гумусовых веществ образуется
больше, и они хорошо закрепляются на поверхности минеральных частиц.
Гумусонакопление зависит не только от количества образовавшегося
гумуса, но и от условий его закрепления в почве. Большую роль в этом играет
кальций, так как для почв, насыщенных кальцием, характерна нейтральная реакция среды, благоприятная для развития бактерий. В этих почвах образуется много
нерастворимых гуматов кальция. Наряду в этим закреплению гумуса способствует наличие в почвах глинистых минералов.
Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, чем негумифицированные соединения. Однако разложение
гумуса в почве, хотя и медленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми
культурами, за вегетационный период разлагается 0,7–0,8 т/га гумуса, пропашными – 1,0–1,2 т/га с образованием доступного растениям минерального азота,
фосфора, серы. В гумусе содержится около 5% азота, от 1,5 до 2,4% фосфора.
В дерново-подзолистых почвах на органические соединения приходится 40%
фосфора и 90% серы от общего содержания этих элементов в почве. На степень
разложения гумуса влияет гранулометрический состав почвы, содержание гумуса
в ней и т. д. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений
обеспечивает сохранение и накопление запасов гумуса в почве.
Роль гумусовых веществ в жизни растений, почвообразовании и плодородии почв. С гумусовыми веществами почв тесно связана жизнь растений. Органические вещества почвы частично обеспечивают потребности растений в углекислом газе, который необходим для фотосинтеза.
Гумус содержит большие запасы питательных веществ. Например, азот
представлен в верхних слоях почвы в основном органическими формами.
Гумус содержит биологически активные вещества, которые стимулируют
физиологические и биохимические процессы в растениях. На высокогумусных
почвах растения содержат повышенное содержанием хлорофилла. Вытяжки солей
гуминовых кислот (гумат натрия) являются стимуляторами роста растений. Их
применяют в качестве растворов для опрыскивания, замачивания семян, полива
растений. Вытяжки фульвокислот и их солей способствуют интенсификации
поступления в растения элементов минерального питания.
В последние годы из торфа и угля при обогащении аммиаком и суперфосфатом получают гумусовые удобрения, которые применяют в малых дозах.
В гумусе содержатся и сохраняются на продолжительный срок основные
элементы минерального питания и микроэлементы. В процессе минерализации
гумуса они переходят в доступную для растений форму.
Огромное значение имеет гумус как фактор поглотительной способности
почвы. Чем больше в почве гумусовых веществ, тем выше ее емкость поглощения.
В такой почве хорошо закрепляются катионы. Так, в богатых гумусом тяжелосуглинистых черноземах емкость поглощения достигает 50–60 смоль/кг почвы, а
48
в бедных гумусом песчаных дерново-подзолистых почвах – всего 1–2 смоль/кг.
Величина емкости поглощения в значительной степени характеризует уровень
плодородия почвы.
Органические вещества улучшают физические (уменьшают плотность
сложения, повышают влаго- и воздухоемкость), химические (особенно обогащение
азотом) и биологические свойства почвы, способствуют формированию агрономически ценной водопрочной структуры. Самой важной, возможно, функцией
гумуса в почве является создание благоприятных условий для жизнедеятельности
микроорганизмов, а уже микробы помогают растению питаться. Исторически
микробы появились значительно раньше растений, поэтому очевидно, что именно
растения приспосабливались к микрофлоре.
Если почва богата кальцием, все гуминовые кислоты переходят в нерастворимую форму. Образовавшиеся гуматы кальция участвуют в создании водопрочной зернистой и мелкокомковатой почвенной структуры.
Гумусовые вещества придают почве темную окраску, что способствует
интенсивному поглощению солнечной энергии. Органическое вещество предохраняет почву от быстрой потери тепла, при разложении само выделяет энергию.
Следовательно, богатые гумусом почвы имеют более благоприятный тепловой
режим. Их называют теплыми почвами. И наоборот, почвы, бедные органическим
веществом и гумусом, отличаются неблагоприятными тепловыми свойствами, слабо
поглощают тепло и плохо его удерживают. Они получили название холодных.
Гумусовые вещества почвы играют важнейшую роль в формировании
почвенного профиля. В богатых гуминовыми кислотами и их солями почвах
формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт большой мощности
с высокой поглотительной способностью.
Если в составе гумусовых веществ преобладают фульвокислоты, то в почве
формируется небольшой мощности гумусовый горизонт, который легко обедняется основаниями и элементами минерального питания. Глубже этого горизонта
может формироваться горизонт белесого цвета, где идет активное разрушение
минеральной части почвы. Кроме того, органические вещества и продукты их
разложения могут перераспределяться в почвенном профиле, активно влияя
на его формирование.
49
ЛЕКЦИЯ 4. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ПОЧВ
Твердая фаза почв характеризуется следующими основными свойствами:
структурой, общими физическими, физико-механическими и тепловыми свойствами.
В основе всех этих свойств почвы лежит ее гранулометрический состав. 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, метаморфизма.
В почве выделяют агрегаты (микроагрегаты) и элементарные почвенные
частицы. Первые представляют собой комбинацию элементарных почвенных
частиц, образующуюся в результате их взаимодействия, скрепления каким-либо
цементом, клеем. Элементарные почвенные частицы представлены отдельными
зернами минералов, обломков пород, коллоидами, в том числе органическими.
Структура почвы – совокупность агрегатов различной величины, формы
и качественного состава. Структурность – способность почвы распадаться на
агрегаты. В песчаных и супесчаных почвах структурные элементы обычно находятся в раздельно-частичном состоянии, то есть такие почвы бесструктурны.
В суглинистых и глинистых почвах иногда структура также может отсутствовать.
Агрономическое значение структуры очень велико. Она определяет физические свойства почв, условия обработки и сильно влияет на рост и развитие
растений. Структура оценивается по ее размеру, пористости, механической прочности, водопрочности. Наиболее агрономически ценными считаются макроагрегаты (0,25–10 мм), обладающие высокой пористостью (более 45%), механической прочностью и водопрочностью. Структурной считается почва, содержащая
более 55% водопрочных агрегатов размером 0,25–10 мм. Часто используют
коэффициент структурности – отношение количества мезоагрегатов к сумме
макро- (более 7 или 10 мм) и микроагрегатов (до 0,25 мм). Структуру характеризуют два основных показателя – связность и водопрочность. Под связностью
структуры понимается ее устойчивость к механическим воздействиям. Водопрочность – способность не разрушаться при увлажнении. Только связная и водопрочная структура способна сохранять благоприятное сложение при многократных обработках и увлажнении. В ином случае структура быстро разрушается
при обработке или увлажнении осадками, и почва становится бесструктурной.
Крайне важно, чтобы водопрочные агрегаты были пористые, имели рыхлую
упаковку, легко воспринимали воду, допускали легкое проникновение корней и
микроорганизмов. Обычно такая структура у легких суглинков и связных супесей.
В тяжелых породах упаковка агрегатов слишком прочная, поры тонкие, то есть
такая структура не имеет ценности в агрономическом плане.
При наличии агрономически ценной структуры в почве создается благоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной пористости. Между агрегатами
50
преобладают некапиллярные, внутри – капиллярные поры. В бесстуктурной почве
механические элементы лежат плотно, поэтому образуются только капиллярные
поры. Структурные почвы благодаря наличию некапиллярных пор хорошо впитывают влагу, которая по мере движения впитывается комками, а промежутки
между комками заполняются воздухом. Воздух содержится и в порах аэрации
внутри комка. Потери воды от поверхностного стока в такой почве минимальны,
а наличие некапиллярных пор предохраняет от испарения влаги с поверхности.
В структурных почвах создаются благоприятные условия обеспечения растений
влагой и воздухом. Даже при увлажнении до наименьшей влагоемкости в таких
почвах сохраняется хороший воздухообмен и господствуют окислительные процессы. Достаточная аэрация при наличии доступной влаги создает хорошие условия для потребления элементов питания растениями по сравнению с бесструктурной почвой, активнее идут микробиологические и др. процессы, нет процессов
денитрификации, накопления несиликатных форм полуторных окислов.
Бесстуктурная почва медленно поглощает воду, потери воды велики
вследствие стока. Сплошная капиллярная связь вызывает большие потери от испарения. В такой почве часто бывает крайнее положение увлажнения: избыточное
и недостаточное. При избыточном увлажнении все промежутки заняты водой,
ощущается недостаток воздуха, развиваются анаэробные процессы, ведущие
к потерям азота вследствие денитрификации, образованию токсичных закисных
форм железа и марганца, накоплению несиликатных форм полуторных окислов
(что способствует закреплению фосфора в труднодоступной форме). При недостаточном увлажнении ощущается недостаток влаги.
Агрономически ценная структура, имея рыхлое сложение, облегчает прорастание семян и распространение корней растений, уменьшает энергетические
затраты на механическую обработку почвы. Более плотное сложение и повышенная связность тяжелых бесструктурных почв повышает удельное сопротивление и ухудшает развитие корней растений.
Благоприятное влияние на агрономические свойства почв оказывает и
микроструктура при условии ее пористости и водопрочности. Лучшими считаются
микроагрегаты (0,25–0,01 мм). Более мелкие микроагрегаты затрудняют водо- и
воздухопроницаемость, повышают испарение.
Во влажных зонах особенно важно иметь более крупные макроагрегаты
для лучшей водопроницаемости и водоотдачи. В засушливых условиях важно
ослабить испаряемость, поэтому здесь благоприятнее мелкие агрегаты.
Главное, что в любых условиях структурная почва всегда имеет более
благоприятные условия для жизни растений, чем бесструктурная.
В образовании структуры участвуют 2 процесса: механическое разделение
на агрегаты и образование водопрочных отдельностей. Механическое разделение
идет при изменении давления вследствие резких колебаний сухих и влажных
условий, замерзании и оттаивании, деятельности почвенных животных, рыхлящем
воздействии почвообрабатывающих орудий.
51
Водопрочность агрегаты приобретают под влиянием коагуляции и цементации благодаря почвенным коллоидам, органическим и минеральным. Хорошими
коагуляторами чаще бывают двух-, трехвалетные катионы: Ca, Mg, Al, Fe. При
преобладании натрия и иных одновалентных катионов прочной структуры не
образуется. Хорошие структурообразователи – глинистые минералы и гидроокиси
Al, Fe; гуминовые кислоты. При временном избыточном увлажнении часто проявляется оструктуривающая роль железа. Водорастворимые закисные формы при
подсыхании переходят в нерастворимые окисные, цементируя почвенные агрегаты.
Из растений наиболее сильное оструктуривающее действие оказывает
многолетняя травянистая растительность, образующая при разложении большое
количество связанного с кальцием гумуса. Широко известна деятельность люмбрицидов, оструктуривающих почву копролитами.
Наиболее прочной структурой обладают в целинном состоянии черноземы,
чуть меньшей – камбисоли, лювисоли, каштаноземы. Минимальную водопрочность имеют структуры криосолей, ареносолей.
Структура почв динамична. Разрушение происходит под влиянием обработки, передвижения по почве, ударов капель дождя, при замене двухвалентных
катионов в ППК на одновалентные (гипсование, известкование). Улучшение структурного состояния почв осуществляется агротехническими методами: посев
многолетних трав и культур с мощной корневой системой (пшеница, кукуруза,
подсолнечник), обработка почв в спелом состоянии, проведение химической
мелиорации, внесение органических и минеральных удобрений.
К общим физическим свойствам относятся удельная поверхность, удельная масса (плотность твердой фазы), объемная масса (плотность) во влажном и
в сухом состоянии и пористость (скважность), а некоторые исследователи относят сюда и гранулометрический состав.
Физические свойства твердой фазы почв характеризуются удельной массой, объемной массой, пористостью, удельной поверхностью.
Плотность почвы (объемная масса) – масса единицы объема абсолютно
сухой почвы, взятой в естественном сложении. Она зависит от минералогического и гранулометрического состава, структуры, содержания ОВ. Обработка почвы
уменьшает плотность, проход техники – увеличивает. Плотность почвы сильно
влияет на поглощение влаги, газообмен в почве, развитие корней, микробиологические процессы. Во всех почвах, кроме красноземов, плотность агрегатов
явно увеличивается с уменьшением их размеров. Превышение плотности агрегатов над плотностью почвы в целом связано с пористостью упаковки агрегатов,
которая может достигать значительной величины.
Влажность почвы влияет не только на плотность 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.
52
Так, 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. Известно,
что плотность почвы свыше 1,4 г/см3 является предельной для нормального развития большинства растений. Это связано с тем, что корни растений с трудом
проникают в такую плотную почву. Экологически благоприятные для растений
амплитуды плотности почв разного гранулометрического состава: для глинистых и суглинистых почв – 1,0–1,30 г/см3, легкосуглинистых – 1,10–1,40 г/см3,
супесчаных – 1,20–1,45 г/см3, песчаных – 1,25–1,60 г/см3. 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). Оптимальная плотность
пахотного горизонта – 1,0–1,2 г/см3, при 1,2–1,3 г/см3 почва уплотнена, при 1,3–
1,4 г/см3 – сильно уплотнена, 1,4–1,6 г/см3 – типичные величины для подпахотных горизонтов, 1,6–1,8 г/см3 – для иллювиальных горизонтов.
Плотность почвы определяется твердой фазой почвы и упаковкой составляющих ее частиц и агрегатов.
Удельная масса (плотность твердой фазы) почвы – отношение массы
твердой фазы к массе воды в том же объеме при 4 °С.
Плотность самой твердой фазы почвы зависит от минерального состава и
содержания гумуса. Она определяется обычно пикнометрически, при заполнении водой всех пор почвы. Почвы образуются из рыхлых осадочных пород,
прошедших цикл выветривания, а эти породы содержат в основном такие минералы легкой фракции, как кварц, полевые шпаты, слюды с относительно небольшой плотностью (2,5–3,0 г/см3). В реальных почвах плотность колеблется
в пределах 2,50–2,90 г/см3 (в среднем 2,65 г/см3), в органогенных горизонтах –
в диапазоне от 1,4 до 1,8 г/см3. Для органических веществ плотность твердой фазы
изменяется от 0,2 до 1,4 г/см3.
Пористость (скважность) почвы – суммарный объем всех пор между
частицами твердой фазы почвы. Выражается в процентах от общего объема почвы
и вычисляется по плотности (ОМ) и плотности твердой фазы (УМ) почв:
Робщ = (1 – ОМ / УМ) × 100.
Пористость – одно из основных свойств почв. Именно в порах происходят
все почвенные процессы. В них распределяются корни растений, живут микроорганизмы, мелкие животные. Соотношение воды и воздуха в порах почвы
определяют окислительно-восстановительный режим. Поры определяют передви53
жение воды в почве, вынос соединений из почвенного слоя, капиллярный подъем
воды. Всю совокупность пор почвы называют общей порозностью (пористостью).
В зависимости от гранулометрического состава и агрегированности почв объем
общей порозности закономерно изменяется (табл. 4.1): возрастает от песков
к глинам, но уменьшается снова в слитых почвах.
Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, содержания ОВ, приемов обработки и окультуривания почвы. Поры образуются между
отдельными механическими элементами, агрегатами и внутри агрегатов. В минеральных горизонтах она обычно составляет 25–60%, в торфяных достигает 90%.
Особенно низкая порозность в оглеенных (су)глинистых горизонтах – 25–30%.
Различают общую пористость, капиллярную и некапиллярную. Поры могут быть
заполнены водой и воздухом. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость и воздухообмен, капиллярные поры создают водоудерживающую способность почвы, то есть обеспечивают запас доступной для растений влаги.
Таблица 4.1 – Плотность и пористость почв (по данным А. Д. Воронина)
Плотность, г/см3
Пористость, % от объема почвы
Глубина, Твердые
Горизонт
Агрегатная
см
фазы Почвы Общая Агрегатная Межагрегатная
с/в
почвы
Дерново-подзолистая почва
Ап
10–20
2,66
1,32
50,4
37,5
12,3
41,2
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
Чернозем мощный типичный
АдА1
5–15
2,62
1,11
57,8
19,1
38,7
30,3
А1
15–25
2,61
1,16
55,5
20,8
34,7
31,0
В1
60–70
2,63
1,21
54,0
27,0
27,0
37,1
В2
90–100
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
35,0
29,0
6,0
–
Краснозем типичный
Ап
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
Примечание: прочерк – нет данных.
Для создания устойчивого запаса влаги в почве при хорошем воздухообмене необходимо, чтобы некапиллярная пористость составляла 55–65% общей.
54
Если она менее 50%, то могут возникнуть анаэробные процессы в почве. В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели наибольшую капиллярную
пористость, заполненную водой, и одновременно пористость аэрации не менее
15% объема в минеральных и 30–40% в торфяных почвах. При пористости более
65% почва избыточно пористая, вспушена; при 55–65% – отличная пористость,
при 50–55% – удовлетворительная, менее 50% – неудовлетворительная, 25–40% –
характерна для уплотненных иллювиальных горизонтов.
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 0,01 мм, мелкие корешки – в поры крупнее 0,1 мм, простейшие и водоросли живут в порах с диаметром крупнее 0,02 мм, бактерии – 0,001 мм. Чем
меньше диаметр капилляра, тем прочнее удерживается вода в почве, тем большую силу следует приложить, чтобы извлечь эту воду из почвы.
Особо следует остановиться на изменении порозности почв при набухании и усадке. Этот процесс развит в суглинистых и глинистых почвах и зависит, кроме содержания ила, также от агрегированности почвы. Если почва хорошо
агрегирована, то набухание уменьшает пористость межагрегатную и почти не
изменяет общий объем почвы. В случае если почва не агрегирована, то отмечается увеличение объема почвы.
Гранулометрический состав и степень агрегированности определяют
общую пористость почв, следовательно, плотность сложения, удельную поверхность, площадь взаимодействия корней растений и почвы, другие свойства почв.
Пористость почв и размеры отдельных пор, группировка их по размерам и форме
определяют соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз почв. Но это соотношение также зависит от водных свойств почвы (табл. 4.2).
Диспергирование не меняет веса всей породы (твердой фазы), но резко
увеличивает суммарную поверхность всех частиц. Удельная поверхность почвы –
суммарная поверхность всех частиц почвы, отнесенная к единице веса или объема,
выражается чаще всего в м2/г.
Таблица 4.2 – Гранулометрический состав и физические свойства слоя 0–50 см
ряда суглинистых зональных почв
Почва
Ил, %
Кальцисоль
Каштанозем
Альбелювисоль
Солонец
Моллик каштанозем
Чернозем
14
23
24
25
30
37
Пыль, % Песок, % Уп, м2/г
62
60
67
60
58
56
24
16
10
15
11
6
43
101
53
93
112
117
ОМ,
г/см3
1,32
1,25
1,35
1,28
1,25
1,00
УМ,
г/см3
2,68
2,61
2,64
2,63
2,62
2,58
Р, %
51
52
49
49
56
52
Примечание: ОМ – плотность почвы; УМ – плотность твердой фазы; Р – пористость;
Уп – удельная поверхность.
55
Удельная поверхность почвенных частиц является важной физической
характеристикой почвы. Процесс диспергации (дробления) минеральной части
почвы означает переход ее в более активное состояние, так как с увеличением
дисперсности увеличивается поверхность твердой фазы в единице веса или
объема, а вместе с тем возрастает и поверхностная энергия. С увеличением
удельной поверхности связаны явления поглощения минеральных веществ,
зольных элементов, паров, газов, передвижение в почве воды и воздуха, а также
другие физические и технологические свойства почвы.
Выделяют внешнюю поверхность, или (как ее еще называют) кинетическую
поверхность дисперсного вещества, и внутреннюю поверхность внутри элементарных почвенных частиц, микропор, трещин и т. п. Поверхность почвенных
частиц имеет свой сложный микрорельеф, отдельные участки которого энергетически неравноценны. Особой энергетической активностью характеризуются выпуклые элементы частиц. Удельная поверхность частиц разного размера может
различаться на 6 порядков: от мм2/г почвы у песка до десятков м2/г у коллоидов.
Обычно удельную поверхность почвы определяют насыщением почвы водяным паром (или этиленгликолем). По Кутилеку, насыщение идет до образования мономолекулярного слоя вокруг каждой почвенной частицы:
S = 3610 ⋅
где
V2 − V1
V1 − V0
,
V2, V1, V0 – вес после насыщения, до насыщения и тары соответственно.
Физические свойства почвы во многом определяют жизнь живых организмов. Так, уплотненные глинистые почвы (старые дороги; плотность почв –
2,0 г/см3) в течение 30 лет после прекращения пользования ими еще не зарастают
растениями. Гранулометрический состав определяет во многом растительный
покров территории, влияя на водные свойства и водный режим почв.
К физико-механическим свойствам почв относится пластичность, липкость,
набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. Эта группа
свойств имеет большое значение для оценки технологических свойств почв.
Пластичность – способность почв изменять свою форму под влиянием
какой-либо внешней силы без нарушения сплошности и сохранять приданную
форму после устранения этой силы. Пластичность обусловлена илистой фракцией почв и зависит от влажности. Различают верхний (весовая влажность, при
которой стандартный конус под действием собственной массы погружается
в почву на глубину 10 см) и нижний (весовая влажность, при которой образец
почвы можно раскатать в шнур диаметром 3 мм без образования в нем разрывов)
пределы текучести. Число пластичности – разность между показателями верхнего
и нижнего пределов. Глины имеют число пластичности более 17, суглинки – 7–17,
супеси – 1–7, пески не обладают пластичностью. Пластичность возрастает при
увеличении доли натрия в почве и уменьшении доли кальция, магния, содержания гумуса.
56
Липкость (прилипание) – свойство влажной почвы прилипать к другим
телам. Липкость отрицательно влияет на технологические свойства почв, увеличивая тяговое сопротивление. Чем тяжелее гранулометрический состав, тем больше
липкость. Предельно вязкие почвы имеют липкость более 15 г/см2, сильновязкие – 5–15 г/см2, средневязкие 2–5 г/см2, слабовязкие – менее 2 г/см2.
С липкостью связано важное агрономическое свойство почвы – физическая спелость, то есть состояние, при котором почва хорошо крошится на комки,
не прилипая к орудиям обработки. Раньше спеют легкие почвы, более гумусированные.
Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Оно обусловлено
сорбцией влаги почвенными частицами и гидратацией обменных катионов. Наибольшей набухаемостью обладают минералы монтмориллонитовой группы и вермикулит, малой – каолинитовые. Набухаемость увеличивает насыщение почвы
натрием или увеличение содержания органического вещества. Набухаемость
выражается в процентах от исходного объема почвы и является отрицательным
качеством, способствуя разрушению почвенных агрегатов.
Усадка – сокращение объема почвы при высыхании, то есть обратно
высыханию. Сильная усадка приводит к образованию трещин, разрыву корней
растений, повышению потерь влаги от испарения.
Связность почвы – способность сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы, – выражают в кг/см2. Вызывается силами
сцепления между частицами почвы, зависит от минералогического и гранулометрического состава, структурности, гумусированности, влажности почвы.
Наибольшей связностью обладают глинистые почвы: при влажности, близкой
к ВЗ; при насыщении ионами натрия, что способствует диспергированию почвы
и увеличению удельной поверхности; при ухудшении структурного состояния.
Удельное сопротивление – усилие, затрачиваемое на подрезание пласта,
его оборот и трение о рабочую поверхность (кг/см2). Этот показатель колеблется
в пределах 0,2–1,2 кг/см2. Зависит от гранулометрического состава, вида земель,
влажности.
В земледельческой практике обычно регулируют физико-механические
свойства при выборе сроков и приемов обработки. Эти свойства улучшают внесением органических удобрений, посевом многолетних трав, минимализацией
обработок, химической мелиорацией, использованием машин-орудий с низкими
уплотняющими параметрами.
В целом следует подчеркнуть, что гранулометрический состав почв определяет многие другие их свойства. С ним связан валовой состав почв, содержание
гумуса, питательных элементов, влагоемкость, пористость. Чем тяжелее гранулометрический состав, тем больше в почвах (при прочих равных условиях) содержание гумуса, воды, пористость, тем почва богаче питательными веществами (табл. 4.3).
Это значит, что более тяжелые почвы потенциально более плодородны.
57
Таблица 4.3 – Содержание питательных элементов в разных гранулометрических
фракциях почв лесной зоны, % от массы почвы
Фракция
Песок
Пыль
Ил
Р
0,05
0,10
0,30
К
1,4
2,0
2,5
Са
2,5
3,4
3,4
Но плодородие почв определяется также их физическими свойствами,
которые также определяются гранулометрическим составом. Продуктивность
почв выше, если их плотность колеблется в пределах 1–1,4 г/см3, пористость –
50–60%, влагоемкость – 40–60%.
Любая почва обладает определенными электрическими свойствами.
Почва состоит из множества минеральных зерен, на части которых образуются
минеральная и органо-минеральная матрицы, в свою очередь состоящие из кластеров (активных центров). На матрицах 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. Таким
образом, можно сказать, что почва имеет естественное, или стационарное, электрическое поле, которое можно измерить. На потенциал точки влияют содержание
поглощенных катионов, влажность почвы, ее гранулометрический состав в данной точке. Высокая влажность способствует выравниванию электрического поля
в почве между горизонтами. Легкий гранулометрический состав, напротив, увеличивает разность потенциалов в разных точках почвы.
Основной параметр, характеризующий естественное (и искусственное)
электрическое поле, – объемная плотность зарядов – количество ионов и других
заряженных частиц в объеме почвы. На практике измеряют напряжение естественного поля (разность потенциалов между двумя точками) в милливольтах и сопротивление почвы при наложении искусственного электрического поля на почву.
Обычно определяют кажущееся сопротивление, которое суммирует все сопротивления неоднородного участка почвы.
Применение сопротивления электрического поля (СЭП) 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.
В гетерономных ландшафтах гумидной зоны, где геохимически подчиненные супераквальные ландшафты выполняют роль аккумуляторов веществ,
58
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 трансэлювиальном и трансаккумулятивном 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 косвенным путем связаны также и с факторами почвообразования. К примеру, 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 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.
Распределение плотностей подвижных электрических зарядов в почвах
осуществляют почвообразовательные процессы. Каждый элементарный почвообразовательный процесс, как уже было сказано, «работает» на обогащение или
обеднение электрическими зарядами определенного генетического образования:
морфона, горизонта, части почвенного профиля или всей ее толщи.
Электрическое сопротивление – комплексная характеристика почвенных
свойств. Поэтому его использование возможно для оценки и определения этих
свойств в зависимости от условий и задач исследования.
Зональная смена процессов выщелачивания, имеющих преобладающее
значение в большинстве почв гумидной зоны, наиболее ярко выраженный процесс гумусонакопления в файоземах, лювисолях и особенно в черноземах в значительной мере влияет на параметры СЭП в сторону их существенного снижения по сравнению с автоморфными дерново-подзолистыми почвами.
При формировании почвенно-электрических профилей солонцов первостепенное значение наряду с поглощенными Са и Mg приобретает Na, а в кальцисолях, гипсисолях и солончаках – концентрации ионов почвенного раствора.
Естественные потенциалы, являясь природным явлением, не только отражают
энерго- и массоперенос, но и самостоятельно влияют на передвижение электрически заряженных частиц, выравнивая их электрохимические потенциалы
за счет генерации электрического поля, препятствующего самопроизвольной
миграции их под действием различий в химических потенциалах.
59
ЛЕКЦИЯ 5. ВОДА В ПОЧВЕ
Вода играет огромную роль в жизни Земли – без нее нет жизни. Вода
обладает большой подвижностью, передвигается даже в твердом состоянии.
В жидком состоянии она двигается под действием силы тяжести, в парообразном – за счет диффузии и пассивно – с воздухом. Благодаря большой подвижности и способности переносить различные вещества вода играет большую роль
в обмене веществ.
Главный источник передвижения воды – энергия Солнца. Вода на своем
пути неизбежно попадает в почву. Почвенная влага – основной источник воды
для растений и заслуживает большого внимания и изучения наравне с влагой
атмосферы, поверхностных и подземных вод. С поверхности океана испаряется
ежегодно 1240 мм осадков, выпадает в среднем 670 мм, то есть около половины
испарившейся с океанов влаги выпадает над сушей.
Именно почва играет огромную роль в круговороте воды, преобразуя ее
в парообразную воду, поверхностный сток, подземный сток, испарение (транспирацию), т. е. водный режим почв территории – одно из важнейших звеньев водного режима всей суши. Основатель гидрологии почв Г. Н. Высоцкий сравнивал
почвенную влагу с кровью организма, так как она обеспечивает передвижение
веществ и снабжение растений влагой.
При анализе водного статуса почв следует различать понятия водного
режима, режима влажности и водного баланса.
Водный режим – совокупность явлений поступления, передвижения, удаления влаги из почвы и изменения состояния почвенной влаги.
Режим влажности почвы – явления увеличения и уменьшения влаги в почве.
Водный баланс – совокупность количественных характеристик поступления и расхода влаги из почвы.
Воды, как поверхностные, так и грунтовые, играют огромную роль
в процессах почвообразования. Эта роль заключается в первую очередь в формировании окислительно-восстановительного режима почвы. При глубоком
залегании грунтовых вод и отсутствии застоя поверхностных вод в почвенном
профиле создаются аэробные условия и протекают окислительные явления,
которые сопровождаются интенсивной минерализацией органического вещества.
В таких условиях формируются автоморфные почвы, не имеющие признаков
заболачивания. Они всегда содержат значительно меньше гумуса (по сравнению
с полигидолморфными – почти в два раза меньше). Например, в автоморфных
дерново-подзолистых песчаных почвах обычное содержание гумуса составляет
1,0–1,5%, а в глееватых и глеевых – 2,0–2,5%.
При избыточном увлажнении, обусловленном близким залеганием грунтовых вод и застоем поверхностных вод в пониженных элементах рельефа, развивается болотный процесс почвообразования. Особенностью болотного процесса почвообразования являются анаэробные условия и восстановительные
60
процессы. В анаэробных условиях уменьшается активность окислительных процессов, что приводит к ослаблению минерализации органического вещества.
На поверхности почвы накапливаются полуразложившиеся органические останки
в виде торфа, которому свойственна высокая гидрофильность и влагоемкость, а
также низкая аэрация при избыточном увлажнении, что способствует дальнейшему развитию процессов заболачивания.
При избыточном увлажнении в почвах развивается процесс оглеения
минеральной породы, характерной особенностью которого является превращение
окисного железа в закисное, более подвижное соединение, которое окрашивает
почвы в синий цвет. При временном избыточном увлажнении происходит смена
окислительных и восстановительных условий и соединения железа могут быть
то в окисной, то в закисной форме.
При подсыхании почвы в ней улучшается воздушный режим, а следовательно, и окислительные явления, что ведет к образованию гидрата окиси железа.
Образование гидратов окиси Fe придает почве окраску в виде ржавых и охристых пятен, примазок и других железистых образований: ортштейновых конкреций, прожилок, ржавых трубочек по корневым ходам. Эти новообразования –
неопровержимые признаки временного избыточного переувлажнения.
При постоянном избыточном увлажнении ионы закисного железа вступают
в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя вторичные алюмоферросиликаты,
которые и придают сизую, грязно-зеленую или голубоватую окраску, а при их
накоплении в почве образуется глеевый горизонт.
Гидрологические режимы и свойства почв зависят от общего состояния
увлажненности территории. ГТК и коэффициент увлажнения изменяются как
в широтном, так и в меридиональном направлении, следствием чего является
широтная зональность, фациальность и смена типов водного режима от застойного и промывного до выпотного.
Почвенная влага – основной ресурс для построения тела растений и важнейший фактор, определяющий условия существования сельскохозяйственных
культур и обработки почвы. Вода необходима для растений в значительно больших количествах, чем другие средства питания растений. На формирование 1 г
сухого вещества тратится до 500 г и более воды. Необходимо отметить, что значительная часть элементов питания усваивается растениями, а характерной особенностью воды является ее непрерывное, одностороннее передвижение из почвы
через корни растений вверх по стеблю к листовой поверхности, где она испаряется.
Растения, произрастающие на влажной почве, в условиях влажного климата, перемещают воду из почвы в клетки быстрее, чем испаряют ее. В условиях
высокой транспирации, обусловленной сильным солнечным освещением, или
высокой температурой воздуха, или горячими иссушающими ветрами, или ограниченными запасами влаги в почве корни растений не могут перемещать влагу
из почвы в сосудистую систему с такой же скоростью, с какой ее испаряет листовая поверхность. В таком случае содержание влаги в листьях заметно снижается,
61
вследствие чего листья растений многих видов утрачивают тургор и увядают.
Скорость передвижения воды в растениях зависит от внешних факторов и от особенностей самого растения (величина листовой поверхности, протяженность корневой системы). У хвойных деревьев она составляет от 0,5 до 1 см/час, у лиственных – до 40 см/час и более. За вегетационный период одно растение кукурузы
испаряет 200 кг воды, 1 га посева пшеницы – 2–3 т, 35-летняя яблоня – до 26 т.
Почвенная влага, поступая в растения, является основным компонентом,
участвующим в фотосинтезе. При недостатке влаги и недостаточном ее поступлении в растения резко снижается интенсивность фотосинтеза. Процесс фотосинтеза в нашей природной зоне ограничивает обычно не количество солнечной
энергии, а количество воды. В этой связи рациональное использование воды,
особенно в аридной зоне, является крайне важной задачей.
Колебания урожаев год от года чаще всего вызываются именно несоответствием запасов влаги в почве потребностям в ней растений. В Беларуси особенно часты засухи в южных и юго-восточных районах. В этом аспекте выделяют
зоны устойчивого (стабильного) и рискованного земледелия.
Роль воды в почве определяется ее особым двойственным положением
в природе: с одной стороны, вода – это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая многие физические и химические процессы в природе, с другой – это мощная транспортная геохимическая система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. Воде принадлежит главенствующая роль в почвообразовании: процессы выветривания и новообразование минералов, гумусообразование и химические реакции совершаются только в водной
среде; формирование генетических горизонтов почвенного профиля, динамика
протекающих в почве процессов также связаны с водой. Вода в почве выступает
и как терморегулирующий фактор, определяя в значительной степени тепловой
баланс почвы и ее температурный режим. Исключительно велика ее роль в плодородии почвы, в обеспечении условий жизни растений, поскольку почва является
главным, а во многих случаях и единственным источником воды для растений.
5.1. Категории (формы) и состояния почвенной воды
Вода в почвах неоднородна. Разные ее порции имеют разные физические
свойства (термодинамический потенциал, теплоемкость, плотность, вязкость,
удельный объем, химический состав, подвижность молекул, осмотическое давление и т. д.), обусловленные характером взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы (твердой, газовой,
жидкой). Порции почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название категорий или форм почвенной воды.
В истории почвоведения было предложено много классификаций категорий воды, содержащейся в почве. Наиболее современной и полной является
62
классификация, разработанная А. А. Роде (1965), которая приводится ниже. Согласно
этой классификации, в почвах можно различать следующие пять категорий
(форм) почвенной воды.
Твердая вода – лед. Твердая вода в почве – это лед, являющийся потенциальным источником жидкой и парообразной воды, в которую он переходит
в результате таяния и испарения. Появление воды в форме льда может иметь
сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота)
характер. Поскольку почвенная вода – это всегда раствор, температура замерзания
воды в почве ниже 0 °С.
Химически связанная вода (включает конституционную и кристаллизационную). Первая из них представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидроксиды железа, алюминия, марганца; органические и
органоминеральные соединения; глинистые минералы); вторая – целыми водными молекулами кристаллогидратов, преимущественно солей (полугидрат –
CaS04 · ½Н2O, гипс – CaS04 · 2H20, мирабилит – Na2S04 10H20). Конституционную и кристаллизационную воду иногда объединяют общим понятием гидратной или кристаллогидратной воды. Эта вода входит в состав твердой фазы почвы
и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается и не обладает свойствами растворителя.
Парообразная вода. Эта вода содержится в почвенном воздухе порового
пространства в форме водяного пара. Одна и та же почва может поглощать различное количество паров воды из атмосферного воздуха, что зависит от упругости
пара: чем она больше, т. е. чем ближе припочвенный воздух к состоянию насыщения водяным паром, тем больше количество парообразно поглощенной воды
в почве. Вообще говоря, почвенный воздух практически всегда близок к насыщению парами воды, а небольшое понижение температуры почвы приводит
к его насыщению и конденсации пара, в результате чего парообразная вода переходит в жидкую; при повышении температуры имеет место обратный процесс.
Парообразная вода в почве передвигается в ее поровом пространстве от участков
с высокой упругостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью (активное движение), а также вместе с током воздуха (пассивное движение).
Физически связанная, или сорбированная, вода. К этой категории
относится вода, сорбированная на поверхности почвенных частиц, обладающих
определенной поверхностной энергией за счет сил притяжения, имеющих различную природу. При соприкосновении почвенных частиц с молекулами воды
последние притягиваются этими частицами, образуя вокруг них пленку. Удержание молекул воды происходит в данном случае силами сорбции.
Молекулы воды могут сорбироваться почвой как из парообразного, так и
из жидкого состояния. Благодаря тому, что молекулы воды не являются энергетически нейтральными, а представляют собой диполи, они обладают способностью притягиваться полюсами друг с другом. Прочность их фиксации наибольшая у границ почвенных частиц. В зависимости от прочности подразделяется
на прочносвязанную и рыхлосвязанную.
63
Прочносвязанная вода – это вода, поглощенная почвой из парообразного
состояния. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв, а поглощенную таким образом воду – гигроскопической (Г).
Таким образом, прочносвязанная вода – это вода гигроскопическая. Она удерживается у поверхности почвенных частиц очень высоким давлением – (1–2) · 109 Па, –
образуя вокруг почвенных частиц тончайшие пленки. Высокая прочность удержания обусловливает полную неподвижность гигроскопической воды. По физическим свойствам прочносвязанная (гигроскопическая) вода приближается к твердым телам. Плотность ее достигает 1,5–1,8 г/см3, она не замерзает, не растворяет
электролиты, отличается повышенной вязкостью и не доступна растениям.
Количество водяного пара, сорбируемого почвой, находится в тесной
зависимости от относительной влажности воздуха, с которым соприкасается
почва. Чем она больше, тем большее количество воды сорбируется почвой. При
низкой относительной влажности воздуха (порядка 20–40%) имеет место сорбция воды непосредственно почвенными частицами с образованием моно- или
бимолекулярного слоя. Дальнейшее увеличение относительной влажности воздуха обусловливает возрастание толщины водной пленки.
Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из
парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100%
(94–98%), называют максимальной гигроскопической водой (МГ). При влажности
почвы, равной МГ, толщина пленки из молекул воды достигает 3–4 слоев.
На гигроскопичность почв и МГ оказывают существенное влияние свойства
твердой фазы почв, и в первую очередь те из них, с которыми связана удельная
поверхность почвенных частиц (гранулометрический и минералогический состав
почв, степень их гумусированности). Чем выше в почве содержание илистой и
особенно коллоидной фракции, тем выше будет гигроскопичность почв и МГ.
Гумус также увеличивает гигроскопичность почвы. Поэтому почвы
с более высоким содержанием гумуса при одном и том же гранулометрическом
составе всегда характеризуются большим значением МГ. В почвах минеральных
максимальная гигроскопичность колеблется от 0,5–1% в слабогумусированных
песках и супесях до 15–16% в сильногумусированных суглинках и глинах, а
в торфах может достигать 30–50%.
Рыхлосвязанная (пленочная) вода. Сорбционные силы поверхности почвенных частиц не насыщаются полностью даже в том случае, если влажность почвы
достигнет МГ. Почва не может поглощать парообразную воду сверх МГ, но
жидкую воду может сорбировать и в большем количестве. Вода, удерживаемая
в почве сорбционными силами сверх МГ, – это вода рыхлосвязанная, или пленочная.
Сила, с которой она удерживается в почве, измеряется значительно меньшим
давлением (по сравнению с водой прочносвязанной) – порядка (1–10) 105 Па.
Рыхлосвязанная вода также представлена пленкой, образовавшейся вокруг
почвенной частицы, но пленкой полимолекулярной. Толщина ее может достигать
нескольких десятков и даже сотен диаметров молекул воды. По физическому
состоянию рыхлосвязанная вода очень неоднородна, что обусловлено различной
64
прочностью связи молекул различных слоев. Поэтому можно сказать, что она
находится в вязкожидкой форме, т. е. занимает промежуточное положение между
водой прочносвязанной и свободной. Рыхлосвязанная (пленочная) вода в отличие от прочно-связанной может передвигаться в жидкой форме от почвенных
частиц с более толстыми водяными пленками к частицам, у которых она тоньше
(рис. 5.1), т. е. передвижение этой воды возможно при наличии некоторого градиента влажности и происходит оно очень медленно, со скоростью несколько
десятков сантиметров в год.
Содержание пленочной воды в почве
определяется теми же свойствами почв, что и
содержание максимальной гигроскопической.
В среднем для большинства почв оно составРисунок 5.1 – Передвижение
ляет 7–15%, иногда в глинистых почвах доспленочной (рыхлосвязанной) воды
тигает 30–35% и падает в песчаных до 3–5%.
Свободная вода. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных
частиц (сорбционных) и является свободной. Отличительным признаком этой
категории воды является отсутствие ориентировки молекул воды около почвенных частиц. В почвах свободная вода присутствует в капиллярной и гравитационной формах.
Капиллярная вода. Она удерживается в почве в порах малого диаметра –
капиллярах под действием капиллярных или, как их еще называют, менисковых
сил. Возникновение этих сил обусловлено следующими явлениями. Поверхностный слой жидкости по своим свойствам отличается от ее внутренних слоев. Если
на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих молекул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости и испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение только со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода – воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно
малы, и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости.
По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению, так как
любая система стремится к компенсации свободной энергии (к форме сферы).
Наличие у поверхностных молекул жидкости ненасыщенных, неиспользованных
сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает поверхностным натяжением,
или поверхностным давлением (давлением Лапласа), которое представляет собой
разницу между атмосферным давлением и давлением жидкости.
Значение поверхностного натяжения зависит от формы поверхности жидкости и радиуса капилляра. Поверхностное давление, развивающееся под плоской
65
поверхностью жидкости, называется нормальным. Для воды оно равно 1,07 · 109 Па.
Давление уменьшается, если поверхность жидкости вогнутая, и увеличивается
в случае поверхности выпуклой.
Согласно уравнению Лапласа, когда давление жидкости меньше атмосферного и поверхность имеет вид вогнутого мениска, поверхностное давление (P1)
будет меньше нормального (Р0) и равно
Р1 = Р0 – α (1/R1+1/R2), или приближенно Р1 = Р0 – 2α/R,
α – поверхностное натяжение, равное для воды 75,6 · 10–3 Н/м при 0 °С;
R1, R2 – радиусы кривизны поверхности жидкости.
В противоположном случае, т. е. при давлении жидкости больше атмосферного и выпуклой поверхности жидкости
где
Р1 = Р2 + α (1/R1+1/R2).
Как видно из приведенных формул, поверхностное давление жидкости
зависит от радиуса искривленной поверхности жидкости. Чем он меньше, то есть
чем уже почвенные капилляры, тем давление больше. В капиллярах с вогнутым
мениском как бы возникает вакуум, который и поднимает за пленкой столбик
воды в капилляре (рис. 5.2).
Вода обладает свойством хорошо смачивать твердые тела. Поэтому при
соприкосновении воды с почвенными частицами в порах-капиллярах образуются
мениски тем большей кривизны, чем меньше диаметр пор. Явление смачивания
обуславливает образование в почвах только вогнутых менисков, так как при
взаимодействии воды с твердой фазой энергия выше, чем между молекулами воды.
Рисунок 5.2 – Капиллярные явления
При погружении капилляра в резервуар с водой вода под действием добавочного давления ∆Р = Р1 – Р0 поднимается на такую высоту, чтобы уравновесить силу тяжести, т. е. ρgh = 2α/R, откуда h = 2α/Rgρ; иными словами высота
обратно пропорциональна радиусу капилляра.
66
В почвах менисковые (капиллярные) силы начинают проявляться в порах
с диаметром менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром от 100
до 3 мкм (табл. 5.1). В порах крупнее 8 мм капиллярные свойства не выражены,
так как сплошной вогнутый мениск здесь не образуется; большая часть поверхности остается плоской, искривление ее наблюдается только у стенок. Поры же
мельче 3 мкм заполнены в основном связанной водой, и мениски здесь также не
образуются. Более 10 м подъема быть не может еще и по той причине, что этой
величине соответствует атмосферное давление. Скорость капиллярного поднятия является функцией V = f · R/t0. Чем выше капиллярный подъем, тем меньше
его скорость (за счет трения о стенки капилляра).
Таблица 5.1 – Зависимость высоты подъема воды от радиуса капилляра
R, мм
H, мм
5
3
2
7
1
15
0,5
30
0,1
149
Система пор, имеющихся в почвах, представляет собой сложную мозаику
капилляров самого разного сочетания и размеров, в которых образуются мениски
различной кривизны. В результате этого в почвах существует разность давлений
не только под мениском и плоской поверхностью пленки натяжения, но и между
поверхностью менисков разной кривизны. Разность поверхностных давлений
называют отрицательным капиллярным давлением.
С появлением этого давления связывают способность почв удерживать
определенное количество влаги и подъем воды в капиллярных порах.
Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая. Она высокоподвижна, способна обеспечить восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении.
Капиллярная вода свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии. Все мероприятия, направленные на сохранение воды в почве или пополнение ее запасов (при орошении), связаны
с созданием в почве запасов именно капиллярной воды с уменьшением ее расхода
на физическое испарение.
Капиллярная вода подразделяется на несколько видов: капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую, капиллярно-посаженную.
Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). При этом под промоченным слоем
всегда имеется сухой слой, т. е. гидростатическая связь увлажненного горизонта
с постоянным или временным горизонтом подпочвенных вод отсутствует. Вода,
находящаяся в промоченном слое, как бы «висит», не стекая, в почвенной толще
над сухим слоем. Поэтому она и получила название подвешенной.
В природных условиях в распределении капиллярно-подвешенной воды
по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной (рис. 5.3).
67
Подвешенная вода удерживается
в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давлений, создаваемой в менисках
верхней и нижней поверхностей водного
слоя. Если этот предел разницы давлений
превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении,
так и вверх, в направлении испаряющейся
поверхности. При активном восходящем
Рисунок 5.3 – Схематическое изображедвижении воды в почвах близ поверхности
ние капиллярно-подпертой (слева) и капроисходит накопление веществ, содержапиллярно-подвешенной (справа) воды
щихся в растворенном виде в почвенном
растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том случае, если в почвах в пределах промачиваемого с поверхности слоя имеется горизонт скопления легкорастворимых солей или если полив почв
осуществляется минерализованными водами.
В суглинистых почвах количество капиллярноподвешенной воды и глубина промачивания почвы за
Рисунок 5.4 – Водная манжета счет этой формы воды могут достигать значительных
величин (табл. 5.2). В песчаных почвах эти показате(стыковая вода) между
шарообразными частицами
ли значительно ниже.
Таблица 5.2 – Распределение капиллярно-подвешенной воды в однородных
по гранулометрическому составу грунтах
Грунт
Тяжелый суглинок
Средний суглинок
Супесь
0–10
см
40
30
24
Влажность на различной глубине, %
10–20
20–30
30–40
40–50
50–60
см
см
см
см
см
39
35
34
33
32
28
28
28
28
27
23
22
21
20
17
60–70
см
31
26
15
Капиллярно-подвешенная вода в почвах сохраняется длительное время,
являясь доступной для растений. Поэтому эта форма воды с экологической точки
зрения представляет особую ценность. Скорость передвижения капиллярно-подвешенной воды к поверхности и, следовательно, скорость ее испарения, т. е. потери
воды из почвы, определяются главным образом структурностью почв. В структурных почвах этот процесс идет медленнее и вода дольше сохраняется. Одной
из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная (рис. 5.4).
68
Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что
в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает размер капилляров.
В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений
в местах соприкосновения – стыка твердых частиц в форме двояковогнутых линз
(«манжеты»), удерживаемых капиллярными силами.
Капиллярно-подпертая вода образуется в почвах при подъеме воды снизу
от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту, т. е. это вода,
которая содержится в слое почвы непосредственно над водоносным горизонтом
и гидравлически с ним связана, подпираемая водами этого горизонта.
Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунтовой толще
любого гранулометрического состава. Слой почвы или грунта, содержащий
капиллярно-подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой. В почвах тяжелого механического состава она обычно
больше (от 2 до 6 м), чем в почвах песчаных (40–60 см). Содержание воды в кайме
уменьшается снизу вверх. Изменение влажности в песчаных почвах при этом
происходит более резко. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды характеризует водоподъемную способность почвы.
Капиллярно-посаженная вода (подперто-подвешенная) образуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его
слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще
из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонко- и грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы
«посажена» на эти мениски.
Поэтому в слоистой толще распределение капиллярной воды имеет свои
особенности. Так, на контакте слоев различного гранулометрического состава
наблюдается повышение влажности, в то время как в однородных почвогрунтах
влажность равномерно убывает либо вниз по профилю (при капиллярноподвешенной воде), либо вверх по профилю (при капиллярно-подпертой воде).
Влажность слоистой почвенно-грунтовой толщи при прочих равных условиях
всегда выше влажности толщи однородной.
Гравитационная вода. Основным признаком свободной гравитационной
воды является передвижение ее под действием силы тяжести, т. е. она находится
вне влияния сорбционных и капиллярных сил почвы. Для нее характерны жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить
в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы, тонкие суспензии. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов (подпертая гравитационная вода).
Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам почвы сверху вниз. Появление ее связано с накоплением в почве воды, превышающей удерживающую силу менисков в капиллярах.
69
Вода водоносных горизонтов – это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу
до состояния, когда все поры и промежутки в почве заполнены водой (за исключением пор с защемленным воздухом). Эти воды могут быть либо застойными,
либо, при наличии разности гидравлических напоров, стекающими в направлении уклона водоупорного горизонта. Удерживаются они вследствие малой водопроницаемости подстилающих грунтов. Присутствие значительных количеств
свободной гравитационной воды в почве – явление неблагоприятное, свидетельствующее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса.
Осушительные мелиорации направлены, как правило, на уменьшение запасов
свободной гравитационной воды в почвах.
Разграничивая содержащуюся в почве воду на отдельные категории или
формы в зависимости от ее фазового состояния и природы сил, удерживающих
ее в почве (сорбционные, капиллярные, сила тяжести), необходимо сказать, что
любое разделение воды является условным, так как вода в почве практически
находится одновременно под действием нескольких сил с преобладающим влиянием силы какого-либо одного вида, и, говоря о действии на воду сил той или
иной природы, имеют в виду их преобладающее влияние.
Жидкая и парообразная вода в почве находится под действием различных
природных сил: сорбционных, капиллярных, осмотических и гравитационных.
На поверхности раздела твердой фазы и жидкой появляются сорбционные и
капиллярные силы, природа которых обусловлена поверхностной энергией твердых частиц и воды. Сорбция – притяжение молекул воды твердой фазой. Капиллярные и сорбционные силы противостоят гравитационным, определяющим
нисходящее движение влаги. Осмотические силы в почве обусловливаются
взаимодействием ионов раствора. Чем больше минерализация раствора, тем
больше эти силы.
5.2. Водные свойства почв
Водными (водно-физическими, гидрофизическими) свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной
воды в ее толще. Наиболее важными водными свойствами являются: водоудерживающая способность почвы, ее влагоемкость, водоподъемная способность,
потенциал почвенной влаги, водопроницаемость.
Водоудерживающая способность – способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду от стекания под влиянием силы тяжести. Количественной
характеристикой водоудерживающей способности почвы является ее влагоемкость.
Влагоемкость почвы – способность поглощать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и
70
условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости, которые соответствуют определенным формам воды: максимальную адсорбционную, максимальную молекулярную, капиллярную, наименьшую или полевую и полную.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной (адсорбированной)
воде, содержащейся в почве.
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) (по А. Ф. Лебедеву)
характеризует верхний предел содержания в почвах рыхлосвязанной (пленочной)
воды, т. е. воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц. ММВ определяется в основном гранулометрическим
составом почв. В глинистых почвах она может достигать 25–30%, в песчаных –
не превышает 5–7%. Увеличение запасов воды в почве сверх максимальной
молекулярной влагоемкости сопровождается появлением подвижной капиллярной или даже гравитационной воды.
Максимальная молекулярная влагоемкость является важной почвенногидрологической характеристикой. Сопоставление фактической влажности почвы
с максимальной молекулярной влагоемкостью дает возможность установить
присутствие в почве запаса доступной для растений воды (в случае превышения
фактической влажности над ММВ) или отсутствие таковой (при примерном совпадении этих величин), поскольку при влажности, соответствующей ММВ,
запасы доступной растениям воды в почве настолько малы, что они не могут
удовлетворить потребность растений в ней.
Капиллярная влагоемкость (KB) – наибольшее количество капиллярноподпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Определяется она в основном скважностью почв и
грунтов. Кроме того, она зависит и от того, на каком расстоянии слой насыщенной влаги находится от зеркала грунтовых вод. Чем больше это расстояние, тем
меньше КВ. При близком залегании грунтовых вод (1,5–2,0 м), когда капиллярная кайма смачивает толщу до поверхности, капиллярная влагоемкость наибольшая (для 1,5 м слоя среднесуглинистых почв – 30–40%). KB непостоянна,
так как зависит от уровня грунтовых вод.
Наименьшая влагоемкость (НВ) – наибольшее количество капиллярноподвешенной влаги, которое может удержать почва после стекания избытка влаги
при глубоком залегании грунтовых вод. Термину «наименьшая влагоемкость»
соответствуют термины «полевая влагоемкость» (ПВ), «общая влагоемкость» (ОВ)
и «предельная полевая влагоемкость» (ППВ). Последний термин особенно широко
используется в агрономической практике и в мелиорации; термин «полевая влагоемкость» широко распространен в иностранной литературе, особенно американской.
Наименьшая влагоемкость зависит главным образом от гранулометрического состава почв, от их оструктуренности и плотности (сложения). В почвах
глинистых НВ достигает 50–60% от веса почвы, суглинистых – 30–40%, супесчаных - 15–25%, песчаных – не превышает 10–15%.
71
Наименьшая влагоемкость почв является очень важной гидрологической
характеристикой почвы. С ней связано понятие о дефиците влаги в почве, по НВ
рассчитываются поливные нормы.
Дефицит влаги в почве представляет собой величину, равную разности
между наименьшей влагоемкостью и фактической влажностью почвы. Оптимальной влажностью считается влажность почвы, составляющая 70–100% наименьшей влагоемкости.
Полная влагоемкость (ПВ) – наибольшее количество влаги, которое
может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор, за исключением
пор с защемленным воздухом, которые составляют, как правило, не более 5–8%
от общей порозности. Следовательно, ПВ почвы численно соответствует порозности (скважности) почвы.
При влажности, равной ПВ, в почве содержатся максимально возможные
количества всех видов воды: связанной (прочно и рыхло) и свободной (капиллярной и гравитационной). Можно сказать, что ПВ характеризует полную водовместимость почв. Зависит она, как и наименьшая влагоемкость, не только от
гранулометрического состава, но и от структурности и порозности почв. Полная
влагоемкость колеблется в пределах 40–50%, в отдельных случаях она может
возрасти до 80% или опуститься до 30%. Состояние полного насыщения водой
характерно для горизонтов грунтовых вод.
Несмотря на то, что разделение почвенной воды на категории (формы)
условно и ни одна из них не обладает абсолютной значимостью, можно выделить
определенные интервалы влажности, в пределах которых какая-то часть влаги
обладает одинаковыми свойствами и степенью доступности ее для растений.
Граничные значения влажности, при которых количественные изменения
в подвижности воды переходят в качественные отличия, называют почвенногидрологическими константами. Основными почвенно-гидрологическими константами являются: максимальная гигроскопичность, влажность завядания, влажность разрыва капилляров, наименьшая влагоемкость, полная влагоемкость.
Почвенно-гидрологические константы широко используются в агрономической
и мелиоративной практике, характеризуя запасы воды в почве и обеспеченность
растений влагой.
Максимальная гигроскопичность (МГ) – характеризует предельно-возможное количество парообразной воды, которое почва может поглотить из воздуха, почти насыщенного водяным паром. Характеристика этого вида воды была
дана выше. Максимальная гигроскопичность почв является важной почвенногидрологической характеристикой, величиной достаточно постоянной.
Вода, находящаяся в почве в состоянии максимальной гигроскопичности,
не доступна растениям. Это «мертвый запас влаги». По максимальной гигроскопичности приближенно рассчитывают коэффициент завядания растений – нижнюю границу физиологически доступной для растений воды.
72
Влажность устойчивого завядания, или влажность завядания (ВЗ) –
влажность, при которой растения проявляют признаки устойчивого завядания,
т. е. такого завядания, когда его признаки не исчезают даже после помещения
растения в благоприятные условия. Численно ВЗ равна примерно 1,5 максимальной гигроскопичности. Эту величину называют также коэффициентом завядания.
Содержание воды в почве, соответствующее влажности завядания, является
нижним пределом доступной для растений влаги.
Влажность завядания определяется как свойствами почв, так и характером
растений. В глинистых почвах она всегда выше, чем в песчаных. Заметно возрастает она и в почвах засоленных и содержащих большое количество органических веществ, особенно неразложившихся, растительных остатков (торфянистые
горизонты почв). Так, в глинах ВЗ составляет 20–30%, в суглинках – 10–12%,
в песках – 1–3%, у торфов – до 60–80%. Засухоустойчивые растения завядают
при меньшей влажности, чем влаголюбивые.
Влажность разрыва капилляров (ВРК). Капиллярно-подвешенная вода
при испарении передвигается в жидкой форме к испаряющей поверхности в пределах всей промоченной толщи по капиллярам, сплошь заполненным водой.
Но при определенном снижении влажности, характерном для каждой почвы,
восходящее передвижение этой воды прекращается или резко затормаживается.
Потеря способности к такому передвижению объясняется тем, что в почве при
испарении исчезает сплошность заполнения капилляров водой, т. е. в ней не остается систем пор, сплошь заполненных влагой и пронизывающих промоченную
часть почвенной толщи. Эту критическую величину влажности назвали влажностью разрыва капиллярной связи (ВРК).
Таким образом, влажность разрыва капилляров – это влажность, при которой подвижность капиллярной воды в процессе снижения влажности резко
уменьшается. Вода, однако, остается в мельчайших порах, в углах стыка частиц
(мениски стыковой влаги). Эта влага неподвижна, но физиологически доступна
корешкам растений.
ВРК называют также критической влажностью, так как при влажности
ниже ВРК рост растений замедляется и их продуктивность снижается. В почвах
и грунтах эта величина варьирует довольно сильно, составляя в среднем около
50–60% от наименьшей влагоемкости почв. На содержание воды, соответствующей ВРК, помимо гранулометрического состава почв, существенное влияние
оказывает их структурное состояние. В бесструктурных почвах запасы воды
расходуются на испарение значительно быстрее, чем в почвах с агрономически
ценной структурой. Поэтому в них влажность будет быстрее достигать ВРК, т. е.
обеспеченность влагой растений снижаться будет быстрее.
Почвенно-гидрологические константы, как и влагоемкость почв, выражаются в процентах от массы или объема почв.
Водопроницаемость почв – способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. В процессе поступления
воды в почву и дальнейшего ее передвижения можно выделить 2 этапа:
73
1) поглощение воды почвой и прохождение ее от верхнего слоя к слою
в ненасыщенной водой почве;
2) фильтрацию воды сквозь толщу насыщенной водой почвы.
При этом первый этап представляет собой впитывание почвы и характеризуется коэффициентом впитывания. Второй этап – это собственно фильтрация.
Интенсивность прохождения воды в почвенно-грунтовой толще, насыщенной
водой, характеризуется коэффициентом фильтрации.
В природных условиях четко выделить отдельные этапы водопроницаемости практически невозможно. Значительно чаще при этом идет впитывание воды
почвой, фильтрация же имеет место только в случае выпадения большого количества осадков, при орошении большими нормами и при снеготаянии. Границей
между впитыванием почв и фильтрацией считают момент установления постоянной скорости фильтрации.
Водопроницаемость почв находится в тесной зависимости от их гранулометрического состава и химических свойств почв, их структурного состояния,
плотности, порозности, влажности и длительности увлажнения. В почвах тяжелого гранулометрического состава она всегда (при прочих равных условиях)
меньше, чем в легких. Сильно снижает водопроницаемость почв присутствие
набухающих коллоидов, особенно насыщенных Na+ или Mg2+, поскольку при
увлажнении такие почвы быстро набухают и становятся практически водонепроницаемыми. Почвы оструктуренные, рыхлые характеризуются большими коэффициентами впитывания и фильтрации.
Водопроницаемость почв измеряется объемом воды, который проходит
через единицу площади поперечного сечения в единицу времени. Величина эта
очень динамичная и сильно варьирует как по профилю почв, так и пространственно. Водопроницаемость в 1-й час при напоре 5 см и температуре воды 10 °С
свыше 1000 Па оценивается как провальная, 1000–500 Па – как излишне высокая,
500–100 Па – выровненная по всей площади как наилучшая, 100–70 Па – хорошая, 70–30 Па – удовлетворительная, < 30 Па – неудовлетворительная.
В ненасыщенных водой почвах для количественной характеристики водопроницаемости почв пользуются коэффициентом водопроводимости, или влагопроводности. Он определяется как коэффициент пропорциональности между
скоростью потока воды и градиентом сил, вызывающих передвижение воды
(давление, гидравлический напор и т. п.). Коэффициент влагопроводности зависит
от влажности почв: увеличивается с увеличением ее влажности и достигает максимума во влагонасыщенной почве. В этом случае его и называют коэффициентом
фильтрации. Можно сказать, что коэффициент влагопроводности аналогичен
коэффициенту фильтрации, но применяется он для ненасыщенных водой почв.
Водоподъемная способность почв – свойство почвы вызывать восходящее
передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил.
Высота подъема воды в почвах и скорость ее передвижения определяются
в основном гранулометрическим и структурным составом почв, их порозностью.
74
Чем почвы тяжелее и менее структурны (табл. 5.3), тем больше потенциальная
высота подъема воды, а скорость ее подъема меньше (В. А. Ковда, 1973). Так, в
почвах при утяжелении их гранулометрического состава водоподъемная сила
будет сначала расти до определенного предела, а затем начнет уменьшаться.
Таблица 5.3 – Водоподъемная способность почв разного гранулометрического состава
Гранулометрический
состав
Крупный песок
Средний песок
Супесь
Супесь пылеватая
Водоподъемная
способность, м
0,5
0,5–0,8
1,0–1,5
1,5–2,0
Гранулометрический
состав
Суглинок средний
Суглинок тяжелый
Глина тяжелая
Лёссы
Водоподъемная
способность, м
2,5–3,0
3,0–3,5
4,0–6,0
4,0–5,0
Объясняется это тем, что капиллярная вода передвигается не во всем
объеме пор, а лишь в действующем их просвете. В любых порах по мере уменьшения их радиуса капиллярные силы сначала будут расти в связи с увеличивающейся кривизной менисков, но в дальнейшем начнут падать. При малом размере пор (1 мкм и менее) весь их внутренний просвет (или большая его часть)
заполнен связанной пленочной водой и активные действующие поры либо совсем
исчезают, либо просвет их становится настолько мал, что всасывающая сила
мениска компенсируется силами трения движущейся капиллярной воды о стенки
пленок жидкости, сорбированной почвой, и передвижение капиллярной воды,
а следовательно, и капиллярного подъема происходить не может. Вода в таких
порах может передвигаться только как пленочная, т. е. очень медленно. На скорость подъема воды оказывает влияние также степень минерализации грунтовых
вод. Высокоминерализованные воды характеризуются меньшей высотой и скоростью подъема, но близкое к поверхности залегание минерализованных грунтовых вод (1–1,5 м) создает опасность быстрого засоления почв.
75
ЛЕКЦИЯ 6. ВОДНЫЙ РЕЖИМ
6.1. Поведение и состояние воды в почве.
Потенциал почвенной воды
Поведение воды в почве, ее физическое состояние, передвижение в профиле по вертикали и горизонтали, ее доступность растениям, вообще говоря,
подчиняются очень сложным закономерностям схотастического (вероятностного)
характера и могут быть описаны в терминах различных методологических подходов: водобалансового – изменения водозапасов почвы и приходорасходных
статей водного баланса; гидродинамического – скорости и плотности водных
потоков в почве; термодинамического – изменения термодинамических потенциалов почвенной воды.
Первый из указанных подходов наиболее широко используется в почвоведении и является традиционным в почвенных исследованиях, будучи основанным на периодических измерениях почвенной влажности; второй больше всего
принят в почвенно-мелиоративных работах, когда инженеры имеют дело с потоками подаваемой в почву или отводимой из почвы воды.
Термодинамический подход интенсивно разрабатывается в последнее
время и сейчас рассматривается как наиболее перспективный и теоретически
обоснованный, поскольку он не только позволяет описывать состояние и поведение воды в почве в данный момент времени в наиболее обобщенном виде на
базе фундаментальной физической теории, рассматривая весь водообмен природных экосистем в единых терминах, но и допускает количественный прогноз
водообменных процессов, что особенно важно для суждений о водообеспеченности и водопотреблении растений. На основе этого подхода возможно автоматизированное управление водным режимом почв в условиях искусственного
увлажнения (орошения) или осушения (дренажа). Существо термодинамического
подхода сводится к использованию понятий полного и частных термодинамических потенциалов почвенной воды, поддающихся инструментальному измерению, т. е. количественной энергетической оценке сил взаимодействия между
водой и вмещающей ее твердой фазой почвы.
Поскольку вода в почве находится под одновременным сложным воздействием нескольких силовых полей – адсорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных, – для характеристики их суммарного действия и оценки
энергетического состояния воды в почве введено понятие термодинамического,
или полного, потенциала почвенной воды.
Полный потенциал почвенной воды – это количество работы, Дж/кг, которую необходимо затратить, чтобы перенести единицу свободной чистой воды
обратимо и изотермически из стандартного состояния S0 в то состояние Sn,
в котором она находится в рассматриваемой точке почвы. Иными словами, эта
величина выражает способность воды в почве производить большую или меньшую
работу по сравнению с чистой свободной водой. За стандартное состояние S0
76
при этом принимается резервуар с чистой (без солей, т. е. с нулевым осмотическим давлением) свободной (т. е. не подверженной влиянию адсорбционных и
капиллярных сил) водой при температуре Т0, высоте h0 и давлении Р0. Потенциал
почвенной воды – величина отрицательная, поскольку необходима работа
(положительного знака) по его преодолению. Вместо понятия «потенциал»
в почвоведении принято использовать понятие «давление почвенной воды», которое измеряется в паскалях (Па = кг/с2м).
Полный, или термодинамический, потенциал почвенной воды равен сумме
частных потенциалов, связанных с разными силовыми полями: адсорбционного,
капиллярного, осмотического, гравитационного, тензиометрического давления.
Рисунок 6.1 – Зависимость давления почвенной воды (Р)
от влажности (W) почвы (Зайдельман, 1983):
1 – горизонт Ар неоглеенной; 2 – глееватой; 3 – глеевой дерново-подзолистых почв;
4 – горизонт В1 неоглеенной; 6 – глееватой; 7 – глеевой почв
Потенциал или давление почвенной воды в сильной степени зависит от
водосодержания почвы, причем каждая почва в зависимости от своего гранулометрического, минералогического и химического состава и сложения имеет свою
собственную характеристическую кривую зависимости давления почвенной воды
от влажности почвы, которая получила название кривой водоудерживания. Кривая
водоудерживания считается основной гидрофизической характеристикой почвы
(рис. 6.1). Чем меньше воды в почве, тем сильнее она удерживается твердой
фазой, тем ниже ее потенциал (больше абсолютное значение отрицательного
давления воды). Кривые водоудерживания показывают очень быстрый рост водного потенциала от крайне низких отрицательных значений давления вплоть
до нуля в полностью насыщенной водой почве.
Наименьший полный потенциал почвенной влаги (наибольшее абсолютное значение отрицательного давления порядка (2–5) · 108 Па) отмечается для
моно-(би)молекулярных слоев адсорбированной воды (прочно связанная вода,
77
«нерастворяющий объем» – часть гигроскопической воды). При давлении почвенной воды ниже 107 Па вода в почве практически полностью представлена
двойным электрическим слоем мономолекулярной или бимолекулярной толщины,
а количество адсорбированной воды определяется удельной поверхностью почвенных частиц при весьма слабой роли обменных катионов.
Невыровненность потенциалов почвенной воды в разных точках является
непосредственной причиной движения воды в почвах: вода перемещается в сторону наиболее низкого потенциала, в общем случае – из более влажных участков
в более сухие.
Существует определенная связь почвенно-гидрологических констант
с давлением почвенной воды. Например, наименьшей влагоемкости почвы соответствует давление от 104 до 3 · 104 Па, а влажности завядания от 6 · 105 Па
до 2,5 · 106 Па.
В почве, насыщенной влагой и не содержащей солей, давление почвенной
влаги равно нулю. При снижении влажности почвы оно приобретает все большие по абсолютной величине отрицательные значения. По мере иссушения у
почвы появляется способность при соприкосновении с водой поглощать ее. Такая
способность почв получила название сосущей силы почвы. Величина, характеризующая эту силу, получила название всасывающего давления почвы. Всасывающее давление (сосущая сила) почвы численно равно давлению почвенной
воды, но выражается положительной величиной.
Всасывающее давление почвы измеряется при любых влажностях, начиная от полного насыщения почвы и кончая почти сухой почвой, специальными
приборами. Чаще всего для этой цели используют тензиометры и капилляриметры.
Всасывающее давление выражается, как и давление почвенной воды, в паскалях,
атмосферах, сантиметрах водного столба или в барах (1 Па = 105 бар = 9,87 · 106 атм =
7,5 · 103 мм рт. ст. = 0,102 мм вод. ст.).
Всасывающее давление сухой почвы приближается к 107 см вод. ст., или
109 Па. Оперировать с величинами такого порядка неудобно. Р. К. Скофилд (1935)
предложил выражать всасывающее давление почвы не числом сантиметров водного столба, а десятитысячным логарифмом этого числа pF. Тогда у почвы, почти
полностью насыщенной пресной влагой, при давлении, равном 103 Па, pF = 1,
давлению в 105 Па будет соответствовать pF = 3, а в сухой почве, когда давление
приближается к 109 Па, pF приближается к своему верхнему пределу, равному 7.
Между значениями влажности, подвижности и доступности почвенной влаги для
растений и всасывающим давлением существует довольно тесная зависимость.
В настоящее время считают, что определенным водно-физическим характеристикам и формам воды соответствуют следующие значения pF: максимальная
гигроскопическая вода – 4,5; влажность завядания – 4,2; наименьшая влагоемкость для почв: глинистых – 3,0; среднесуглинистых – 2,5; песчаных – 2,0; вода
прочносвязанная – 5,0–7,0; вода капиллярная связанная – 3,5–5,0; свободная вода –
1,75–3,50; вода гравитационная – менее 1,75.
78
Оценка физического состояния почвенной воды по потенциалу или по
всасывающему давлению является более правильной, нежели по абсолютному
содержанию воды. Обусловлено это тем, что по значениям pF можно произвести
объективную сравнительную качественную оценку состояния воды в почве с
различными физико-механическими и водно-физическими свойствами. Почвы,
обладающие одинаковыми pF, можно считать эквивалентно влажными, т. е.
близкими по содержанию воды той или иной категории физиологической доступности, хотя абсолютное содержание воды в почве может быть различным.
В связи с вышеизложенным 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 6000 кПа в листьях ясеня зеленого на каштаноземах. Именно разница в потенциале воды в почве и растении определяет
поступление воды в растение из почвы. Так, на каштаноземах Уральской области
в слое 0–50 см потенциал почвенной воды был равен 1500 кПа, в слое 50–100 см –
500–1000 кПа, в слое 100–150 см – 200–500 кПа, в слое ниже 150 см – 200 кПа.
У тополя потенциал воды в листьях равен 2400–3200 кПа, в лубе ствола –1800–
2600 кПа, в корнях – 1600–900 кПа.
Таким образом, в листьях потенциал воды всегда меньше потенциала корней,
что определяет постоянное движение воды от корней к листьям. 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. Большинство культурных растений перестают брать воду
из почвы, если необходимо затратить работу более 1,5 кДж/кг воды, деревья –
2,5 кДж/кг. Чем больше энергии тратится на добывание воды, тем ниже урожай.
Оптимальный расход энергии на доставку воды – 100 Дж/кг, он фиксируется при
влажности почвы, близкой к НВ.
6.2. Доступность почвенной воды для растений
Доступность различных форм почвенной воды растениям является исключительно важной характеристикой, определяющей в значительной степени плодородие почв. Растения в процессе жизни потребляют очень большое количество
воды, расходуя главную ее массу на транспирацию и лишь небольшую долю
на создание биомассы.
79
Расход воды из почвы растениями характеризуется двумя показателями:
во-первых, транспирационным коэффициентом – отношением количества воды,
израсходованной растением, к общему приросту сухого вещества за определенный промежуток времени; во-вторых, относительной транспирацией – отношением фактической транспирации при данной водообеспеченности к потенциальной транспирации при свободном доступе воды. Для большинства культурных
растений транспирационный коэффициент (при потенциальной, т. е. обеспеченной свободным доступом воды транспирации) колеблется в пределах 400–600,
достигая иногда 1000; т. е. на создание 1 т сухого органического вещества биомассы расходуется 400–600 т и более воды из почвы (при условии наличия доступной воды в почве).
Доступность почвенной воды растениям определяется в основном двумя
гидрофизическими характеристиками почвы: потенциалом (давлением) почвенной
воды и способностью почвы проводить поток воды, т. е. коэффициентом влагопроводности. Интенсивность потока влаги к корням растений (а это и есть количественное выражение доступности воды) будет тем больше, чем больше разность
потенциалов воды в корне и почве и чем выше коэффициент влагопроводности.
По отношению к доступности растениям почвенная вода может быть подразделена на следующие категории (по А. А. Роде).
1. Недоступная для растений. Это вся прочносвязанная вода, составляющая
в почве так называемый мертвый запас воды. Недоступность этой воды объясняется тем, что всасывающая сила корней намного меньше сил, которые удерживают эту воду на поверхности почвенных частиц, иначе говоря, всасывающего
давления почвенной воды. Мертвый запас воды в почвах соответствует приблизительно максимальной адсорбционной влагоемкости или немного превышает ее.
2. Весьма труднодоступная для растений. Эта категория представлена
в основном рыхлосвязанной (пленочной) водой. Трудная доступность ее обусловлена низкой подвижностью этой воды (низким коэффициентом влагопроводности), в силу чего вода не успевает подтекать к точкам ее потребления, т. е. к корневым волоскам. Количество весьма труднодоступной воды в почвах характеризуется диапазоном влажности от максимальной адсорбционной влагоемкости
до влажности завядания. Содержание воды в почве, соответствующее влажности
завядания, является нижним пределом продуктивной влаги.
3. Труднодоступная вода лежит в пределах между влажностью завядания
и влажностью разрыва капилляров. В этом интервале влажности растения могут
существовать, но продуктивность их снижается. Уменьшение доступности воды
отражается в первую очередь не на внешнем состоянии растений (завядание),
а на снижении их продуктивности.
4. Среднедоступная вода отвечает диапазону влажности от влажности разрыва
капилляров до наименьшей влагоемкости. В этом интервале вода обладает значительной подвижностью, и растения поэтому могут бесперебойно снабжаться ею.
80
Продуктивность растений высока только при наличии достаточного количества
среднедоступной влаги, являющейся наиболее экологически ценной.
5. Легкодоступная вода соответствует диапазону влажности от наименьшей
до полной влагоемкости. Она является излишне подвижной, чрезмерной, так как
ее наличие ведет к недостатку воздуха и негативно сказывается на росте растений.
6.3. Водный режим почв, его типы и регулирование
Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги
в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы.
Водный режим почв характеризует поступление воды в почву и расход ее из
почвы на отток в грунтовые воды или другие элементы рельефа, на испарение и
транспирацию. Последние два явления объединяют часто единым термином
суммарное испарение (эвапотранспирация) в связи с трудностью определения их
по отдельности. Обычно водный режим характеризуют следующими параметрами:
режим влажности (изменение содержания воды в почве в зависимости от погодных условий и воздействия растений) и водный баланс почв (оценка прихода и
расхода воды в почвах в годовом цикле). В последнее время к этим известным
параметрам прибавили характеристику гидрологического профиля и гидрологических горизонтов почв. Водный режим важен для понимания генезиса почв, их
экологических функций, которые проявляются в поддержании определенного
растительного покрова в данных условиях.
Водный баланс, характеризующий приход воды в почву и расход из нее
количественно выражается формулой
В0 + Вос + Вгр + Вк + Впр + Вбок = В1 + Вс + Ви + Вп + Еисп + Етр,
где
В0 – запас влаги в почве в начале наблюдений;
Вос – сумма осадков за период наблюдений;
Вгр – количество поступившей из грунтовых вод влаги;
Вк – количество конденсирующейся влаги;
Впр – поверхностный приток влаги;
Вбок – боковой приток почвенно-грунтовых вод;
В1 – количество влаги в почве в конце наблюдений;
Вс – количество влаги бокового стока;
Ви – количество инфильтрировавшейся влаги;
Вп – количество влаги поверхностного стока;
Еисп – количество испарившейся влаги;
Етр – количество влаги на транспирацию (десукция);
левая часть – приходные статьи, правая – расходные.
В большинстве случаев прогрессирующего иссушения или увлажнения
территории не происходит и уравнение водного баланса равно нулю. Водный
81
баланс характеризуется годовыми циклами с повторяющимися процессами поступления и расхода влаги. Отметая слабозначимые и компенсирующие составляющие баланса можно записать уравнение приближенно:
В0 + Вос + Вгр + Впр = В1 + Ви + Вп + Еисп + Етр.
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 – и общий объем воды, проходящий через почву
в данных условиях. Любой запас влаги, существующий в данной почве, восстанавливается через определенное время, в пределах которого расход и приход воды
в 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.
Количество воды, идущее на водоснабжение растений в лесной зоне,
сравнительно невелико: 80–120 мм в зависимости от типа парцеллы (экосистемы).
Водный баланс может быть составлен применительно к разным почвенным слоям, всей толще почвы или доопределенной глубины. Чаще всего запасы
влаги, статьи расхода и прихода выражают в мм водного слоя или в м3/га. Содержание влаги вычисляют отдельно для каждого генетического горизонта, так как
влажность и плотность сильно меняются по различным слоям почвенного профиля. Запасы воды в отдельном горизонте определяют по формуле
В = а × ОМ × Н,
где
а – полевая влажность, %;
ОМ – объемная масса (плотность), г/см3;
Н – мощность горизонта, см.
Для пересчета запасов воды, вычисленных в м3/га, в миллиметры водного
слоя надо ввести коэффициент 0,1.
Запасы воды в почве, которые учитываются в течение всего вегетационного
периода, позволяют судить об обеспеченности культурных растений влагой.
В агрономической практике полезно учитывать общий и полезный запасы воды.
Общий запас воды – суммарное количество на заданную мощность почвы –
выражается уравнением
ОЗВ = а1 × ОМ1 × Н1 + а2 × ОМ2 × Н2 + а3 × ОМ3 × Н3….+ аn × ОМn × Нn.
Полезный запас воды в почве – суммарное количество продуктивной, или
доступной для растений, влаги в толще почвогрунта.
Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно вычислить общий
запас влаги и запас труднодоступной влаги, который рассчитывается аналогично
82
предыдущей формуле, но вместо полевой влажности берется влажность устойчивого завядания растений. Разность дает количество полезной влаги в почве:
ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ.
Для слоя 0–20 см запасы более 40 мм считаются хорошими, 20–40 см –
удовлетворительными, менее 20 см – неудовлетворительными. Для слоя 0–100 см
запасы более 160 мм считаются очень хорошими, 130–160 см – хорошими, 90–
130 см – удовлетворительными, 60–90 см – плохими, менее 20 см – очень плохими.
Типы водного режима. Водный баланс складывается неодинаково для
различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности. В зависимости от соотношения основных статей годового баланса может быть несколько
типов водного режима.
Практически характер водного режима определяют по соотношению
средних осадков и испаряемости. Испаряемость – наибольшее количество влаги,
которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности
постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях (мм). Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости именуют коэффициент
увлажнения (КУ). Он колеблется от 0,1 до 3 в различных природных зонах.
Тип водного режима определяет особенности перемещения веществ в почве,
степень разрушения минералов и обломков горных пород в почвах, самосохранение определенных типов минералов. Так, почвы с промывным типом водного
режима отмыты в большинстве случаев от растворимых солей и карбонатов.
На Русской и Американской равнинах прослеживается закономерность снижения глубины залегания карбонатов на 30 см при повышении суммы годовых
осадков на 100 мм. Напротив, выпотные почвы, как правило, оглеены и могут
быть обогащены растворимыми солями. При этом состав солей определяется
типом водного режима плакоров (водоразделов и пологих склонов). В аридной
зоне это хлориды, сульфаты и карбонаты кальция, натрия, магния, в гумидной –
карбонаты кальция, соединения железа.
Водный режим определяет содержание воды в почве в течение года и
отдельных его периодов, ее движение в системе грунтовые воды – почва –
растение – атмосфера, влияет на рост растений.
С водным режимом связаны химический состав почв, их кислотность. Так,
наиболее вероятны значения рН для верхних горизонтов (А, В) почв, обладающих
промывным водным режимом, менее 6.
Водный режим определяет судьбу загрязненных почв. Промывной режим
может постепенно привести к самоочищению почв, в условиях непромывного
режима загрязнение становится постоянным фактором.
Г. Н. Высоцкий выделял 4 типа водного режима. А. А. Роде развил его
учение, выделив 6 типов, и эта классификация представляется нам наиболее
удачной, хотя у ряда авторов можно встретить иные классификации – вплоть
до 14 типов.
83
1. Мерзлотный тип. Имеет место в районах распространения вечной
мерзлоты. Мерзлый слой грунта, являясь воодоупором, обуславливает наличие
надмерзлотной верховодки, поэтому верхняя часть оттаявшей почвы в течение
вегетационного периода насыщена водой. Почва оттаивает на глубину 1– 4 м.
Годовой водооборот охватывает лишь почвенный слой.
2. Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше величины испаряемости. В годовом цикле водооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Годовой влагооборот охватывает всю почвенную толщу. В более засушливых регионах он имеет место
лишь при легком гранулометрическом составе. В таких условиях формируются
подзолы, акрисоли, алисоли. Болотный подтип водного режима развивается при
близком к поверхности залегании грунтовых вод либо слабой водопроницаемости почвообразующих пород.
3. Периодически промывной тип (КУ = 0,8–1,2; в среднем 1) характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Годовой влагооборот охватывает только почвенную толщу (непромывные условия)
в сухой год и весь слой до грунтовых вод (промывные условия) во влажный год.
Промывание бывает раз в несколько лет. Такой водный режим характерен для
файоземов, некоторых лювисолей.
4. Непромывной тип водного режима (КУ < 1) свойственен местностям,
где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает
грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой осуществляется
через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ (мертвый слой). Обмен
влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Такой водный
режим характерен для степных почв – черноземов и каштаноземов, кальцисолей,
дурисолей, гипсисолей. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков
и растет испаряемость. Коэффициент увлажнения уменьшается от 0,6 до 0,1.
Годовым влагооборотом охвачена толща почвогрунтов от 4 м – в степях, до 1 м –
в пустынях. Запасы влаги, накопленные в степных почвах к весне за счет позднеосенних осадков и талой воды, интенсивно расходуются на транспирацию и физическое испарение, становясь к осени ничтожными. В полупустынной и пустынной областях без орошения земледелие невозможно. Расход влаги идет преимущественно на транспирацию, поэтому преобладают нисходящие токи влаги.
Вся инфильтрующаяся влага возвращается в атмосферу.
5. Выпотной (десуктивно-выпотной) тип водного режима (КУ < 1) проявляется в степной, особенно полупустынной и пустынной зонах при близком
залегании грунтовых вод. Характерно преобладание восходящих потоков влаги
в почве за счет ее подтока по капиллярам от грунтовых вод. Верхняя часть капиллярной каймы входит в почвенный слой. Почвенно-грунтовые воды аллохтонные,
84
т. е. имеющие дополнительное грунтовое питание. Годовой водооборот охватывает всю почвенно-грунтовую толщу. При высокой минерализации грунтовых
вод в почву попадают легкорастворимые соли и почва засоляется. Выпотной тип
водного режима проявляется и в некоторых районах Беларуси, преимущественно
на Полесье. Собственно выпотной тип наблюдается при очень близком, в пределах
почвенного профиля, залегании грунтовых вод. Верхняя граница капиллярной
каймы выходит на дневную поверхность. В этом случае преобладает не транспирация, а физическое испарение.
6. Ирригационный тип создается при дополнительном увлажнении почвы
оросительными водами. При орошении в разные периоды проявляются разные
типы водного режима. В период полива имеет место промывной тип, сменяющийся непромывным и даже выпотным, то есть в почве периодически преобладают то восходящие, то нисходящие потоки влаги.
В дерново-подзолистых и подзолистых почвах КУ обычно 1,2–1,4; режим
промывной, в апреле-июле КУ < 1. Под культурными растениями, особенно
многолетними травами, мощность слоя летнего иссушения – до 1 м, а зерновые
используют влагу до 0,6–0,7 м, поэтому в 6–10% случаев бывают засухи, а 1 раз
в 3 года на дерново-подзолистых почвах бывает недостаточное обеспечение растений влагой.
Регулирование водного режима – обязательное мероприятие в районах
интенсивного земледелия. При этом осуществляется комплекс приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно меняя приходные и расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие и полезные запасы воды в почвах и этим способствовать получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
Регулирование водного режима основывается на учете климатических и
почвенных условий, а также потребностей выращиваемых культур в воде. Для
создания оптимальных условий роста и развития растений необходимо стремиться
к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, то есть созданию коэффициента увлажнения,
близкого к 1.
В конкретных почвенно-климатических условиях способы регулирования
водного режима имеют свои особенности. Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны достаточного и избыточного увлажнения способствуют планировка поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых весной и летом может наблюдаться длительный застой влаги.
На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка
влаги целесообразно с осени делать гребни. Высокие гребни способствуют увеличению физического испарения, а по бороздам происходит поверхностный сток
воды за пределы поля.
Почвы болотного типа и минеральные заболоченные нуждаются
в осушительных мелиорациях – устройстве закрытого дренажа и (или) отводе
избыточной влаги с помощью открытой сети.
85
Регулирование водного режима почв во влажной зоне с большим количеством годовых осадков не ограничивается осушительной направленностью.
В ряде случаев даже на дерново-подзолистых почвах летом возникает недостаток
влаги и потребность в дополнительном количестве воды. Эффективное средство
улучшения влагообеспеченности растений – двустороннее регулирование влаги,
когда избыток влаги отводится с полей по дренажным трубам, а при необходимости подается на поля по тем же трубам или дождеванием.
Все приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя,
улучшение структурного состояния, увеличение общей пористости, рыхление
подпахотного горизонта) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое.
В зоне неустойчивого увлажнения и засушливых районах регулирование
водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Один из наиболее распространенных способов –
влагозадержание снега и талых вод. Для этого используют стерню, кулисные
растения, валы из снега. Для уменьшения поверхностного стока воды применяют
зяблевую вспашку поперек склонов, обваловывание, прерывистое бороздование,
щелевание, полосное размещение культур, ячеистую обработку почвы и др.
Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Предохраняя снег от сдувания в зимнее время, они
способствуют увеличению запасов влаги в метровом слое почвы к началу вегетационного периода на 50–80 мм и до 120 мм в отдельные годы. Под влиянием
лесных полос сокращается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы,
что также улучшает водообеспеченность полей. Наиболее эффективны ажурные
и продувные лесные полосы.
Большое значение в улучшении водного режима почв имеет введение чистых паров, особенно черных. Наибольший эффект чистого пара как агротехнического приема накопления влаги проявляется в степной зоне и южной лесостепи.
Накоплению и сохранению влаги в почве способствуют многие агротехнические приемы. Поверхностное рыхление почвы весной или закрытие влаги
боронованием позволяет избежать ненужных потерь ее в результате физического
испарения. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Создавшаяся разность плотностей почвы вызывает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и способствует конденсации водяных паров почвенного воздуха.
В сочетании с увеличением контакта семян с почвенными частицами все явления, связанные с прикатыванием, усиливают прорастание семян и обеспечивают
потребность растений в воде ранней весной. Применение органических и минеральных удобрений способствует более экономному расходованию почвенной
влаги. В овощеводстве для сохранения влаги широко используют мульчирующие материалы.
86
В пустынной и полупустынной зонах основной способ улучшения водного
режима – орошение. Очень важным вопросом здесь является борьба с непродуктивным расходованием почвенной влаги в целях предотвращения вторичного
засоления.
В целом 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 гидрофиты (обитающие в воде), гигрофиты (требующие увлажненных почв), 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 ассоциаций растений –
гумидных, семиаридных, аридных.
Именно влажность почвы определяет разное распределение растений
в пределах катены, по микрорельефу, в поймах и на плакоре (водоразделе).
В пределах одного ландшафта распределение растений связано, прежде всего,
с водным режимом почв – одной из главных их характеристик.
87
ЛЕКЦИЯ 7. ВОЗДУШНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЧВ
7.1. Газовая фаза почв
Почва – пористая система, в которой практически всегда в том или ином
количестве присутствует воздух, состоящий из смеси газов, заполняющих свободное от воды поровое пространство почвы. Воздушная фаза – важная и наиболее мобильная составная часть почв, изменчивость которой отражает биологические и биохимические ритмы почвообразования, находящаяся в тесном взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами. Почвенный воздух – смесь газов и
летучих органических соединений, заполняющая поры, свободные от воды.
Наличие и состав почвенного воздуха не менее важны для формирования урожая,
чем вода и питательные вещества. Количество и состав почвенного воздуха оказывают существенное влияние на развитие и функционирование растений и микроорганизмов, на растворимость и миграцию химических соединений в почвенном
профиле, на интенсивность и направленность почвенных процессов. Кроме того,
почва является поглотителем, сорбирующим токсичные промышленные выбросы
газов и очищающим атмосферу от техногенного загрязнения.
Главный источник газовой фазы почвы – атмосферный воздух и газы,
образующиеся в самой почве. С атмосферным воздухом поступает кислород, необходимый для дыхания корней, микроорганизмов, почвенной фауны. Большинство
растений не могут существовать без непрерывного притока кислорода к корням
и вывода углекислого газа из почвы. Если изолировать почву от атмосферного
воздуха, то кислород в ней израсходуется полностью через несколько суток.
Следовательно, почвенный воздух обеспечивает живые организмы только при
условии постоянного обмена с атмосферным воздухом. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называется аэрацией. Именно слабая аэрация часто
является фактором, лимитирующим урожайность сельскохозяйственных культур.
Особенно это выражено в Беларуси на тяжелых почвах Поозерья.
Газы и летучие органические соединения находятся в почве в нескольких
физических состояниях: собственно почвенный воздух (свободный и защемленный), адсорбированные и растворенные газы.
Свободный почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических
соединений, свободно перемещающихся по системам почвенных пор и сообщающихся с воздухом атмосферы. Свободный почвенный воздух обеспечивает
аэрацию почв и газообмен между почвой и атмосферой. Наибольшее значение
имеет воздух некапиллярных пор, обычно свободных от воды.
Защемленный почвенный воздух – воздух, находящийся в порах, со всех
сторон изолированных водными пробками. Чем более тонкодисперсна почвенная масса и компактней ее упаковка, тем большее количество защемленного
воздуха она может иметь. В суглинистых почвах содержание защемленного
воздуха достигает более 12% от общего объема почвы или более четвертой
88
части всего ее порового пространства. Защемленный воздух неподвижен, практически не участвует в газообмене между почвой и атмосферой, существенно препятствует фильтрации воды в почве, может вызывать разрушение почвенной
структуры при колебаниях температуры, атмосферного давления, влажности.
Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные почвенными частицами на их поверхности. Чем более
дисперсна почва, тем больше содержит она адсорбированных газов при данной
температуре. Количество сорбированного воздуха зависит от минералогического
состава почв, от содержания органического вещества, влажности. Песок поглощает
в 10 раз меньше воздуха, чем тяжелый суглинок: соответственно 0,75 и 7,0 см3/г.
Мелкодисперсный кварц сорбирует в 100 раз меньше СО2, чем гумус: соответственно 12 и 1264 см3/г. Газы адсорбируются в зависимости от строения молекул
в последовательности N2 < О2 < СО2 < NH3. Наибольшее количество адсорбированного воздуха характерно для сухих почв, так как твердые частицы активнее
поглощают пары воды, чем газы. При влажности выше МГ вода вытесняет
поглощенные газы, меняя состав свободного почвенного воздуха.
Растворенный воздух – газы, растворенные в почвенной воде. Растворенный воздух ограниченно участвует в аэрации почвы, так как диффузия газов
в водной среде затруднена. Однако растворенные газы играют большую роль
в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов, почвенной фауны, а также в физико-химических процессах, протекающих в почвах.
Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе и с понижением температуры почвы.
Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ. Растворимость кислорода невелика. Запасы растворенного кислорода быстро расходуются
без их пополнения, примерно за 1 час из пахотного слоя. В зависимости от температуры и биохимических процессов содержание О2 изменяется от 0 до 14 мг/л.
Растворенные газы весьма активны геохимически, с насыщением почвенного
раствора СО2 повышается растворимость карбонатов, гипса и т. п.
Все четыре почвенные фазы – твердая, жидкая, газообразная и живая –
тесно связаны между собой и находятся в сложном взаимодействии. Процессы
сорбции – десорбции, растворения – дегазации в условиях изменяющихся концентраций газов, температур, давлений, влажности протекают постоянно. Система находится в состоянии подвижного равновесия, определяемого изменчивостью термодинамических условий и биологической активности. Благодаря этим
явлениям почвенный воздух, раствор и поглощающий комплекс почвы образуют
взаимосвязанную систему, создают свойственную почвам буферность.
Совокупность ряда физических свойств почв, определяющих состояние и
поведение почвенного воздуха в профиле, называется воздушно-физическими
свойствами почв. Наиболее важными из них являются воздухоемкость, воздухосодержание, воздухопроницаемость, аэрация.
89
Общей воздухоемкостью почв называют максимально возможное количество воздуха, выраженное в процентах по объему, которое содержится в воздушно-сухой почве ненарушенного строения при нормальных условиях. Общую
воздухоемкость (Ров) можно определить по формуле
Ров = Робщ – Рг,
где
Робщ – общая порозность почвы, %;
Рг – объем гигроскопической влаги, %.
Воздухоемкость почв зависит от их гранулометрического состава, сложения, степени оструктуренности. По характеру влияния на состояние почвенного
воздуха следует различать капиллярную и некапиллярную воздухоемкость. Почвенный воздух, размещенный в капиллярных порах малого диаметра, характеризует капиллярную воздухоемкость почв. Высокий процент капиллярной воздухоемкости указывает на малую подвижность почвенного воздуха, затрудненную
транспортировку газов в пределах почвенного профиля, высокое содержание
защемленного и сорбированного воздуха. Преобладание капиллярной воздухоемкости характерно для тяжелоглинистых, бесструктурных, плотных, набухающих почв. При высоких уровнях увлажнения капиллярная воздухоемкость не
обеспечивает аэрацию почв, создает анаэробные зоны и благоприятствует развитию внутрипочвенного оглеения.
Существенное значение для обеспечения нормальной аэрации почв имеет
некапиллярная воздухоемкость, или порозность аэрации, т. е. воздухоемкость
межагрегатных пор, трещин и камер. Она включает крупные поры, межструктурные полости, ходы корней и червей в почвенной толще и связана в основном
со свободным почвенным воздухом. Некапиллярная воздухоемкость (Ра – порозность аэрации) определяет количество воздуха, существующего в почвах при их
капиллярном насыщении влагой. Она вычисляется по разности между общей и
капиллярной порозностью. Наибольших значений (25–30%) некапиллярная воздухоемкость достигает в хорошо оструктуренных, слабоуплотненных почвах.
Количество воздуха, содержащегося в почве при определенном уровне
естественного увлажнения, называют воздухосодержанием. Определяется воздухосодержание (Рв) по разности между общей порозностью и объемной влажностью почв, %. Вода и воздух в почвах антагонисты. Поэтому существует четкая отрицательная корреляция между влаго- и воздухосодержанием. Воздухосодержание колеблется в различных почвах и в различные сезоны от 0 (на переувлажненных или затапливаемых территориях) до 80–90% (на переосушенных
торфяниках). В большинстве типов почв воздухосодержание имеет четко выраженную сезонную динамику, минимум в конце лета и максимум зимой. Для расчетов воздухозапасов, так же как и влагозапасов в почве, практикуют расчет
воздухосодержания в м3/га.
Воздухопроницаемостью (газопроницаемостью) называют способность
почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость определяет скорость
90
газообмена между почвой и атмосферой. Она зависит от гранулометрического
состава почвы и ее оструктуренности, от объема и строения (конфигурации)
порового пространства. Воздухопроницаемость определяется главным образом
некапиллярной порозностью. Особое внимание при исследовании воздухопроницаемости следует обращать на состояние поверхности почвы, ее разрыхленность, наличие корок, трещин. Воздухопроницаемость в естественных условиях
изменяется в широких пределах от 0 до 1 л/с и выше.
Обмен газами между почвенным воздухом и атмосферой называется воздухообменом (газообменом) почвы. Воздухообмен определяется большим количеством факторов, как непосредственно почвенных, так и внешних по отношению к ней. Наибольшее значение имеют:
1) атмосферные условия – суточная и сезонная амплитуды колебаний температур воздуха, суточная и сезонная амплитуды колебаний атмосферного давления, температурные градиенты на поверхности раздела почва – атмосфера,
турбулентность атмосферного воздуха, количество осадков и характер их распределения, интенсивность и объем эвапотранспирации воды;
2) физические свойства почвы – гранулометрический состав, структура,
состояние поверхности, плотность, количество и качество пор аэрации, температурный режим почв и режим их влажности;
3) физические свойства газов – скорость диффузии, градиенты концентраций газов в почве и на границе раздела почва – атмосфера, гравитационный
перенос газов под действием силы тяжести, способность к сорбции – десорбции
на твердой фазе, растворение в почвенных растворах и дегазация;
4) физико-химические реакции в почвах – обменные реакции между почвенным поглощающим комплексом, раствором, газовой фазой, реакции окисления – восстановления.
Основным механизмом массопереноса газов в почве, а также газообмена
между почвой и атмосферой является диффузия – перемещение газов под действием градиента концентраций. Остальные факторы тем или иным путем связаны
с ней, либо изменяя градиенты концентраций газов, либо изменяя свойства среды,
через которую идет диффузия. Конвективный (под действием температурных
градиентов), гравитационный (под действием силы тяжести) газопереносы,
а также перенос газов при изменениях атмосферного давления имеют подчиненное значение.
Коэффициент диффузии газа (табл. 7.1) в атмосфере (Da) существенно выше,
чем в почвах Ds. Диффузия в почвах прямопропорциональна порозности аэрации.
7.2. Состав и динамика почвенного воздуха
Современный состав земной атмосферы, по мнению В. И. Вернадского,
имеет биогенную природу, причем огромную роль в формировании атмосферы
играет газообмен между ее приземным слоем и почвой. Атмосферный воздух
91
представляет собой смесь газов, основную массу которой создают три – азот,
кислород, аргон; остальные газы присутствуют в незначительных количествах.
Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения.
Содержание диоксида углерода (СО2) увеличивается в 2–5 раз в почвах аридных
территорий, в 8–20 раз – в почвах гумидных и до 200 раз – в гидроморфных почвах.
Столь же динамично и содержание кислорода.
Таблица 7.1 – Значения коэффициентов диффузии СО2 в зависимости от воздухосодержания почвы (данные Н. П. Поясова)
Почва
Чернозем обыкновенный
То же
//-//Дерново-подзолистая
То же
//-//-
Da (в атмосфере), см2/с
0,161
0,160
0,160
0,157
0,159
0,158
Рв, %,
61,6
37,3
21,7
26,9
21,7
6,7
Ds, cм2/с
0,0473
0,0239
0,0160
0,0123
0,0160
0,0009
Изменение состава почвенного воздуха происходит в основном вследствие процессов жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания, окисления органического вещества почв. Трансформация атмосферного воздуха тем интенсивнее, чем выше ее энергетический потенциал, биологическая активность, а также
чем более затруднительно удаление газов за пределы почвенного профиля.
Макрогазы почвенного воздуха. К ним относятся азот, кислород, диоксид
углерода.
Азот. Методы его определения сложны, и точность их низка. Судя
по определяемым концентрациям О2 и СО2, содержание азота в почвенном воздухе не намного отличается от атмосферного, и в почве азот является значительно
преобладающим газом. Исследования динамики содержания молекулярного азота важны при изучении процессов азотфиксации, нитрификации и денитрификации. Поэтому особый интерес представляет динамика сопутствующих ему микрогазов – N2О, NО2. Диоксид азота (N2О), являясь промежуточным продуктом
денитрификации, эфемерен. Наиболее важным представляется изучение содержания оксида азота (NО2), образование которого связывают с процессами денитрификации. Этот интерес связан с тем, что в научной литературе существует мнение о фотохимическом влиянии оксида азота на озоновый слой Земли.
Кислород. Огромная роль кислорода в биосфере в целом и в почвенном
воздухе в частности общеизвестна. Достаточное содержание кислорода обеспечивает необходимый уровень микробиологической деятельности, дыхания корней растений и почвенных животных, при этом в почве преобладают аэробные
процессы окисления. Дефицит кислорода угнетает развитие корневых волосков,
вызывает массовую гибель всходов растений, провоцирует развитие болезнетворных микроорганизмов, вызывающих корневую гниль. Полный анаэробный
92
процесс начинается при снижении содержания кислорода до 2,5%, однако длительное сохранение концентрации О2 порядка 10–15% уже угнетает воздухолюбивые культуры. Содержание кислорода в почвенном воздухе контролирует
окислительно-восстановительный режим почв. Концентрации кислорода в почвенном воздухе различных почв в разные сезоны колеблются в широких пределах от десятых долей процента до 21,0%.
Диоксид углерода (СО2). Существует мнение, что диоксид углерода атмосферы на 90% имеет почвенное происхождение. Процессы дыхания и разложения, непрерывно протекающие в почвах, постоянно пополняют атмосферные
запасы СО2. Биологическое значение этого газа многосторонне. С одной стороны,
он обеспечивает ассимиляционный процесс растений (искусственное повышение
концентрации СО2 в атмосфере теплиц вызывает увеличение скорости фотосинтеза и дает 50–100-процентный прирост урожая). В то же время избыток СО2
в составе почвенного воздуха (более 3%) угнетает развитие растений, замедляет
прорастание семян, сокращает интенсивность поступления воды в растительные
клетки. Концентрация СО2 в почвенном воздухе колеблется обычно от 0,05 до
10–12%, и оптимальные уровни концентраций СО2 в составе почвенного воздуха
колеблются в пределах 0,3–3,0%. Велика почвенно-химическая и геохимическая
роль диоксида углерода. Вода, насыщенная СО2, растворяет многие труднорастворимые соединения – доломит СаСОз · MgCO3, кальцит СаСОз, магнезит
MgCO3, сидерит FеСОз. Это вызывает миграцию карбонатов в почвенном профиле и в сопряженных геохимических ландшафтах. Вынос (выщелачивание)
карбонатов под действием увеличивающейся концентрации СО2 в почвенном
воздухе и в почвенном растворе называется процессом декарбонизации, который
обусловлен сдвигом влево равновесия
Са(НСОз)2 = СаСОз + Н2О + СО2.
Этот процесс в настоящее время приобрел широкое распространение
в почвах активного орошения.
В процессах, характеризующихся нормальным кислородным дыханием (Дк),
происходит эквивалентный обмен О2 на СО2, однако существует целый ряд процессов, вызывающих отклонение в ту или иную сторону от нормального обмена.
Так, при разложении жиров и белков коэффициент дыхания существенно ниже
(0,7–0,8). Растворение СО2 и связывание его в гидрокарбонаты могут снизить Дк
в некоторых условиях до 0,2–0,3. Разложение веществ, богатых кислородом,
вызывает повышение Дк более 1.
Существует высокоинформативный показатель биологической активности
почв, так называемое «дыхание почв», которое характеризуется скоростью выделения СО2 за единицу времени с единицы поверхности. Интенсивность «дыхания почв» колеблется от 0,01 до 1,5 г/м2 · ч и зависит не только от почвенных и
погодных условий, но и от физиологических особенностей растительных и микробиологических ассоциаций, фенофазы, густоты растительного покрова. «Почвенное
93
дыхание» характеризует биологическую активность экосистемы в каждый конкретный период времени, и резкие отклонения от стандартных параметров дыхания
могут дать экологическую оценку процессам, вызывающим эти отклонения.
Микрогазы. В научной литературе существуют немногочисленные сведения
о содержании в почвенном воздухе таких компонентов, как N2О, NО2, СО2, предельные и непредельные углеводороды (этилен, ацетилен, метан), водород, сероводород, аммиак, терпены, фосфин, спирты, эфиры, пары органических и неорганических кислот. Происхождение микрогазов связывают с непосредственным метаболизмом микроорганизмов, с реакциями разложения и новообразования органических веществ в почве, с трансформацией в ней удобрений и гербицидов,
с поступлением их в почву с продуктами техногенного загрязнения атмосферы.
Концентрации микрогазов и летучих компонентов зачастую не превышают 1 · 10–9 –
1 · 10–12%, однако этого может быть вполне достаточно для ингибирующего действия
на почвенные микроорганизмы и для снижения биологической активности почв.
Состав почвенного воздуха имеет вертикальную стратификацию, определяемую продуцированием и кинетикой газов в пределах почвенного профиля.
Для большинства почв характерен рост концентрации СО2 и снижение О2
в почвенном воздухе с глубиной. Газообмен и концентрации газов в почвенном
воздухе существенным образом зависят от режима влажности и мощности зоны
аэрации (толщи почвы и грунта, расположенной выше уровня грунтовых вод).
Концентрации СО2 и О2 достигают экстремальных значений в зоне капиллярной
каймы грунтовых вод: максимальная – СО2 и минимальная – О2. При выходе
капиллярной каймы на поверхность корнеобитаемая биологическая активная зона
насыщается водой. При этом отмечаются острый дефицит воздуха в почве, высокие концентрации СО2, низкие – О2. Грунтовые воды, расположенные ниже 2,5 м,
не оказывают заметного влияния на состав почвенного воздуха.
Динамика почвенного воздуха определяется совокупностью всех явлений
поступления, передвижения и трансформации газов в пределах почвенного профиля, а также взаимодействием газовой фазы с твердой, жидкой и живой фазами
почвы. Так как газовая фаза почвы весьма лабильна, динамика почвенного воздуха имеет суточный и сезонный ход. Кроме того, почвенный воздух резко откликается на дополнительное поступление влаги в почву.
Суточная динамика определяется суточным ходом атмосферного давления,
температур, освещенности, изменениями скорости фотосинтеза. Эти параметры
контролируют интенсивность диффузии (Д), дыхания корней (Rs), микробиологической активности (Ms), интенсивность сорбции и десорбции, растворения и
дегазации.
Суточные колебания состава почвенного воздуха затрагивают, как правило,
лишь верхнюю полуметровую толщу почвы. Амплитуда этих изменений для кислорода и диоксида углерода не превышает 0,1–0,3%. Наиболее существенно в течение суток изменяется интенсивность почвенного дыхания.
94
Сезонная (годовая) динамика определяется годовым ходом атмосферного
давления, температур и осадков и тесно связанными с ними вегетационными
ритмами развития растительности и микробиологической деятельности. Годовой
воздушный режим включает в себя динамику воздухозапасов, воздухопроницаемости, состава почвенного воздуха, растворения и сорбции газов, почвенного дыхания.
Динамика воздухосодержания тесно связана обратной корреляционной
связью с динамикой влажности почв, и можно считать, что она является функцией
распределения осадков. Сезонная динамика состава почвенного воздуха отражает
биологические ритмы. Концентрация диоксида углерода имеет в верхней толще
четко выраженный максимум в период наивысшей биологической активности.
В это время происходит насыщение почвенной толщи углекислотой. По мере затухания биологической деятельности происходит отток СО2 за пределы почвенного
профиля. Концентрации кислорода имеют обратную зависимость.
Поливы, резко изменяя термодинамические условия почвы, вызывают существенные изменения воздухосодержания и состава воздуха, а также интенсивности
дыхания почв. Характер и амплитуда изменений тесно связаны с нормой поливов.
7.3. Тепловой режим почвы
Почва получает тепло с прямой и рассеянной радиацией. Известно, что
от Солнца поступает 1,94 кал/мин · см2 (солнечная постоянная), но в зависимости
от угла падения солнечных лучей реальное количество тепла существенно отличается. Баланс тепла зависит от таких параметров, как интенсивность солнечной
радиации, альбедо, теплоемкость и теплопроводность почв, а в вулканически активных регионах дополнительное тепло поступает из магмы, а также с теплыми ключами.
Главная особенность теплового режима всех почв – движение тепловой
волны от поверхности в нижние почвенные горизонты. Эти движения идут с определенным запаздыванием, связанным с теплопроводностью почв.
В пределах биоценоза поступление энергии от солнца неравномерно, зависит от растительного покрова, его полноты, количества ярусов и т. д. Так, сведение леса на многолетней мерзлоте увеличивает поступление тепла с солнечной
радиацией и приводит к частичной деградации мерзлоты (она опускается на 20–
40 см и более).
В высокополнотных ельниках на одних и тех же широтах в почву поступает
заметно меньше тепла, чем в березняках или на лугах. Поэтому, кроме общего
баланса тепла, для зонального ландшафта важно знать локальные характеристики
радиационного баланса, как и локальные коэффициенты увлажнения. Температура почвы – наиболее ярко выраженное ее циклическое свойство. Она постоянно
восстанавливается, замыкает цикл в зависимости от времени года. Тепловой режим
оценивается рядом параметров. В первую очередь – тепловыми свойствами почвы:
теплоемкостью, тепло- и температуропроводностью. Температура почвы – наиболее ясный показатель, широко используемый в практике. При оценке теплового
95
режима почвы используют сумму среднесуточных температур воздуха, больше
5 °С и 10 °С. Также оценивают ранние и поздние заморозки, что может оказать
решающее влияние на урожай сельскохозяйственных растений и обитание некоторых видов растений. Ранние заморозки, например, могут не дать некоторым
видам образовать семена, и вид уступит свою экологическую нишу другим
видам растений. Так, каштаны могут расти в средней полосе достаточно долго,
но при морозах ниже –30 °С они вымерзают. Поэтому эту экстремальную температуру можно считать одним из экологических пределов распространения каштана естественным путем.
Тепловым режимом почвы называется совокупность явлений теплообмена
в системе приземный слой воздуха – почва – почвообразующая порода. Тепловой
режим определяет в первую очередь солнечная радиация, точнее соотношение
поглощенной радиации и теплового излучения Земли. Сравнительно небольшую
роль играют экзо- и эндотермические реакции в почве, а также внутренняя энергия нашей планеты. Интенсивность альбедо зависит от окраски почвы, характера
ее поверхности, теплоемкости. Темные почвы, богатые органическим веществом
и глинистыми минералами, энергично поглощают солнечное излучение. Светлые,
особенно песчаные малогумусные почвы имеют альбедо 40–45% или почти
вдвое меньше.
Под теплоемкостью понимают количество теплоты (кал), необходимое для
нагревания на 1 °С 1 г почвы (массовая теплоемкость) или 1 см3 почвы (объемная
теплоемкость). Теплоемкость жидкой фазы – около 1, твердой – 0,1–0,5, газовой
фазы – 0,0003. Из этих величин следует, что теплоемкость почвы увеличивается
с увеличением влажности почвы, то есть для нагревания влажной почвы требуется больше тепла, чем для нагревания сухой.
Излучение теплоты также зависит от состава и влажности почвы, строения
поверхности. Поступающее количество энергии (радиационный баланс) тратится
на испарение, нагревание почвы, отдачу тепла в атмосферу. В среднем за год
тепловой баланс почвы равен нулю.
Теплопроводность – способность почвы проводить теплоту, она определяет
глубину прогревания и охлаждения почв. Этот показатель у воды в 20 с лишним
раз выше, чем у воздуха, поэтому влажные почвы прогреваются на большую
глубину, хотя и медленнее, чем сухие. Биологически активное прогревание соответствует температуре выше 10 °С. Колебания суточных температур распространяются обычно до глубины 1 м. Сезонные колебания захватывают значительно большую толщину почвы.
Тепловой режим характеризуется радиационным и тепловым балансами.
Радиационный баланс:
Тб = Qp + Qg – Qотр – Qизл,
где
Qp – приход коротковолновой солнечной энергии, прямой и рассеянной;
Qg – приход длинноволнового излучения из атмосферы;
96
Qoтp – отраженная поверхностью коротковолновая радиация;
Qизл – длинноволновое излучение подстилающей атмосферу поверхности.
Формулу используют для оценки радиационного баланса за любой период
(час, сутки, месяц, год, многолетний период). На верхней границе экосистемы
альбедо равно отношению падающей на поверхность солнечной энергии и отраженной этой поверхностью энергии. Альбедо – характерная величина для экосистем – может различаться до 4 раз (табл. 7.2).
Тепловой баланс почвы определяется по формуле
Тб + Тт + Тп + Тк = 0,
где
Тб – радиационный баланс;
Тт – затраты тепла на транспирацию и физическое испарение воды;
Тп – расход тепла на теплообмен с глубокими слоями;
Тк – количество тепла, идущего на нагрев воздуха.
Таблица 7.2 – Среднее значение альбедо для естественной поверхности суши
Поверхность
Устойчивый снежный покров на 60° с. ш. (южнее 60° с. ш.)
Неустойчивый снежный покров
Тундра
Хвойные леса
Лиственные леса
Степи
Саванны во влажное время (в сухое время)
Полупустыни
Пустыни
Альбедо
0,80 (0,70)
0,45
0,18
0,14
0,18
0,18
0,18 (0,25)
0,25
0,30
Для понимания сути влияния тепла на почвообразование и экосистемы важно
знать в первую очередь радиационный баланс, глубину проникновения тепловой
волны в почву, сумму температур более 10 °С на глубине 20 см (зона максимума
корней). Температура служит «сигналом» для прорастания семян, и для разных
видов растений эта температура различается. Так, по данным Л. М. Томпсона и
Ф. Р. Троу, овес, люцерна и костер начинают прорастать при средней дневной
температуре в слое 0–5 см почвы 10 °С, кукуруза – при 15 °С, хлопчатник –
более 20°. Активность микрофлоры в почве достигает максимума при 35 °С.
Опыты, проведенные с подогревом слоя почвы 0–100 см, в среднем повысили урожай кукурузы на 28%, суданской травы – на 54%, овсяницы – на 19%,
перца – на 41%, земляники – на 24%. Важность температуры в оценке теплового
режима почв подтверждается всей практикой тех сельских хозяйств, где строго
учитывают температуру почвы, заморозки и т. д. Поглощение растениями азота
резко растет при температуре выше 5 °С, фосфора – выше 15 °С.
Известно, что продуктивность зональных экосистем выше в южных регионах
(при условии достаточного снабжения водой). Повышение продуктивности
97
в первую очередь определяется повышением средней температуры воздуха и
почвы. Особенно ярко эта закономерность проявляется при сравнении сосны,
растущей на легких (песчаных и супесчаных) почвах от лесотундры до полупустыни.
С ростом температуры ее бонитет и запасы древесины растут, и только в сухой
степи и полупустыне, где мало воды, бонитет и продуктивность сосны падают.
Сумма активных температур, по теории Д. С. Орлова, влияет на биологическую
активность, на глубину гумификации в почве органического вещества (табл. 7.3).
Таблица 7.3 – Содержание гумуса и глубина гумификации в горизонте А1
в зависимости от продолжительности периодов (дни) с дневной температурой >10 °С (Т1)
и с продуктивной влажностью W (Т2) 1–2%
Почвы
Тундровые
Глееподзолистые
Подзолистые
Дерново-подзолистые
Серые лесные
Черноземы выщелоченные
Черноземы типичные
Черноземы обыкновенные
Черноземы южные
Каштановые
Бурые полупустынные
Серо-бурые
Сероземы северные
С, %
1,7
1,9
0,4
1,7
3,1
4,2
4,9
4,2
2,7
1,5
0,7
0,3
0,4
Сгк / Сфк
0,48
0,54
0,70
0,75
1,10
2,29
2,40
2,90
2,20
1,63
0,59
0,44
0,53
Т1
50
70
92
ПО
130
144
154
170
175
190
215
210
210
Т2
нет
нет
нет
нет
нет
нет
нет
нет
5
50
125
137
137
Т1–Т2
50
70
92
ПО
130
144
154
170
170
140
90
73
73
В первом приближении глубину гумификации для почв тундровых – серых лесных – можно аппроксимировать уравнением:
Н (Сгк / Сфк) = 0,008Т1,
где
Т1 – продолжительность периода с суммой температур более 10 °С, в днях.
Из этой формулы следует один важный вывод: климатические флуктуации
могут заметно повлиять на состав гумуса, на глубину гумификации.
Разработано несколько шкал для систематики почвы по тепловому режиму.
В. Н. Димо использовала для оценки почв сумму температур более 10 °С на глубине 20 см и построила одну из таких схем (табл. 7.4).
Кроме теплообеспеченности, можно оценить степень суровости зимних
почвенных условий. Один из подходов к оценке степени суровости условий –
по сумме температур почвы ниже 0 °С на глубине 20 см в течение года. Эта величина аналогична сумме положительных температур, которая характеризует
теплообеспеченность почв.
Промерзание почвы зависит от ряда причин: географического положения,
климатических особенностей, температуры замерзания почвенного раствора, мощности снежного покрова и времени его выпадения, наличия древесной расти98
тельности. Растительность задерживает солнечную радиацию, поэтому летом
температура почвы может быть ниже, чем температура воздуха. Пониженную
теплопроводность имеет лесная подстилка. Но зимой температуры почвы под
лесом выше, чем на соседнем поле.
В. Н. Димо по тепловому балансу выделяет несколько типов теплового
(температурного) режима:
1) мерзлотный (cреднегодовая температура профиля почвы отрицательная);
2) длительно сезоннопромерзающий (средняя температура профиля почвы
положительная, но бывают годы с отрицательной средней температурой, глубина
проникновения отрицательных температур не менее 1 м, но нет смыкания сезонномерзлотной и многолетне-мерзлотной толщ);
3) сезоннопромерзающий (при средней температуре профиля почвы всегда
положительной сезонное промерзание – не больше 5 месяцев);
4) непромерзающий (в почве отсутствует сезонное промерзание почв).
Таблица 7.4 – Термические параметры почв разных климатических зон
Тип режима почвы /
Сумма t° воздуха Сумма t° почвы Период -t° на
теплообеспеченость
>10 °С
>10°на 20 см 20 см, месяцы
Арктический / низкая
0–300
0
>8
Субарктический / та же
300–500
0–400
5–8
Очень холодный / весьма слабая
500–900
400–800
5–8
Холодный / та же
900–1250
800–1200
2–8
Умеренно холодный / ниже средней
1250–1600
1200–1600
2–8
Умеренный / средняя
1600–2000
1600–2100
2–8
Умеренно теплый / выше средней
2000–2500
2100–2700
1–8
Теплый / хорошая
2500–3100
2700–3400
<5
Очень теплый / весьма хорошая
3100–3800
3400–4400
<5
Очень теплый / весьма хорошая
3100–3800
3400–4400
<5
Субтропический / высокая
3800–4900
4400–5600
<2
То же, жаркий / весьма высокая
4900–6100
5600–7200
0
Тепловой режим в значительной степени объясняет интенсивность механических, геохимических и биологических процессов в почве. С повышением
температуры на 10 °С скорость химической реакции возрастает в 2–3 раза (правило Ван Гоффа). В разных районах Земли в этой связи скорости химических
реакций могут отличаться в десятки раз. От температуры зависит сорбция и десорбция, растворимость газов, соотношение твердой и жидкой фаз в почве, пептизация и коагуляция коллоидов.
Многие минералы отличаются значительными коэффициентами объемного
расширения, например, у полевых шпатов он вдвое меньше, чем у кварца. При
периодическом нагревании и охлаждении в породах образуются трещины, а капиллярное давление в тонких трещинах и замерзающая вода в более крупных способствуют механическому разрушению минералов и пород. Нагревание увеличивает
биохимическую деятельность бактерий, по крайней мере, до температуры 40 °С.
99
Повышение температуры почвы, и, соответственно, почвенного раствора,
приводит к тому, что в почвенном растворе увеличивается концентрация растворимых солей, таких как NaCl, нитраты, сульфаты и т. д. Одновременно
повышение температуры снижает содержание в растворе газов, в том числе кислорода, поэтому формирование застойного гидрологического горизонта в летний
период может резко снизить окислительно-восстановительный потенциал почвы и
ухудшить состояние растений, вплоть до полной их гибели. Именно в этот период
усиливаются процессы оглеения.
Отдельно следует отметить роль температуры в питании растений. В теплых
почвах растворы быстрее «разносят» питательные вещества, чем в холодных.
При увеличении температуры ускоряются многие химические реакции, в том числе и
в почве. Усиливаются процессы окисления органического вещества, процессы
обмена между почвой и раствором, процессы диффузии веществ в почве. Все эти
реакции прямо влияют на доступность питательных веществ для растений.
Именно поэтому более бедные питательными элементами почвы влажных тропиков и субтропиков лучше снабжают растения пищей и производят больше фитомассы естественных и сельскохозяйственных растений. В акрисолях (красноземах) диффузия питательных веществ к корню идет значительно быстрее, чем в северных почвах, хотя для одной и той же температуры коэффициент диффузии
в акрисолях меньше, чем в других почвах. Температура почв определяет газовый
режим: увеличение температуры усиливает биологическую активность почв.
На тепловой режим влияют и другие природные факторы: высота над уровнем моря, экспозиция склона, тип почвообразующей породы, количество осадков и т. д. Изменчивость теплового режима в любые периоды сопровождается
изменением в жизнедеятельности биоты, в скорости химических реакций, в проявлениях водного, пищевого и газового режимов почв, поэтому оценка теплового,
как и водного режима, лежит в основе понимания динамичности других свойств почв.
Следует отметить, что поступающий в экосистемы свет имеет разный
спектральный состав в зависимости от высоты местности. В субальпийском поясе
в спектре света больше ультрафиолетовых лучей, которые, как известно, обладают бактерицидными свойствами. Возможно, что роль этих лучей в жизни горных
экосистем намного больше, чем мы до сих пор представляем, и высокая гумусированность горных почв связана со спектральным составом света.
В принципе, можно выделить почвы теплые (обычно песчаные и супесчаные,
содержащие мало воды), имеющие теплопроводность 3,5–5,0 ккал/см · сек · град
и теплоемкость 0,5–0,6 кал/см3 · град, и холодные (глинистые переувлажненные)
с показателями в 3–4 раза меньше. Благодаря высокой теплоемкости воды переувлажненные почвы медленнее согреваются, чем более легкие или менее увлажненные.
Более высокая температура почвы способствует ее иссушению, но в то же
время обеспечивает более быстрое поступление в корни питательных элементов,
более быстрый их подток к корню, активизирует биологические процессы в почве,
активность микрофлоры. С ростом температуры увеличивается выделение угле100
кислого газа из почвы, скорость обменных и других реакций, диффузия, капиллярный подъем воды, фильтрация и пр. Таким образом, тепловой режим – важный экологический параметр почвы, во многом определяющий ее экологические
функции (питание, водоснабжение, окислительно-восстановительные условия и пр.).
Существуют способы улучшения теплового режима:
– мульчирование торфом, соломой, пленкой, опилками;
– рыхление и уплотнение;
– возделывание растений определенного вида с конкретной густотой;
– применительно к снежному покрову – хорошему термоизолятору – снегозадержание, щиты, кулисы.
7.4. Деградация и охрана почв
В результате экологически необоснованной хозяйственной деятельности,
реже в результате природных явлений (природное изменение условий почвообразования, извержение вулканов, ураганы), почва часто теряет свое плодородие, деградирует или даже полностью разрушается. Для предотвращения негативных экологических последствий воздействия человека на почву необходимо самое пристальное внимание уделять вопросам рационального использования и охраны почв.
Охрана и рациональное использование почв – это система мероприятий, направленных на защиту, улучшение и рациональное использование земель,
увеличение плодородия почв и поддержание устойчивости биосферы в целом.
Явления деградации и полного разрушения почвы можно разделить на несколько основных групп (Химическое загрязнение почв и их охрана, 1991).
1. Нарушение биоэнергетического режима почв и экосистем: девегетация
почв (потеря почвами растительного покрова, ведущая к омертвлению почв); дегумификация почв (потеря почвами гумуса); почвоутомление и истощение почв
(процессы, происходящие в почвах в результате длительного возделывания одного
вида сельскохозяйственных культур).
2. Патологическое состояние почвенных горизонтов и профиля почв: отчуждение и выключение почв из действующих экосистем, или промышленная эрозия
почв (отчуждение почв городами, поселками, дорогами, линиями электропередач и связи, трубопроводами, карьерами, водохранилищами, свалками и т. д.);
водная и воздушная эрозия (дефляция) почв (разрушение верхних слоев почвы
под действием воды и ветра); образование бесструктурных кор и переуплотненных горизонтов (потеря почвой структуры или ее переуплотнение при обработке
полей тяжелой техникой при влажности выше «физической спелости» почв;
вторичном осолонцевании черноземных почв; при образовании подпахотного
уплотненного горизонта на старых пашнях).
3. Нарушение водного и химического режима почв: сухость и опустынивание
почв (результат как общеземного послеледникового процесса опустынивания, так и
непродуманной хозяйственной деятельности человека); селевые разливы и оползни
101
(результат сведения растительности в горных районах); вторичное засоление почв
(результат неправильного орошения минерализованными или пресными водами);
природная и вторичная кислотность почв (кислотность ниже оптимальной реакции
почв, которая для многих сельскохозяйственных растений находится в интервале
рН = 5,5–6,5; вторичная кислотность возникает в результате выбросов в атмосферу
соединений кислот промышленного, транспортного и другого происхождения);
переосушение почв (результат неправильно проводимых осушительных мелиораций).
4. Затопление, разрушение и засоление почв водами водохранилищ, то есть
развитием комплекса негативных процессов, приводящих к деградации почвенного
покрова: затопление пойменных и надпойменных террас, подъем уровня грунтовых
вод и подтопление почв, абразия берегов и засоление дельт, размыв и уничтожение
почв приморских дельт, загрязнение и содовое (щелочное) засоление вод и почв и др.
5. Загрязнение и химическое отравление почв: промышленное загрязнение
почв (результат осаждения паров, аэрозолей, пыли или растворенных соединений поллютантов на поверхность почвы с атмосферными осадками); сельскохозяйственное загрязнение почв (результат неправильного применения пестицидов, внесение сверхнормальных доз минеральных и органических удобрений,
отходов и стоков животноводческих ферм); радиоактивное загрязнение почв
(природное или антропогенное накопление в почве радионуклидов в результате
ядерных взрывов, аварийных выбросов на атомных предприятиях, утечки радиоактивных материалов, захоронения отходов атомной промышленности).
6. Деградация почв районов с распространением многолетней мерзлоты
происходит из-за крайней неустойчивости к воздействию антропогенных факторов (неупорядоченное движение транспорта, перевыпас и другие процессы приводят к нарушению растительного покрова, что обусловливает протаивание
мерзлых грунтов, развитие эрозионных процессов).
7. Разрушение почв военными действиями происходит при передвижении
военной техники, строительстве фортификационных сооружений, взрывах бомб,
снарядов.
8. Водная и ветровая эрозия – процесс разрушения почвенного покрова –
является наиболее распространенным видом деградации почв.
Опасности, угрожающие почве, очень разнообразны. Наиболее очевидной
является эрозия почвы. Эрозия (от лат. erosio – разъедание) – процесс разрушения почв под действием эродирующих факторов – включает в себя вынос, перенос и переотложение почвенной массы. В зависимости от фактора разрушения
эрозию делят на водную и ветровую (дефляция).
Водная эрозия – процесс разрушения почвенного покрова под действием
талых, дождевых или ирригационных вод. По характеру воздействия на почву
ее делят на плоскостную и линейную.
Плоскостная (поверхностная) эрозия – смыв верхнего горизонта почвы
под влиянием стекающих по склону дождевых или талых вод. Механизм поверхностной эрозии связан с разрушающей ударной силой дождевых капель и
с воздействием поверхностного стока дождевых и талых вод.
102
В результате развития плоскостной эрозии формируются эродированные
почвы, обладающие по сравнению с исходными более низким плодородием.
Снижение плодородия зависит от степени смытости почв и связано с постепенным удалением наиболее плодородного верхнего слоя и вовлечением в пахотный
горизот менее плодородных нижних горизонтов. При этом изменяется химический состав, ухудшаются свойства и режимы почв: снижаются содержание и
запасы гумуса (часто ухудшается его качество), запасы элементов минерального
питания, особенно азота; ухудшаются физические и биологические свойства
почвы. Смытые почвы имеют худшую оструктуренность, низкую пористость и
повышенную плотность, что обусловливает снижение водопроницаемости, увеличение поверхностного стока, снижение влагоемкости и запасов доступной для
растений влаги. Потеря гумуса ведет к снижению биологической активности почв.
Линейная (овражная) эрозия – размыв почв в глубину более мощной струей
воды, стекающей по склону. На первой стадии линейной эрозии образуются глубокие струйчатые размывы (до 20–35 см) и промоины (глубиной до 1–1,5 м).
Дальнейшее их развитие приводит к образованию оврагов, и почва полностью
разрушается. Рост и развитие оврага продолжаются до глубины базиса эрозии –
уровня воды в ближайшем водоеме. Когда глубина оврага достигает этого уровня,
усиливается боковой сток и прекращается размыв почвы в глубину. Бока оврага
постепенно округляются, зарастают растительностью, и овраг переходит в балку.
О степени развития овражной эрозии чаще всего судят по проценту площади
оврагов или по суммарной их протяженности на квадратный километр площади.
В горах наряду с развитием обычных форм водной эрозии могут возникать селевые потоки (сели). Они образуются после бурного снеготаяния или интенсивных дождей, движутся с большой скоростью и увлекают огромное количество
материала в виде мелкозема, гальки и крупных камней. Борьба с ними требует
строительства специальных противоселевых сооружений.
По темпам развития различают геологическую (нормальную) и ускоренную (при удалении естественной растительности, неправильном использовании
почвы, в результате чего темп эрозии резко возрастает) эрозию.
На развитие и интенсивность эрозионных процессов влияет ряд факторов.
Из климатических условий наибольшее значение имеют количество и режим
выпадающих осадков, их интенсивность, продолжительность, распределение
по сезонам. Особенно опасны ливневые дожди в период, когда почва обнажена,
а также талые воды.
Важнейшим условием развития водной эрозии является рельеф. Чем
больше глубина базиса эрозии, тем глубже расчленен рельеф. Уже при крутизне
склона в 1° начинается смыв почвы. Особенно опасны выпуклые склоны, вогнутые склоны менее подвержены смыву, а на ступенчатых склонах с каждой ступенькой скорость смыва гасится.
Различные породы имеют разную подверженность размыву и смыву.
В наибольшей степени эродируют лёссы и лёссовидные суглинки, так как
103
содержат много пылеватых частиц. Моренные отложения более устойчивы
к размывающему действию воды. Флювиогляциальные и другие легкие отложения быстро впитывают влагу, поэтому они сравнительно устойчивы к эрозии.
Почвы легкие, оструктуренные, гумусированные и рыхлые хорошо впитывают воду и лучше противостоят эрозии. Почвы с разрушенной структурой,
малогумусные имеют слабую противоэрозионную устойчивость.
Растительный покров препятствует развитию эрозионных процессов, корни
растений скрепляют почвенные частицы, уменьшая смыв и размыв почвы.
Из полевых культур по противоэрозионным свойствам приоритетными являются
многолетние травы. Однолетние культуры сплошного сева эрозионно более
опасны, но существенно снижают водную эрозию по сравнению со вспаханной
почвой. Минимальными противоэрозионными свойствами характеризуются
пропашные культуры. Большее значение в борьбе с линейной и ветровой эрозией
имеют древесно-кустарниковые растения.
Система защиты почв от эрозии включает организационно-технические,
агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические противоэрозионные
мероприятия. Первые включают обоснование и составление плана противоэрозионных мероприятий и организацию территории. Агротехнические мероприятия предусматривают возделывание почвозащитных культур (многолетних трав,
культур сплошного сева и др.), противоэрозионную обработку почвы, снегозадержание, лесомелиоративные (создание полезащитных лесополос), гидротехнические (создание гидротехнических сооружений для регулирования склонового
стока). При развитии водной эрозии применяют также такие методы охраны почв,
как мульчирование, террасирование склонов, создание водоотводных канав.
Под ветровой эрозией, или дефляцией, понимают разрушение почвы, когда
в качестве эродирующего фактора выступает ветер. Ветровая эрозия развивается
на рельефе любого типа, проявляется в виде пыльных бурь и местной (повседневной) эрозии.
При ветровой эрозии наиболее мелкие и гумусированные частицы переносятся воздушным потоком на десятки, сотни и даже тысячи километров. При
сильном ветре возможно повреждение всходов, обнажение корней растений.
При пыльных бурях ветер поднимает в воздух верхние горизонты почвы, иногда
вместе с посевами, и переносит почвенные массы на большие расстояния. Наносами засыпаются сооружения, дороги, каналы, водоемы.
Факторы возникновения ветровой эрозии – засушливый климат, наличие
сильных ветров и их турбулентность, безлесность территории, дефляционная
податливость почвы. Ветровая эрозия возможна только при достаточной иссушенности почвы. Влажная почва ветром не эродируется. Поэтому опасность
ветровой эрозии возникает в районах с засушливым климатом или на мелиорированных переосушенных почвах.
Наиболее важным фактором выдувания почвы является скорость ветра и
рельеф ее поверхности. Для любых полевых условий имеется своя минимальная
104
скорость ветра, при которой начинается эрозия. Турбулентность ветра усиливает
его эродирующее действие.
Если в воздухе нет никаких почвенных частиц, то требуется гораздо
большая скорость ветра для того, что вызвать начало их движения, чем в том
случае, когда на поверхность почвы падают скачкообразно двигающиеся частицы
с соседних участков и добавляют свою кинетическую энергию к энергии ветра.
На открытых территориях вероятность возникновения такого движения почвенных частиц во много раз превышает вероятность его возникновения на территориях, имеющих даже незначительную облесенность и закустаренность.
Сравнительно легко эродируются пески, потому что они содержат много
частиц, способных передвигаться скачкообразно, и мало связывающего их материала. Легко эродируются торфяные почвы, имеющие очень низкую плотность
сложения и плотность твердой фазы. Почвы, сложенные из агрегатов небольшого
диаметра, эродируются легко, а почвы, сложенные крупными агрегатами или
имеющие на поверхности корку, довольно устойчивы против выдувания.
Ветровая эрозия характеризуется несколькими фазами. Начинается она с разрыхления, разрушения и обнажения почвы, которое происходит под действием
мороза, попеременного увлажнения и высыхания, под ударами дождевых капель
и при механической обработке. Затем следует начало движения почвенных частиц
с наиболее легко эродируемой фракции (0,1–0,5 мм). Перемещение почвенных
частиц включает три формы движения:
1) скольжение по поверхности. Такая форма движения присуща крупным
частицам диаметром 1–3 мм;
2) скачки. Частицы размером от 0,1 до 1 мм создают поземку в приземном слое;
3) движение во взвешенном состоянии, характерное для частиц мельче 0,2 мм.
В процессе движения почвенных частиц осуществляется сортировка их
по размерам, массе и форме, а также происходит истирание (абразия) – процесс
разрушения комков почвы и породы под ударами почвенных частиц.
Следующая фаза – лавинный эффект. Он возникает за счет того, что одни
почвенные частицы приводят в движение другие. Заключительной фазой ветровой
эрозии является отложение перемещенного материала.
Для борьбы с дефляцией проводят организационно-хозяйственные, агротехнические и лесомелиоративные мероприятия. Защищая почву от ветровой
эрозии, необходимо добиваться снижения скорости ветра у поверхности почвы,
что достигается закреплением почвы постоянной растительностью, посевом растений узкими полосами. Целесообразно организовывать перехваты частиц, движущихся скачкообразно. Для этого высаживают полосами высокорослые растения,
создают террасы шириной около 3 м, через такие полосы большинство частиц
не перескакивает. Очень важно поддерживать почву в агрегированном увлажненном состоянии, составлять на полях послеуборочные остатки, мульчировать.
105
ЛЕКЦИЯ 8. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ
Почвы содержат почти все элементы периодической системы
Д. И. Менделеева, но диапазон концентраций очень велик: от десятков и единиц
массовых долей до 10–10–10–12%. Часть элементов участвует в формировании
почвенной массы, то есть они играют конституционную роль, хотя они же необходимы и живым организмам, другая часть существенно не влияет на свойства
почвенной массы, но зато играет важную физиологическую роль: некоторые
элементы могут быть как стимуляторами физиологических и биохимических
процессов, так и токсинами. Первая группа – макроэлементы, вторая включает
микро-, ультрамикро- и наноэлементы.
Состав элементов в почвенном покрове, их распределение и ассоциации
определяются комплексом факторов почвообразования. Прежде всего это почвенно-биологический круговорот веществ в результате жизнедеятельности
живых организмов и разложения их остатков. Избирательное поглощение веществ
изменяет почвы по сравнению с материнской породой, определяет глобальную
геохимическую работу растений. Главнейшей особенностью химического состава
почв является значительное содержание в ней органического углерода и азота,
за редким исключением отсутствующих в породе. Благодаря концентрации растений и микроорганизмов в почве накапливаются или задерживаются при промывном водном режиме и другие биофильные элементы – фосфор, сера, калий,
кальций, магний и другие. Избирательность растений в поглощении элементов
характеризует коэффициент биологического поглощения Ах, рассчитываемый
как отношение содержания элемента X в золе растений к его содержанию в литосфере (кларку). Значения коэффициентов поглощения некоторых элементов: бор –
33 и 40 (к почве и литосфере); магний – 3,6 и 11,0; алюминий – 0,2; кремний –
0,5; фосфор – 7,4 и 88; калий – 1,2 и 2,5; кальций – 1,0 и 2,2; железо – 0,2 и 0,3;
сера – 100 и 60; кадмий – 0,08 и 0,02.
На накопление элементов в почвах оказывает влияние состав почвеннопоглощающего комплекса, характер выноса растворенных соединений, состав
органического вещества. По сравнению с осадочными породами почвы характеризуются пониженным содержанием натрия, кальция, магния, хлора, стронция,
которые выносятся в процессе выветривания и почвообразования.
8.1. Макроэлементы в почвах
Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Практически
всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода CO2, в почвенном растворе –
угольная кислота, в аридных почвах – CаCO3 и Na2CO3; это только минеральные
соединения. Набор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан,
но в их число входят как низкомолекулярные соединения, начиная от метана (CH4),
106
аминокислот, простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, до высокомолекулярных соединений, представленных целлюлозой, лигнином, полипептидами.
Особое место занимают так называемые специфические для почв гумусовые
вещества. При характеристике почв наиболее информативны не отдельные индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность соединений со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть моносахариды,
аминокислоты (в почвах обнаруживают до 22 различных аминокислот), гуминовые
кислоты, фульвокислоты. Вещества, входящие в одну группу, примерно одинаково
участвуют в почвенно-химических реакциях. Группы органических соединений
подразделяются на фракции по характеру связи с минеральными соединениями.
Могут быть, например, гуминовые кислоты свободные, связанные с Ca2+, Fe3+,
алюмосиликатами и т. п.
К основным элементам, определяющим химический состав и состояние
почвы, относятся азот, фосфор и калий.
Содержание азота (N) в земной коре составляет 2,3 · 10–2 весовых процента,
общие запасы исчисляются десятками миллиардов тонн. Главным источником
азота является атмосфера. Над каждым гектаром земной поверхности в воздухе
имеется свыше 70 тыс. тонн азота. Однако молекулярный азот воздуха недоступен для растений. В природных условиях связывание молекулярного азота воздуха и его накопление в почве происходит в основном путем связывания азотфиксирующими организмами.
Основная часть азота находится в почве в виде сложных органических
соединений, небольшая часть – в виде необменно-поглощенных ионов аммония
в кристаллической решетке алюмосиликатных минералов. Содержание азота
в почве сильно различается в пределах одной и той же почвенной зоны, в среднем в пахотном горизонте 0,1% азота от веса почвы.
Основная масса азота в почве недоступна для растений. Растения и животные могут поглощать только связанный азот в форме минеральных соединений – азотнокислых и аммиачных солей. В малой степени они могут усваивать
растворимые в воде амиды и простейшие аминокислоты. Поэтому нормальное
обеспечение биоты азотом зависит от скорости минерализации азотистых органических веществ.
Разложение азотистых органических веществ в почвах может быть представлено следующей схемой:
белки, гумусовые вещества → аминокислоты, амиды → аммиак → нитриты → нитраты.
Функцию перевода свободного азота в связанный выполняют бактерии.
Известны аммонифицирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирующие и другие бактерии. Аммонифицирующие бактерии способны разлагать сложные органические соединения с образованием аммиака. Распад азотистых органических веществ почвы до аммиака называется аммонификацией.
107
Под воздействием ферментов, выделяемых микробами, белковые вещества гидролизуются до аминокислот. Последние легко усваиваются микроорганизмами и
под действием ферментов микробных клеток подвергаются процессам дезаминирования и дезамидирования. В результате от амино- и амидосоединений
отщепляется аммиак и образуются различные органические кислоты. Например:
CH2NH2COOH + O2 = HCOOH + CO2 + NH3
глицин
муравьиная кислота
аммиак
В результате аммонификации получаются органические кислоты, спирты,
углекислота и аммиак. Выделяющийся аммиак образует соли с соответствующими органическими и минеральными кислотами, которые получаются при
минерализации органического вещества почвы:
2NH3 + H2CO3 = (NH4)2CO3.
Аммоний поглощается почвенными коллоидами:
Ca
NH4
(ППК) + (NH4)2CO3 = (ППК)NH4 + CaCO3.
Ca
Ca
Аммиак образуется во всех почвах при разной реакции среды, в присутствии и отсутствии воздуха, но в анаэробных условиях при сильнокислой и
щелочной реакции аммонификация замедляется.
В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов. Окисление
аммиака до нитратов называется нитрификацией. Нитрификация может идти
по следующему уравнению:
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + H2O (первая фаза);
2HNO2 + O2 = 2HNO3 (вторая фаза).
Образовавшаяся в почве азотная кислота нейтрализуется бикарбонатом
кальция или магния, а также поглощенными основаниями почвы:
2HNO3 + (ППК) Са = (ППК) Н Н + Са(NO3)2 →Са2+ + 2 NО3Са
Интенсивность минерализации органического вещества в различных почвах
неодинакова. В дерново-подзолистых почвах она протекает значительно сильнее,
чем в черноземах. При кислой реакции, плохой аэрации, избыточной влажности
и низкой температуре процессы минерализации протекают слабо и останавливаются на стадии образования аммиака. На скорость окисления аммиака до нитратов влияет также обработка почвы, ее известкование и удобрение.
Некоторые бактерии в анаэробных условиях вызывают процесс денитрификации – восстановление нитратного азота до газообразного азота. Для этих
бактерий окисление является источником энергии. Денитрификация сопряжена
с потерей азота, что является крайне нежелательным для почв, используемых
в сельскохозяйственном производстве.
108
В почве происходит также процесс вымывания нитратов из почвы осадками и дренажными водами. Это связано с тем, что нитраты находятся преимущественно в почвенном растворе. Нитратный азот (NO3) не образует в почве
каких-либо малорастворимых солей и не поглощается отрицательно заряженными
почвенными коллоидами, поэтому имеет высокую подвижность и легко передвигается в почве.
Содержание и формы азота в почвах оказывают большое влияние на рост
и развитие растений. При недостатке азота их рост ухудшается. При нормальном
азотном питании растений повышается синтез белковых веществ, усиливается
жизнедеятельность организмов, ускоряется рост и задерживается старение листьев.
Избыток азота задерживает созревание растений, способствует образованию большой вегетационной массы, уменьшает количество зерна, клубней, корнеплодов.
Азот – один из основных элементов, необходимых для питания растений.
Он входит в простые и сложные белки, которые являются главной составной
частью протоплазмы растительной клетки, в состав нуклеиновых кислот, содержится в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, витаминах, ферментах и других
органических веществах клеток.
Фосфор (Р). Фосфор относится к числу распространенных элементов
в земной коре – 8 · 10–2 весовых процента. Основная масса фосфора находится
в природных фосфатах (170 видов), а также в породах со фосфорсодержащими
минералами (амблигонит, вивианит, монацит, пироморфит и т. д.).
Минеральные формы фосфора в почвах чаще преобладают над органическими. Минеральные соединения представлены трудно растворимыми фосфатами –
солями кальция, железа и алюминия. При этом в нейтральных и щелочных почвах
преобладают фосфаты кальция, в кислых – фосфаты полуторных окислов. Более
высокой растворимостью характеризуются кальциевые соли фосфорной кислоты.
Большая часть минерального фосфора не доступна растениям, поэтому потребность растений в нем удовлетворяется не полностью.
Входящие в почвы глинистые минералы адсорбируют фосфат-ионы сильнее всего в кислой среде. При этом монтмориллонитовая группа глинистых
минералов резко превосходит каолинитовую группу.
Фосфор органических соединений составляет в пахотном слое чернозема
и дерново-подзолистых почв около половины всего содержащегося в почве фосфора. В органической форме фосфор находится в основном в гумусе. Наибольшая
часть органических фосфатов представлена фитатами (солями фитиновой кислоты).
В кислых почвах преобладают фитаты железа и алюминия, в нейтральных –
фитаты кальция. На фосфор нуклеиновых кислот приходится не более 5%.
При распаде гумуса под влиянием микроорганизмов высвобождаются
минеральные соли фосфорной кислоты в доступном растениям виде, однако они
не накапливаются в больших количествах в водорастворимом состоянии, так как
связываются почвой химически, физико-химически и биологически.
109
В живых организмах фосфор входит в состав кислот и органических соединений, участвует в углеводном, жировом, азотном обмене растений, входит в состав
скелета позвоночных, играет роль в нервной и других тканях.
Калий (К). Калий принадлежит к одному из наиболее распространенных
в земной коре элементов. Среднее содержание в земной коре – 2,14%. В почвах
содержание калия составляет 1,36%. Калием богаты почвы, образующиеся
на кислых осадочных породах. Больше калия в тяжелых почвах, так как он входит в состав минералов, образующих преимущественно глинистые частицы.
В глинистых и суглинистых почвах общее количество К2О достигает 2–3%,
в песчаных, супесчаных и торфяных почвах значительно меньше. В почве калий
находится в различных по доступности растениям соединениях, которые можно
разбить на пять групп:
1. Калий, находящийся в алюмосиликатах (ортоклазе (полевом шпате) –
K2Al2Si6O16, биотите – (H,K)2(Mg,Fe)2(Al,Fe)2(SiO4)3, глауконите – K2O·4R2O3 ·
·10SiO2·nH2O, мусковите – H2KAl3Si3O12 и т. д.). Отроклаз занимает значительное
место в составе почвы, однако калий, входящий в его состав, растениями не
усваивается. В мусковите, биотите и нефелине калий более доступен растениям.
Вступая в реакции обменного поглощения с солями почвенного раствора, а также
с кислотами, выделяемыми корнями растений, часть калия переходит в растворимое состояние.
2. Калий, адсорбционно-связанный на поверхности почвенных коллоидов (обменный). Его содержание колеблется от 0,1 до 1,5 смоль/кг почвы. От валового содержания калия в почве эта форма составляет только 0,8–3,0%, тем не
менее обменный калий играет самую важную роль в питании растений, что обусловлено сравнительно легким переходом некоторой части адсорбированного
калия в раствор при обмене на другие катионы. Из раствора К+ поглощается деятельной поверхностью корневых волосков в обмен на Н+.
3. Водорастворимый калий. Составляет 10–20% от количества обменного
калия. Появление водорастворимого калия в почве является следствием гидролиза
калийных минералов, разрушения минералов корневыми выделениями растений,
действия на минералы азотной кислоты и других кислых продуктов жизнедеятельности организмов, вытеснения обменного калия солями удобрений и продуктов корневых выделений растений.
4. Калий, входящий в состав плазмы микроорганизмов. Этот калий становится доступным для растений только после отмирания микроорганизмов.
Общее содержание калия в отдельных фракциях почв возрастает с увеличением
дисперсности частиц. Наиболее доступным является калий илистой фракции,
в которой он содержится преимущественно в обменном состоянии.
5. Калий, закрепленный в необменном состоянии. Это явление называется
фиксацией, когда в почве наряду с постоянным переходом калия из труднорастворимой в водорастворимую и обменную формы происходит его закрепление
в необменном состоянии. Монтмориллонитовая и гидрослюдистая группы гли110
нистых минералов заметно фиксируют калий, так как им свойственна внутрикристаллическая адсорбция катионов. Гумусовые соединения и подщелачивание
почвы увеличивают переход калия в необменную форму. Между обменным и
необменным калием в почве существует некоторое равновесие. Растения поглощают элемента больше, чем убывает содержание в почве обменного калия.
Пополнение запасов обменного калия, смещаемого под влиянием растений, объясняется постоянным восстановлением равновесия между обеими формами калия
в почве. Корни растений выделяют ионы водорода, которые вытесняют другие
катионы (и среди них калий) из минералов почвы.
Железо (Fe). Один из главных компонентов литосферы, составляет около 5%
ее массы. В земной коре входит в состав около 300 минералов. Поведение железа
в окружающей среде имеет сложный характер и определяется его способностью
легко изменять валентность в зависимости от физико-химических условий среды,
а также тесно связано с геохимическими циклами кислорода, серы, углерода.
Окисленные и щелочные условия среды способствуют осаждению железа, кислые и восстановительные – растворению его соединений. Свободное железо
фиксируется в виде оксидов и гидроксидов, замещает магний и алюминий в других минералах, образует комплексы с органическими лигандами. Количество
железа в почвах определяется составом материнских пород и характером почвенных процессов. Содержание элемента в почвах изменяется от 0,5% до 5%.
В почвах железо присутствует в виде оксидов и гидроксидов, определяющих цвет многих почв, находящихся в виде различных кристаллических,
скрытокристаллических или аморфных минералов, в хелатной форме – в почвах,
богатых органическим веществом. Преобразованию соединений железа способствует органическое вещество, а также микроорганизмы.
В растворении почвенного железа участвуют многие реакции, в частности,
гидролиз и процессы комплексообразования. Количество растворимого железа
составляет незначительную часть его общего содержания в почве. Растворимые
неорганические формы включают: Fe3+, Fe(ОН)2+, Fe(ОН)2+, Fe2+, Fe(ОН)3–,
Fe(ОН)42–. Катионы Fe2+ в кислых анаэробных почвах могут достигать токсичных для растений уровней. В нейтральных и слабощелочных почвах подвижность железа резко падает и возможен его дефицит для растений. В условиях
заболоченных почв происходит восстановление железа Fe3+ до Fe2+ с резким
увеличением подвижности. Этот процесс тесно связан с метаболической деятельностью бактерий и приводит к высокой концентрации железа в некоторых
затопляемых почвах.
Соединения железа активно влияют на поведение некоторых элементов
питания, в том числе микроэлементов. Для почвенного железа характерно сильное сродство к подвижным органическим комплексам и хелатам, которые ответственны за миграцию железа в почвенных горизонтах и его выщелачивание из
почвенных профилей. Они также играют большую роль в обеспечении железом
корневых систем растений.
111
Почвы с дефицитом железа для сельскохозяйственных растений распространены достаточно широко (карбонатные, щелочные, марганцево-железистые
разновидности почв). Однако даже на бедных железом почвах его абсолютного
дефицита для растений не отмечается. Наблюдается недостаток только легкорастворимых форм.
Марганец (Mn). Марганец является одним из наиболее распространенных
элементов в литосфере. Он образует ряд минералов, в которых присутствует
в виде ионов Mn2+, Mn3+, Mn4+. Катионы Mn2+ способны замещать двухвалентные
катионы некоторых элементов в силикатах и оксидах.
Поведение марганца в почвах достаточно сложное и зависит от различных
факторов, наибольшее значение из которых имеют рН и Eh среды, поэтому наиболее распространенными являются реакции окисления – восстановления и гидролиз. Сложное химическое поведение элемента приводит к образованию большого
числа его оксидов и гидроксидов, которые осаждаются на почвенных частицах,
а также конкреций различного диаметра, которые способны концентрировать
железо и микроэлементы почвы.
Оксиды Mn являются аморфными соединениями, однако в некоторых почвах
идентифицированы их кристаллические разновидности. Соединения марганца
способны быстро окисляться и восстанавливаться при изменении условий почвенной среды. При этом окислительные условия снижают доступность марганца для
биоты, восстановительные – увеличивают. Марганец не считается загрязняющим
почву металлом, однако при избыточных содержаниях, превышающих предельные концентрации, он становится загрязнителем и может оказывать токсичное
действие на растения.
Алюминий (Al). Алюминий является одним из главных элементов земной
коры. Его кларк в литосфере составляет 8,80. Число минералов, содержащих алюминий, исчисляется сотнями. В соединениях с кислородсодержащими лигандами
образует единственный устойчивый и широко распространенный ион Al3+. При
выветривании минералов первичных пород образуется ряд гидроокисных соединений алюминия различного заряда и состава (Al(OH)2+, Al(OH)63–), и эти частицы затем становятся структурными компонентами глинистых минералов.
Растворимость гидроксидов алюминия низкая, особенно в интервале рН = 5–8,
при этом растворимость понижается при старении твердых фаз. Свежеосажденные гидроксидные формы Al и коллоидные частицы способны к адсорбции
анионов, поэтому гидроксиды алюминия вносят важный вклад в разнообразные
свойства почв.
Общее содержание элемента в почвах унаследовано от материнской породы,
однако важную роль в плодородии почв играет та фракция Al, которая обладает
подвижностью и способностью к катионному обмену. В кислых почвах с рН = 5,5 и
ниже подвижность металла резко возрастает, и при ионном обмене он активно
конкурирует с другими катионами. В нейтральных почвах содержание алюминия
в растворах составляет 0,4 мг/л, в почвенном растворе с рН = 4,4−5,7 мг/л.
112
Подвижный алюминий в кислых почвах быстро поглощается растениями,
что может вызвать химический стресс. Низкие уровни содержания элемента
в почвах могут оказать благоприятное действие на рост растений, особенно
у чувствительных к Al видов.
По абсолютному содержанию в почве кальций и магний входят
во вторую группу элементов, содержание которых изменяется в почве от десятых долей до нескольких процентов. Обычно их содержания достаточно для
удовлетворения потребностей растений, и эти элементы, особенно кальций, не
считаются удобрительными. Среднее содержание кальция в литосфере – 3,6%,
магния – 2,1%, однако в дерново-подзолистых почвах их содержание в 3–9 и 2–7
раз меньше. Большая их часть находится в виде труднорастворимых соединений,
но при почвообразовательных процессах они переходят в более растворимые
формы, которые могут быть потреблены растениями в процессе роста.
Кальций и магний обычно встречаются в почве и растениях в виде двухвалентного катиона. Наиболее доступными для растений являются обменнопоглощенные почвенными коллоидами ионы этих элементов. Так, на дерновоподзолистой почве содержание обменного кальция в пахотном слое составляет
500–1000 мг на 1 кг почвы, или 20–30% от валового, магния – 100–300 мг на 1 кг
почвы, или 5–10% от валового.
При окультуривании дерново-подзолистых почв доля подвижных форм
Са и Мg от валовых обычно растет. Оптимальное соотношение подвижных
магния и кальция – 0,4–0,8, поэтому систематическое внесение извести только
в форме СаСО3 может нанести и вред. Возможен и относительный избыток обменного магния. По различным данным, вредный порог – более 40% обменного
магния или водорода от ЕКО либо когда количество обменного магния сравнивается с количеством кальция. Недостаток магния обычно бывает при эквивалентном соотношении Са/Мg менее 6.
Обменный кальций находится в равновесии с кальцием, находящимся
в почвенном растворе, хотя последнего обычно бывает в 20–100 раз меньше.
Обычно в некислых почвах кальций занимает 75–85% общей емкости катионного
обмена, что определяется предпочтительной адсорбцией иона кальция по сравнению с другими ионами благодаря сравнительно малому его гидратированному
радиусу по отношению к его двойному положительному заряду. Обменный кальций удерживается почвой сильнее, чем магний (в 2–4 раз) или калий (в 4–6 раз),
и в силу незначительной потребности растений в кальции его можно считать
микроэлементом.
Магний в химическом отношении сходен с кальций-ионом, но поведение
его существенно отличается. В негидратированном виде ион магния достаточно
мал, чтобы входить в кристаллическую решетку ряда минералов, тогда как для
кальция нужны большие пространства. Магнийсодержащие минералы сильно
выветриваются, что ведет к истощению их запасов в почвах. Магний доступен
растениям не только из глинистых фракций, но и из пылеватых фракций, даже
113
межслоевой магний может использоваться растениями. Обычно 12–18% обменных позиций в почве занято магнием, и его достаточно для нормального питания
растений, но для легких почв иногда отмечается возможность его недостатка.
В дерново-подзолистых почвах Беларуси валовое содержание кальция и
магния существенно меньше их кларков, поскольку ионы этих элементов как
никакие другие катионы в условиях гумидного климата вымываются и уносятся
через гидрографическую сеть. В естественных почвах за тысячелетия процесс
обеднения двухвалентными катионами достиг большого размаха, следствием чего
является повышенная генетическая кислотность почти всех почв гумидной зоны
и Беларуси, в частности.
Кальций и магний являются важными элементами и как составные части
культурных растений. Поглощение обменных оснований корнями растений
является основным источником питания растений кальцием и магнием, а также
основным источником подкисления вследствие обмена на водород, выделяемый
корнями, поскольку кальций и магний поглощаются растениями почти исключительно в обменной форме.
Кальций – структурный элемент клеточных оболочек, и поэтому он жизненно необходим для образования новых клеток. Этот элемент настолько прочно
связан со старыми клетками, что при дефиците не может быть удален из них для
образования новых клеток. Основная его роль – в поддержании в растениях баланса питательных веществ для целостности плазмалеммы, причем Са поглощают
только молодые части растений, он не реутилизируется. Недостаток кальция
сдерживает рост всех частей растения, что может привести и к усилению недостаточности других элементов из-за слабо развитой корневой системы.
Растениям жизненно необходим магний для образования хлорофилла, где
он фактически является единственным металлом и в этом смысле уникален.
Много магния в семенах растений. Магний часто обгоняет кальций по содержанию в растениях, он легко переносится из одной части растения в другую, и
осветление зеленой окраски листьев, особенно нижних, может быть свидетельством недостатка магния. Магний составляет 2,7% молекулы хлорофилла и является носителем фосфатов. Магний увеличивает синтез белка и содержание
крахмала в картофеле. Он активизирует физиологические процессы в растениях,
повышает устойчивость к засухе, увеличивает содержание белкового азота.
Хорошее обеспечение магнием ускоряет образование углеводов, усиливает восстановительные процессы – усиливается накопление эфирных масел, жиров и
других восстановленных соединений.
8.2. Микроэлементы в почвах
В количественном отношении микроэлементы составляют ничтожную долю
в составе почвы, однако они играют важную роль как микрокомпоненты для
питания растений. В настоящее время только для десятков микроэлементов
114
известно, что они жизненно важны для всех растений. Для нескольких доказано,
что они необходимы небольшому числу растений, для остальных их функции
пока не установлены.
Поведение микроэлементов в почве различно для разных элементов, а также
для одного и того же элемента в разных почвах. Микроэлементы наследуются от
материнских пород, однако их распределение в почвенных профилях и между
компонентами почв отражают действие различных почвообразующих процессов
и вмешательство внешних факторов. Связь микроэлементов с определенными
фазами и компонентами почв является основой, определяющей их поведение.
Бор (В). Среднее содержание элемента в земной коре – 3 · 10–4 весовых
процента. Содержание бора в почвах выше, чем в земной коре и составляет 3 · 10–3%.
Содержание элемента в пахотных почвах – в среднем 10–90 мг/кг.
При химическом выветривании пород элемент легко переходит в раствор,
образуя различные анионы (ВО2–, В4О72–, Н2ВО3– и т. д.). Бор сорбируется почвой
гораздо сильнее, чем другие анионы. Бор сильнее удерживается полуторными
окислами, чем глинистыми минералами, и водный оксид алюминия в этом отношении наиболее эффективен. Бор влияет на многие физиологические процессы
растений, например, образование сахара у сахарной свеклы. Среди микрокомпонентов питания бор считается наиболее подвижным элементом в почвах, легко
вымывается вниз по почвенному профилю. Глинистые почвы содержат бора больше,
чем песчаные. В большинстве почв, особенно гумидных областей, он сравнительно дефицитный элемент. При его избыточном внесении с удобрениями,
применении сточных вод количество элемента в почвах может стать опасным.
Медь (Cu). Среднее содержание меди в земной коре – 1 · 10–2%. Медь
образует большое число минералов, из которых наиболее распространенными
являются простые и сложные сульфиды. Они легко поддаются процессам выветривания и высвобождают ионы меди, особенно в кислых средах. Ионы Сu могут
легко осаждаться такими анионами, как сульфид, карбонат и гидроксид, поэтому
медь является малоподвижным элементом в почвах. Средние валовые содержания Cu в почвах колеблются от 6 до 60 мг/кг, при этом минимум приходится
на песчаные и торфяно-болотные почвы. Максимальные количества элемента
аккумулируются в верхних горизонтах почв, что связано с ее биоаккумуляцией и
современными техногенными поступлениями. Преобладающей подвижной формой меди в почвах является двухвалентный катион, однако в почвах могут присутствовать и другие формы. Содержание меди в почвенных растворах достаточно велико, ее растворимость понижается при рН = 7–8. Хорошо связывают
медь органические составляющие почв.
Загрязнение почв соединениями меди связано с промышленным производством и использованием медьсодержащих веществ: удобрений, сельскохозяйственных и коммунальных отходов. При загрязнении почв вблизи индустриальных источников ее содержание часто возрастает до опасных значений, превышающих пороговые. Методы обезвреживания почв от избытка меди основаны
115
на внесении извести, торфа, фосфатов, которые оказывают различные действия
в зависимости от особенностей почв и растительности.
Молибден (Мо). Содержание элемента в земной коре – 3 · 10–4 весовых
процента. Природные соединения молибдена весьма разнообразны. В свободном
состоянии Мо в природе не найден. Содержание элемента в почвах близко к его
концентрации в материнских породах. В почвах мира изменяется в пределах
0,013–17,0 мг/кг. В почвах среди других микроэлементов молибден выделяется
меньшей растворимостью в кислых почвах и подвижностью – в щелочных. Растворимость и доступность элемента для растений во многом зависит от рН и
условий дренирования почв. На увлажненных щелочных почвах Мо более доступен для растений.
Растения поглощают Мо из почвы в виде водорастворимых соединений.
Основная его функция – участие в усвоении растениями азота, а также в использовании фосфора и кальция. Недостаток или избыток элемента в почвах вызывает
заболевание растений и животных. Для повышения доступности Мо для растений проводят известкование кислых почв или применяют соли молибдена. Причиной повышения молибдена в почвах может быть техногенное загрязнение
в результате добычи, выплавки и обработки металлов, рафинирования нефти,
использования сточных вод на полях.
Цинк (Zn). В горных породах цинк встречается в виде многочисленных
собственных минералов, а также в виде примесей в слюдах, амфиболах и других
минералах. Главные минеральные виды цинка представлены сульфидами, сульфатами, силикатами, фосфатами. Среднее содержание элемента в почвах, как и
в земной коре, – 5 · 10–3%. Цинк легко адсорбируется как минералами, так и органическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв он аккумулируется
в верхних горизонтах.
Атмосферные поступления Zn превышают его вынос за счет выщелачивания и образования биомассы. Основной наиболее подвижной формой цинка
в почвах считается Zn2+, достаточно прочно удерживаемый глинами и органическим веществом. Цинк наиболее подвижен и биологически доступен в кислых
легких минеральных почвах. Растворимость и доступность Zn в почвах имеет
обратную корреляцию со степенью насыщенности кальцием и содержанием
соединений фосфора. Эти соотношения отражают как влияние адсорбции и осаждения, так и взаимодействие между элементами.
Антропогенные источники цинка – предприятия цветной металлургии и
агротехническая деятельность. Восстановление качества загрязненных цинком
почв основано на ограничении его биологической доступности путем внесения
извести или органического вещества.
Кобальт (Со). Среднее содержание кобальта в земной коре равно 5 · 10–3%.
Известно около 130 минералов, в состав которых входит Со. В природных условиях кобальт встречается в двух состояниях окисления – Со2+ и Со3+, а также
комплексного аниона Со(ОН)3–. В геохимических циклах он тесно связан с железом
116
и марганцем. Оксиды железа обладают высокой избирательной способностью
к адсорбции кобальта. Важными факторами поведения Со в почвах являются
органическое вещество и содержание в почве глинистых частиц. С органическим
веществом кобальт способен давать комплексные соединения, поэтому он накапливается в гумусовом горизонте почв. В кислой среде кобальт относительно
подвижен, но из-за активной сорбции оксидами Fe и Mn, глинистыми минералами
этот металл не мигрирует с раствором.
Токсичное действие Со на растения наблюдается редко. Как правило, его
высокие концентрации в почвах и избыточные накопления в растениях связаны
с техногенной деятельностью, например, в результате загрязнения почв в районах
выплавки цветных металлов и при сжигании угля.
8.3. Тяжелые металлы в почвах
В настоящий момент для обозначения практически одинаковой группы
химических элементов широко применяются два различных термина: микроэлементы и тяжелые металлы.
Микроэлементы – понятие, зародившееся в геохимии и ныне активно используемое в сельскохозяйственных науках, медицине, токсикологии, санитарии.
Оно обозначает группу химических элементов, которые содержатся в природных
объектах в очень малых количествах – менее 0,01%, как правило, 10–3–10–12%.
Формально в основу выделения положена их распространенность в природе,
которая для разных природных сред и объектов (литосфера, педосфера, донные
осадки, гидросфера, растения, животные и др.) существенно различается.
Термин «тяжелые металлы» в большей степени отражают эффект загрязнения окружающей среды и токсичное воздействие элементов при их поступлении в биоту. Он заимствован из технической литературы, где применяется для
обозначения химических элементов с плотностью более 5 г/см3. Если исходить
из этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов, входящих
в Периодическую систему элементов Менделеева. Однако при такой трактовке
под данное определение не попадают Be, Al, Sc, Ti, Rb, Sr, Cs, Ba, которые при
избыточных концентрациях также бывают опасными. В современную трактовку
термина «тяжелые металлы» чаще включают большую группу токсичных химических элементов, в том числе и неметаллов. Приоритетными загрязнителями
считаются Pb, Cd, Zn, Hg, As и Cu, так как их техногенное накопление в окружающей среде идет очень высокими темпами. Эти элементы обладают большим
сродством к физиологически важным органическим соединениям. Их избыточное количество в организме живых существ нарушает все процессы метаболизма
и приводит к серьезным заболеваниям человека и животных. В то же время многие
из элементов (Co, Cu, Zn, Cr, Se, Mn) довольно широко используются в производстве (особенно в сельском хозяйстве, медицине и др.) под названием микроэлементы.
117
Содержание хрома (Cr) в почвах зависит от его содержания в материнских породах. Хром отличается широким разнообразием состояний окисления и
способностью формировать комплексные анионные и катионные ионы (Cr(OH)2+,
CrO42–, CrO3–). В почвах большая часть хрома присутствует в виде нерастворимого Cr3+. Поведение хрома зависит от рН и окислительно-восстановительного
потенциала почв.
На поведение хрома в почвах большое влияние оказывают и органические
комплексы. В результате окисляющей способности соединений марганца в почвах
может наблюдаться окисление Cr3+. Хром является и элементом питания растений. Снижение его подвижности в почвах может приводить к дефициту в растениях. Легко растворимый в почвах Cr6+ токсичен для растений и животных.
Известкование, применение фосфора и органических веществ заметно снижает
токсичность хрома в загрязненных почвах.
Содержание свинца (Pb) в земной коре составляет 1,6 · 10–3%. Естественное
содержание свинца в почвах колеблется от 3 до 189 мг/кг, его главная форма –
галенит (PbS). При выветривании сульфиды свинца медленно окисляются. Свинец присутствует в виде Pb2+ и по геохимическим свойствам близок к группе
двухвалентных щелочноземельных элементов, поэтому способен замещать К,
Ва, Sr, Са как в минералах, так и при процессе сорбции. Из-за широкомасштабного загрязнения свинцом многие почвы, особенно верхние горизонты, обогащены этим элементом.
Среди тяжелых металлов он наименее подвижен. При высоких значениях
рН свинец осаждается в почве в виде гидроксида, фосфата, карбоната. Уровни
содержаний, при котором элемент становится токсичным, колеблются в пределах 100–500 мг/кг. Загрязнение почв свинцом носит необратимый характер,
поэтому накопление элемента в верхнем горизонте почв будет идти даже в условиях его небольшого привноса. Загрязнение почв свинцом в настоящее время
не вызывает большого беспокойства из-за нерастворимости адсорбированных и
осажденных ионов Pb в почвах, но содержание свинца в корнях растений коррелирует с его содержанием в почвах, что указывает на поглощение элемента растениями. Высокие его концентрации могут тормозить микробиологические процессы, особенно в почвах с низким значением катионообменной емкости.
Кадмий (Cd) является рассеянным элементом. Распространенность кадмия в
земной коре составляет 5 · 10–5%, в почвах – от 0,07 до 1,1 мг/кг. Геохимия Cd
тесно связана с геохимией цинка, он обнаруживает большую подвижность
в кислых средах. При выветривании кадмий легко переходит в раствор, где присутствует в виде Cd2+. Он может образовывать комплексные ионы CdCl+, CdOH+,
CdHCO3+, Cd(OH)3–, Cd(OH)42–, а также органические хелаты. Наиболее важными
факторами, контролирующими подвижность ионов кадмия, являются рН среды и
окислительно-восстановительный потенциал.
Для кадмия больше характерна миграция вниз по профилю, чем накопление в верхних горизонтах почв, поэтому обогащение элементом верхних слоев
118
свидетельствует о загрязнении почв. Загрязнение почв Cd опасно для биоты. В условиях техногенной нагрузки максимальные уровни кадмия в почвах характерны
для районов свинцово-цинковых рудников, вблизи предприятий цветной металлургии, на сельскохозяйственных угодьях, где используются сточные воды и
фосфорные удобрения. Для уменьшения токсичности Cd в почвах используются
методы, направленные на повышение рН и катионообменной емкости почв.
Ртуть (Hg) и ее сульфид (киноварь) известны человеку с давних времен.
Это единственный металл, который при обычной температуре находится в жидком виде. Содержание ртути в земной коре составляет 1 · 10–6%. Известные
в природе соединения ртути составляют около 20 самостоятельных минералов.
Важными геохимическими свойствами ртути являются: образование сильных
связей с серой; образование органо-металлических соединений, сравнительно
устойчивых в водной среде; летучесть элементарной ртути. Ртуть малоподвижна
при выветривании, задерживается почвой главным образом в форме слабоподвижных органических комплексов.
Сорбция Hg2+ в почве изменяется в зависимости от величины рН, будучи
максимальной при рН = 4–5. Средние концентрации ртути в поверхностном слое
почвы не превышают 400 мкг/кг. Загрязнение почв ртутью связано с предприятиями, производящими тяжелые металлы, с химическим производством, с применением фунгицидов. Загрязнение почв ртутью само по себе не является серьезной проблемой, тем не менее даже простые соли Hg или металлическая ртуть
создают опасность для растений и почвенной биоты из-за отравляющих свойств
паров ртути. Потребление элемента корнями растений может быть сведено до минимума путем внесения извести, серосодержащих соединений и твердых фосфатов.
Мышьяк (As) известен с древности. Еще Аристотель и Теофраст упоминают о естественных сернистых соединениях мышьяка, применявшихся в качестве
лечебных средств и красок. Среднее содержание элемента в земной коре – 5 · 10–4
весовых процента. Элемент связан с месторождениями других минералов и
выступает как индикатор при поисковых геохимических работах. Минералы
мышьяка хорошо растворимы, но интенсивность его миграции невелика вследствие
активной сорбции глинистыми частицами, гидроксидами, органическим веществом.
Комплексные анионы AsО2–, AsО43–, НAsО42–, As2О3– являются наиболее
распространенными подвижными формами мышьяка. Наиболее распространенная
форма мышьяка в условиях окружающей среды – As5+. Сорбированный почвой
мышьяк с трудом поддается десорбции, а прочность связывания элемента почвой
с годами увеличивается. Максимальные концентрации мышьяка связаны с аллювиальными и всокогумусированными почвами, минимальные – с песчаными.
Увеличение окислительного состояния почв, применение веществ, способствующих осаждению и связыванию элемента (сульфата железа, карбоната кальция), ограничивает биодоступность мышьяка, снижает его токсичность. Внесение фосфатных удобрений также снижает поступление элемента в биоту.
119
Никель (Ni). Содержание никеля в земной коре составляет 8 · 10–3%. Обычно
он присутствует в виде сульфидов и арсенидов и часто замещает железо в железомагнезиальных соединениях. В соединениях никель главным образом двух- и
трехвалентен, относительно стабилен в водных растворах и может мигрировать
на большие расстояния. В почвах никель тесно связан с оксидами марганца и
железа, и в этой форме наиболее доступен для растений. Самые высокие содержания Ni наблюдаются в тяжелых и высокогумусированных почвах. В настоящее
время никель считается серьезным загрязнителем. Антропогенные источники
никеля приводят к существенному увеличению его содержания в почвах. В осадках сточных вод Ni присутствует в форме легкодоступных органических хелатов
и может быть фитотоксичным. Снижению его доступности для растений способствуют внесение фосфатов или навоза.
Расчеты, проведенные в Беларуси, свидетельствуют о том, что в атмосферу республики только от стационарных источников сжигания топлива попадает 72% мышьяка, 57% ртути, около 99% никеля, 27% кадмия, 33% хрома, 27%
меди, 15% свинца, 11% цинка. Цементное производство привносит значительные количества кадмия, свинца, хрома. Передвижные источники в основном загрязняют атмосферу цинком и медью.
Кроме атмосферных выпадений, значительное количество металлов привносится в почву при использовании удобрений, в том числе на основе осадков
сточных вод и бытовых отходов. В составе примесей в удобрениях находится
кадмий, хром, медь свинец, уран, ванадий и цинк, с отходами интенсивного
животноводства и птицеводства – медь и мышьяк, с компостом и навозом – кадмий,
медь, никель, цинк и мышьяк, с пестицидами – кадмий, мышьяк, ртуть, свинец,
марганец и цинк.
В принципе полностью вредных веществ не существует, огромную роль
играет количественная сторона. Нет вредных веществ – есть вредные концентрации. Сложность состава почв, большой набор химических соединений обусловливают возможность одновременного протекания различных химических
реакций и способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянным состав почвенного раствора, откуда растения непосредственно черпают
химические элементы. Эту способность поддерживать постоянным состав почвенного раствора называют буферностью почв. В природной обстановке буферность
почв выражается в том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного
раствора происходит частичное растворение твердых фаз и концентрация раствора восстанавливается. Если в почвенный раствор извне попадают излишние
количества каких-либо соединений, то твердые фазы почв связывают такие вещества, вновь поддерживая постоянство состава почвенного раствора. Буферность
почв обусловлена большим набором одновременно протекающих химических
реакций между почвенным раствором и твердыми частями почвы. Химическое
разнообразие делает почву устойчивой в изменяющихся условиях природной
среды или при антропогенной деятельности.
120
ЛЕКЦИЯ 9. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ
9.1. Химические реакции
В почвах может происходить более 30 различных химических реакций и
процессов. Часть из них имеет общий характер для всех почв, часть присуща
только отдельным почвенным типам. Общие для большинства почв реакции
следующие: осаждение-растворение, катионный обмен, комплексообразование,
синтез и минерализация органических соединений, образование гумусовых веществ.
Почвам северных влажных регионов свойственны накопление кислых продуктов,
развитие восстановительных процессов (глееобразование); в сухих южных районах
нередко происходит накопление солей, а реакция почв зависит от карбонатов
кальция и регулируется карбонатно-кальциевым равновесием.
Одной из самых распространенных реакций является катионный обмен.
Для почв наиболее характерны реакции катионного обмена между твердой частью
почвы, которая поглощает катионы, и почвенным раствором, который можно
рассматривать как раствор электролита. Если твердую часть почвы обозначить
символом П, как это принято в почвенной литературе, то при добавлении к почве
раствора KCl произойдет реакция
ПCa, Mg + 4KCl = PK4 + CaCl2 + MgCl2.
Это означает, что почва содержала в обменной форме и Ca2+, и Mg2+,
которые были вытеснены в раствор, а ионы K+ были поглощены почвой. Какихлибо других изменений при этом в почве не происходит.
В почвах лесов (альбелювисолях, подзолах, алисолях, ферральсолях) в обменной форме присутствуют как основные ионы Ca2+, Mg2+, K+, так и кислые H+, Al3+.
В черноземах, каштаноземах, гипсисолях преобладают Ca2+, Mg2+, K+, в солонцах и некоторых солончаках, кроме того, обычно есть Na+.
Общее количество обменных катионов в почве, согласно Международной
системе единиц СИ, измеряют в смоль(+)/кг (сантимоли положительных зарядов
в 1 кг почвы) и называют емкостью катионного обмена (сокращенно ЕКО). Абсолютные величины ЕКО колеблются от единиц до нескольких десятков смоль(+)/кг.
Эти реакции очень важны, поскольку от состава обменных катионов и их количества зависят почвенное плодородие, многие физические и химические свойства
почв и способность противостоять химическому загрязнению почв.
Засоление почвы. В бессточных впадинах сухих регионов, в приморских
районах почвы нередко содержат высокие концентрации легкорастворимых
солей. Это хлориды кальция, магния, натрия и калия, сульфаты, некоторые карбонаты, нитраты. Легкорастворимые соли отрицательно сказываются на развитии
растений, поскольку они повышают осмотическое давление почвенных растворов,
а некоторые катионы и анионы токсичны для растений. К счастью, легкорастворимые соли сравнительно легко подвижны, и их довольно просто удалить из почвы
121
путем обычного промывания водой. В щелочных почвах неблагоприятные вещества сначала нейтрализуют гипсом, отработанной серной кислотой, сульфатами
железа, а затем образующиеся легкорастворимые соли также отмывают водой.
Этот метод мелиорации засоленных почв (гипсование) очень широко распространен, но успех приема зависит от возможности удаления промывных вод.
В противном случае промывные воды смыкаются с подземными грунтовыми
водами, повышая их уровень. В результате возникает опасность вторичного
засоления почв за счет поднимающихся к поверхности соленых грунтовых вод
по окраинам орошаемых и промываемых массивов.
Окислительно-восстановительные реакции происходят практически
в каждой почве. Эти реакции являются сопряженными, и если какой-либо компонент почвы окисляется, то другой неизбежно восстанавливается. Наиболее
распространенный вариант – окисление-восстановление ионов железа:
4FeO + O2 ↔ 2Fe2O3.
В формировании химических свойств почв окислительно-восстановительные
процессы занимают одно из ведущих мест. Важнейшими факторами, определяющими окислительно-восстановительное состояние почвенных горизонтов, является
кислород почвенного воздуха и почвенных растворов, окисные и закисные соединения железа, марганца, азота, серы, органическое вещество, микроорганизмы.
Под окислительно-восстановительными процессами понимаются процессы,
в которые в качестве возможной стадии входит переход электронов от одной
частицы вещества к другой. Окисление является реакцией, при которой происходит присоединение кислорода к веществу или потеря веществом водорода или
электронов. Восстановление – это потеря веществом кислорода, присоединение
к веществу водорода или электронов.
Способность почвы вступать в окислительно-восстановительные реакции
измеряется с помощью окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
Окислительно-восстановительный потенциал по отношению к водороду называют Eh. Эта величина зависит от концентрации и соотношения окислителей и
восстановителей, образующихся в процессе почвообразования. Благодаря существованию в почвенных горизонтах определенных окислительно-восстановительных систем можно определить разность потенциалов (Eh) в милливольтах
при помощи пары электродов, погруженных в почву. Величины Eh в различных
типах почв и почвенных горизонтах изменяются в пределах 100–800 мв, иногда
имеют и отрицательные значения. Величина Eh существенно зависит от кислотнощелочных условий среды, растительности и микроорганизмов.
В почвенных условиях значительная часть участвующих в окислительновосстановительных реакциях компонентов представлена твердыми фазами. В реакциях с участием твердых фаз почва будет проявлять высокую буферность до тех
пор, пока эти компоненты не прореагируют. В природной обстановке с малыми
скоростями реагируют гумусовые вещества, минералы гидроокислов железа.
122
Почвы содержат большой набор окислительно-восстановительных систем:
Fe – Fe2+, Mn2+ – Mn3+ – Mn4+, Cu+ – Cu2+, Co2+ – Co3+, NO3 – NO2 – – NН3, S6 – S2.
Различают обратимые и необратимые окислительно-восстановительные
системы. Обратимыми являются такие системы, которые в процессе изменения
окислительно-восстановительного режима не меняют суммарный запас компонентов. Необратимые системы в процессе изменения окислительно-восстановительного режима утрачивают часть веществ. Эти вещества переходят в газообразное состояние или выпадают в осадок. Как правило, в почвах преобладают
необратимые системы.
К обратимым окислительно-восстановительные системам относятся система Fe3+
Fe2+ и система Mn2+ Mn4+, чутко реагирующие на малейшие изменения окислительно-восстановительной обстановки. Растворимость соединений трехвалентного железа и четырехвалентного марганца крайне низкая, и миграция их соединений возможна главным образом в двухвалентной форме в условиях повышенной кислотности и пониженного Eh.
К необратимым окислительно-восстановительным системам относится
система NO3 → NO2 → NО → N. Процесс нитрификации и накопления нитратов
происходит в условиях окислительного режима и при высоких Eh 400–500 мв.
Увлажнение почвы снижает Eh и способствует развитию процессов денитрификации.
Необратима и система сульфаты ⇆ сульфиды. Она играет большую роль
во всех почвах, где присутствуют сернокислые соли. При участии микроорганизмов система сульфаты – сульфиды в присутствии органического вещества и
недостатке кислорода сдвигается в сторону сульфидов. Происходит процесс восстановления сульфатов до сернистых металлов:
3+
Na2SO4 + 2C = Na2S + CO2↑.
Под действием присутствующей в почве углекислоты сернистые металлы
легко разлагаются и образуют бикарбонаты и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. При этом происходит процесс восстановления сульфатов:
Na2S + H2CO3 = Na2CO3 + H2S↑.
Однако в почвенном растворе содержание элементов с переменной валентностью достаточно мало. Поэтому почвенный раствор обладает невысокими
ОВ-емкостью и буферностью, а величина Eh неустойчива.
Более существенное влияние на ОВ-процессы в почвах оказывает растворенный в почвенном растворе кислород, почвенная микрофлора и вода. Почти
все почвенные реакции происходят в водной среде, а сама вода может выступать
и в качестве окислителя, и в качестве восстановителя.
С ОВ-процессами тесно связаны превращения растительных остатков,
накопление и состав образующихся органических веществ и как следствие, формирование профиля почвы. Окислительные процессы идут за счет кислорода
воздуха, при этом органические вещества почвы окисляются или частично, или
полностью до конечных продуктов распада – H2O и CO2.
123
Гумификация является одним из самых важных почвенных биохимических процессов. Сущность его заключается в трансформации растительных
остатков в своеобразные, темноокрашенные органические гуминовые вещества
преимущественно кислотной природы. В основе гумусовых веществ лежат бензолсодержащие фрагменты, их мобильная часть представлена большим набором
аминокислот и моносахаридов, они содержат азот и различные кислородсодержащие функциональные группы: карбоксильные –COOH, гидроксильные –OH,
хинонные и другие. Особенность гуминовых веществ заключается в высокой
устойчивости к гидротермическим и биохимическим условиям; их возраст, датированный по 14C, достигает сотен и тысяч лет, а молекулярные массы составляют
десятки тысяч атомных единиц массы.
Таким образом, любая почва имеет очень сложный химический состав
как по набору и количественному соотношению химических элементов, так и
по формам их соединений. Наиболее активную химическую роль в почвах играют
те вещества, которые находятся в высокодисперсном состоянии (ил, плазма);
к ним относятся гуминовые вещества, слоистые глинистые минералы, ионные и
молекулярные дисперсии. Для почв характерно образование и накопление специфических гумусовых веществ, главных и наиболее активных составляющих
органического вещества почвы. В почвах одновременно протекает множество
реакций, зачастую противоположно направленных, что обусловливает стабильность системы; многообразие химических соединений и реакций – главное
условие устойчивости почв. В каждой природной зоне формируются почвы,
имеющие особый химический состав и режимы, хорошо согласованные с экологической обстановкой или, по В. В. Докучаеву, соответствующие факторам
почвообразования.
9.2. Реакция почвенной среды
Реакция почвы – физико-химическое свойство почвы, связанное с содержанием ионов Н+ и ОН– в ее твердой и жидкой частях. Реакция почвы кислая,
если в ней преобладают ионы Н+, и щелочная – если ионы ОН–. Реакция почвы
оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на эффективность удобрений, на химические и биохимические процессы
в почве. Для количественной оценки реакции почвы применяют различные показатели: рН суспензии почвы в воде или в растворе КСl, количество кислотных
компонентов в вытяжке 1 М ацетата натрия и т. п.
Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать условной
величиной рН (отрицательный логарифм концентрации Н+ ионов).
Различают две формы кислотности почв: актуальную (активную) и
потенциальную (скрытую) кислотность. Последняя в свою очередь подразделяется на обменную и гидролитическую.
124
Актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов Н+, а также слабых минеральных
(Н2СО3), органических кислот и гидролитически кислых солей (А1Сl3). Последние
при гидролизе образуют слабое основание и сильную кислоту:
АlСl3 + 3Н2О = Аl(ОН)3 + 3НСl;
3НСl = 3Н+ + 3Сl–.
При нейтральной реакции концентрация ионов водорода и гидроксила
одинакова – 10–7 мг/л, то есть рН раствора равен 7. Актуальная кислотность
непосредственно влияет на развитие растений и микроорганизмов почвы.
Потенциальная (скрытая) кислотность обусловлена ионами Н+, Al3+ и Fe3+,
поглощенными частицами почвы с отрицательным зарядом. Часть поглощенных
ионов водорода и алюминия может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей (КС1):
(ППК)Н+ + КСl = (ППК)К+ + НСl,
в результате чего почвенный раствор подкисляется. Это обменная потенциальная кислотность почвы, выражается рН в КСl. В почвах Беларуси обменная
кислотность обычно на порядок выше актуальной кислотности и включает ее.
Принято следующее деление минеральных и торфяно-болотных почв
Республики Беларусь в зависимости от обменной кислотности (таблица 9.1).
Таблица 9.1 – Градация почв Беларуси по степени кислотности (pH в KCl) и
относительное содержание почв различной кислотности (2010 г.)
Почвы
Сильнокислые
Среднекислые
Кислые
Слабокислые
Близкие к нейтральным
и нейтральные
Близкие к нейтральным
и нейтральные
Нейтральные и слабощелочные
Кислотность, рН
ТорфяноМинеральболотные
ные почвы
почвы
менее 4,5
менее 4,0
4,51–5,00
4,01–4,50
5,01–5,50
4,51–5,00
5,51–6,00
5,01–5,50
Распространенность
Улучшенные
Пашня,
сенокосы и
%
пастбища, %
0,9
1,0
4,7
4,4
18,1
16,0
32,6
29,7
6,01–6,50
5,51–6,00
31,1
29,5
6,51–7,00
6,01–6,50
10,7
14,6
более 7,00
более 6,50
1,8
4,8
Минеральные почвы с рН < 4,5 (сильнокислые) и с рН 4,51–5,00 (среднекислые), а также торфяно-болотные с рН менее 4,5 нуждаются в первоочередном
известковании; почвы 3 группы (кислые) требуют известкования, при рН = 5,51–
6,0 минимальная нуждаемость в известковании имеется лишь для суглинистых и
глинистых почв.
125
При обработке почвы уксуснокислым натрием CH3COONa или уксуснокислым кальцием (СНзСОО)2Са все ионы, обуславливающие кислотность почвы,
вытесняются в раствор:
(ППК)Н+ Н+ + 2СН3СООNа = (ППК) Nа+ Nа+ + 2СН3СООН.
Эта часть потенциальной кислотности получила название гидролитической. Она включает актуальную и потенциальную кислотность, как обменную,
так и собственно гидролитическую (которая не обнаруживается при обработке КСl).
Гидролитическая кислотность выражается в мг-экв на 100 г почвы или, по современной системе, смоль(+)/кг, что одно и то же.
Свойства почвы характеризуются также степенью насыщенности основаниями – количеством обменно-поглощенных оснований, выраженным в процентах от емкости поглощения:
V = S × 100/T, Т = S + H,
где
V – степень насыщенности почвы основаниями, %;
S – сумма поглощенных оснований (кроме Н и Аl);
Т – поглотительная способность всех катионов, включая ионы водорода.
Степень насыщенности основаниями показывает, какая часть общей емкости
приходится на поглощенные основания и какая – на ионы водорода. Например,
V = 80% означает, что 80% от общей емкости (Т) занимают основания и 20% –
ионы водорода и алюминия.
По современным понятиям наиболее точно степень насыщенности основаниями можно определить через сумму основных катионов (Сa, Mg, K), непосредственно определенных в нейтрально-солевых вытяжках, и величину емкости
катионного обмена (ЕКО). Их соотношение в процентах будет представлять собой
степень насыщенности почв основаниями.
Почвенный раствор подкисляется в результате выделения углекислоты
при дыхании корней, образовании НNО3 при нитрификации и от продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Реакция почвы изменяется также от удобрений.
Изменение реакции разных почв под действием этих факторов неодинаково. Способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в кислую
или щелочную сторону называется буферной способностью почвы. Буферность
почвы в целом зависит от буферных свойств ее твердой и жидкой частей. Буферность раствора создается слабыми кислотами и их солями. Слабые кислоты диссоциируют не полностью, большая часть их находится в виде недиссоциированных молекул:
СН3СООН = СН3СОО– + Н+ ;
Н2СО3 = Н+ + НСО3– .
Если к этому раствору прибавить NaOH, то произойдет связывание ионов
Н с образованием воды, и рН изменится мало. Иными словами, слабая кислота
будет противодействовать подщелачиванию раствора.
+
126
Раствор слабой кислоты и ее соли будет буферным также и против подкисления:
СН3СООNа + НС1 = СН3СООН + NaCl.
Буферность почвенного раствора обусловливается также водорастворимыми органическими кислотами и их солями:
(RCOO)2Ca + 2HNО3 = 2RCOOH + Ca(NО3)2 ;
2RCOOH + Ca(OH)2 = (RCOO)2Ca + 2H2О.
Чем больше общая емкость поглощения и степень насыщенности почвы
основаниями, тем сильнее почва противостоит подкислению. Чем больше ионов
водорода в почве, тем сильнее она будет противостоять подщелачиванию.
На почвах с низкой буферной способностью (песчаных, супесчаных, бедных
гумусом) при внесении физиологически кислых удобрений возможны резкие
сдвиги реакции в кислую сторону. На таких почвах вносят также меньшие дозы
извести, чем на суглинистых, так как они слабо противостоят подщелачиванию.
Это нужно учитывать при внесении минеральных удобрений и извести.
9.3. Поглотительная способность почв
Поглотительная способность – это явление поглощения и удержания
почвой веществ, растворенных в почвенном растворе, а также в виде коллоидных частиц, газов и паров. Поглотительная способность почвы зависит от ее
гранулометрического состава, структурных свойств, содержащихся в ней химических соединений и живых организмов. Наиболее основательно проблемы
поглотительной способности почв изучены К. К. Гейдройцем.
Поглощение почвой веществ, которые соприкасаются с ней, происходит
в результате целого ряда процессов: физических, химических, физико-химических и биологических. В зависимости от происходящего процесса различают
механическую, физическую, химическую, физико-химическую и биологическую
поглотительные способности.
Механическая поглотительная способность – свойство почвы задерживать
взмученные частицы, содержащиеся в фильтрующейся через нее воде, размер
которых крупнее почвенных пор. Эти частицы могут поступать в почву извне
или образовываться в почве при ее увлажнении водой. Эта способность почвы
зависит от ее гранулометрического состава и структуры. Чем тяжелее по гранулометрическому составу почва и мельче пронизывающие ее поры, тем лучшей
задерживающей способностью обладает эта почва. Суглинистые и глинистые
почвы обладают большей сорбционной способностью, чем песчаные или каменистые почвы. По мере увеличения содержания гумуса механическая поглотительная способность почв увеличивается.
127
Физическая (молекулярная) адсорбция – это увеличение или уменьшение
концентраций молекул растворенного вещества в пограничном слое раствора,
который окружает почвенные коллоиды. Она связана со свойством почвы поглощать из почвенного раствора молекулы электролитов, газов вследствие того, что
на границе соприкосновения почвенных частиц и почвенного раствора появляется свободная поверхностная энергия, величина которой тем больше, чем выше
степень раздробленности твердого вещества и больше удельная поверхность
частиц. Она вызывает притяжение или отталкивание поверхностью частиц
целых молекул.
Поглощение, при котором молекулы вещества притягиваются из раствора
твердыми почвенными частичками и концентрируются у самой их поверхности,
называется положительной адсорбцией. При этом на границе раздела дисперсионной частицы и среды появляется повышенная концентрация молекул. Она характерна для органических кислот, спиртов, алкалоидов. В почве имеет место также
отрицательная адсорбция, когда растворенные в воде вещества поглощаются
почвой слабо или не поглощаются вообще, у поверхности частиц появляется
более низкая концентрация по сравнению с остальным раствором. К таким веществам относятся хлориды и нитраты. Вследствие низкого поглощения они легко
мигрируют по почвенному профилю и выносятся из почвы с водой.
Физико-химическая (обменная) адсорбция – свойство обменивать некоторую часть содержащихся в твердых фазах почвы катионов на эквивалентное
количество катионов, находящихся в почвенном растворе. Сущность этого процесса заключается в том, что соли и кислоты, присутствующие в почвенном растворе, в значительной степени диссоциированы на катионы и анионы. При этом
каждый катион диссоциированной молекулы несет положительный заряд, каждый анион – отрицательный. Молекулы NaCl распадаются на Na+ и Cl–, НCl –
на Н+ и Cl–. При взаимодействии твердой фазы почвы с почвенным раствором
почвенные коллоиды, заряженные в большинстве случаев отрицательно, поглощают положительно заряженные ионы – катионы. Поглощенные катионы удерживаются на поверхности почвенных частиц достаточно прочно, но могут быть
вытеснены обратно в раствор другими катионами. Вследствие этого процесс
поглощения ионов из раствора является процессом обмена катионов на поверхности коллоидов. Любой поглощенный почвой катион при соответствующих
условиях может снова перейти в раствор:
(ППК)Са + 2KCl ↔ (ППК)КК + СаCl2 .
Изучая обменную поглотительную способность почв, К. К. Гедройц установил следующие основные законы:
1) катионный обмен между почвой и раствором происходит в эквивалентных отношениях;
2) обмен катионов происходит очень быстро, почти мгновенно;
3) реакция обмена обратима.
128
Химическая поглотительная способность – это способность почвы закреплять поступающие в раствор ионы в форме труднорастворимых или нерастворимых соединений, которые выпадают в осадок. Закрепление ионов в результате
химического поглощения происходит в том случае, когда в почвенном растворе
содержится растворенная соль. Она способна вступать в химические реакции
с ионами и образовывать нерастворимые или мало растворимые соединения,
которые будут удерживаться в почве от вымывания.
Например, химическая реакция между находящимися в почвенном растворе
легкорастворимыми солями Na3PO4 и CaCl2 дает нерастворимые соединения,
прочно удерживаемые почвой:
2Na3PO4 + 3CaCl2 = Сa3(PO4 )2↓ + 6NaCl.
Биологическая поглотительная способность – поглощение и закрепление
в телах живых организмов различных веществ из почвенного раствора. Минеральные соли, находящиеся в почве или поступившие туда из вне в виде удобрений, используются микроорганизмами и растениями, что предохраняет их от
вымывания. После отмирания организмов эти соединения как бы поглощаются
почвой и могут быть использованы повторно. Кроме этого, корневые системы и
микроорганизмы выделяют СО2 и другие органические кислоты, которые растворяют нерастворимые в воде минералы и химические соединения. Особенностью
этого поглощения является избирательность усвоения из растворов важнейших
для организма веществ. При этом необходимые для организма вещества могут
иметь минимальные концентрации по сравнению с другими соединениями. Поэтому
в верхних горизонтах почв вместе с гумусом аккумулируется целый ряд химических элементов (азот, фосфор, кальций и др.), которые являются обязательными
составляющими живой субстанции. Этот вид поглотительной способности особенно важную роль играет в почвах влажных тропических лесов – ферральсолях.
К. К. Гедройц многолетними исследованиями установил, что явления поглощения в основном связаны с большой удельной поверхностью тонкодисперсных коллоидальных частиц почвы. По мере уменьшения диаметра частиц почвы
возрастает удельная поверхность и, соответственно, возрастает количество поглощаемых катионов, которое достигает максимума при диаметре гранулометрических фракций < 0,22µ.
Всю массу тонко раздробленных частиц, состоящих из органических,
органоминеральных и минеральных соединений, обуславливающую поглотительную способность почвы, называют почвенно-поглощающим комплексом (ППК).
В основном ППК состоит из частиц и компонентов почвы, находящихся в состоянии коллоидов. Под коллоидами в широком смысле слова понимают любое
вещество в состоянии высшей степени раздробленности (дисперсности) и
представляющие собой агрегат из совокупности многих молекул. К коллоидам принято относить вещества, отдельные частички которых имеют размеры
менее 0,1µ (микрона).
129
Коллоидный раствор следует отличать от суспензий и молекулярных растворов. Коллоидные частички в отличие от взвеси не видны в микроскоп и проходят через бумажный фильтр. Однако в отличие от молекулярных (истинных)
растворов коллоидные растворы не проходят через растительные перепонки и
поры животных.
С химической точки зрения почвенные коллоиды могут быть разделены
на три группы: минеральные, органические, органоминеральные.
Минеральные коллоиды представлены главным образом коллоидальнораспыленными алюмосиликатами, гидратами окиси железа и алюминия, коллоидальной кремниевой кислоты, а также соединениями закиси железа, оксидов
марганца и др. Минеральная часть, преобладающая в составе почвенных коллоидов, состоит в основном из вторичных минералов и аморфных веществ.
В почвах могут образовываться промежуточные формы коллоидов между кристаллами и аморфными веществами. Относительное соотношение между кристаллическими и аморфными веществами коллоидных фракций различается в зависимости от типов почв.
Органические коллоиды образуются в результате гумификации животных
и растительных остатков. Минеральные и органические коллоиды, вступая во
взаимодействие, дают коллоиды более сложного состава – органоминеральные
коллоидальные соединения.
По отношению к воде коллоиды можно разделить на две группы: гидрофильные и гидрофобные. Такие коллоиды, как кремниевая и гуминовая кислота,
адсорбируют на своей поверхности молекулы жидкой фазы почвенного раствора
и окружают себя водной оболочкой, относятся к гидрофильным коллоидам.
Гидрофильные коллоиды отличаются способностью сильно набухать в воде и
оставаться устойчивыми в состоянии коллоидального раствора. В почве также
могут встречаться коллоиды, которые не могут адсорбировать молекулы воды,
которые носят название гидрофобных.
В жидкой среде при образовании гидрозолей химическим путем в зависимости от характера ионной оболочки мицеллы ряд коллоидов получает определенный электрический заряд – положительный или отрицательный. Коллоиды,
которые получают отрицательный заряд, образуют кислотные золи – ацидоиды,
положительный заряд – базоиды. Положительный или отрицательный заряд коллоидной частицы зависит от строения мицеллы (рис. 9.1).
Коллоидные молекулы окружены двумя слоями зарядов. Первый слой,
отвечающий собственно заряду молекулы, примыкает к ее ядру и является
замкнутым. У электроотрицательных коллоидов он имеет отрицательный заряд,
у электроположительных – положительный. Второй слой противоположного
знака соответствует поглощенным ионам. По мере удаления от центра молекулы
он становится все более диффузным.
130
Рисунок 9.1 – Схема строения коллоидной мицеллы (по Н. И. Горбунову):
1 – ядро мицеллы; 2 – потенциалопределяющий слой;
3 – неподвижный слой компенсирующих ионов; 4 – диффузный слой;
5 – компенсирующие ионы; 6 – гранула; 7 – частица; 8 – мицелла
К группе ацидоидов относятся коллоидальный кремнезем, глинистые
минералы, перегнойные кислоты и вообще основная часть почвенных коллоидов.
Почвенные суспензии, как правило, заряжены отрицательно. Базоиды в почве
встречаются крайне редко. Положительный заряд часто имеют гидраты окиси Fe
и Al. В почвах также встречаются коллоиды, которые могут изменять свой заряд
на положительный или отрицательный в зависимости от реакции среды. Они носят
название амфолитоидов. К амфолитоидам относятся окислы Fe и Al, а также
протеиновые вещества почвенного гумуса. Коллоиды также могут находиться
в двух различных состояниях:
1) в состоянии коллоидального раствора (псевдораствора) – золя;
2) в состоянии хлопьевидного или аморфного осадка – геля.
Коллоидальный раствор обычно называют гидрозолем.
Коллоидальные растворы из состояния гидрозолей могут переходить
в гель, и наоборот. В состоянии золя находятся коллоиды, имеющие заряд. Когда
коллоид теряет этот заряд или он понижается настолько, что сила притяжения
становится больше силы отталкивания, отдельные коллоидные частички начинают
131
«сцепливаться» друг с другом в крупные агрегаты и выпадают в осадок. Этот
процесс носит название коагуляции. Обратный процесс перехода геля во взвешенное состояние носит название пептизация. Процесс пептизации заключается
в том, что ионы электролита адсорбируются на поверхности коллоидальных
частиц, в результате возрастает электрокинетический потенциал, увеличивается
степень гидратации, вокруг частиц образуется гидратная оболочка, это приводит
к разрыву связей и переходу пептизируемого осадка в раствор.
Сущность реакции катионного обмена состоит в том, что катионы внешнего раствора вытесняют из почвы поглощенные ионы, а сами поглощаются
почвой в эквивалентных количествах. Реакция катионного обмена обратимая и
может протекать по следующей схеме:
(ППК)К + NaNO3 = (ППК)Na + КNO3 .
Поглощение катионов почвой характеризуется показателем емкости обмена
катионов (ЕКО), который представляет себя как способность почв удерживать
то или иное количество катионов в обменной форме. ЕКО – общее количество
катионов одного рода (смоль/кг или мг-экв на 100 г почвы), удерживаемых почвой
в обменном состоянии при стандартных условиях и способных к обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора.
Величина ЕКО определяется рядом факторов, из которых наибольшее
значение имеют гранулометрический, химический и минералогический состав
почвенных коллоидов, кислотно-щелочное состояние почвы.
Для характеристики почвы по данному показателю в естественных условиях выделяют три вида емкости катионного обмена: стандартную, реальную,
дифференциальную.
Стандартная емкость катионного обмена определяется с помощью
буферных растворов при постоянном значении рН. Для этого почву насыщают
ионами Ва+ из буферного раствора с рН = 6,5. Емкость определяют по количеству
поглощенного почвой Ва+. Реальная, или эффективная, емкость катионного
обмена определяется путем обработки почвы небуферными растворами солей.
Дифференциальная емкость катионного обмена характеризует приращение
емкости катионного обмена с увеличением Н равновесного раствора (∆ЕКО/∆Н).
Одним из основных факторов, оказывающих влияние на величину поглощения катионов, является количество илистой фракции (размер частиц диаметром < 0,001 мм). В связи с этим емкость поглощения катионов у глинистых почв
выше, чем у песчаных. Влияние реакции среды на емкость обмена катионов проявляется в том, что с повышением рН повышается величина емкости поглощения. Для ацидоидов это объясняется тем, что ионы Н+ внешнего слоя при разной
величине рН замещаются по-разному. У амфолитоидов с повышением рН окружающего раствора повышается отрицательный заряд и соответственно повышается поглотительная способность.
132
В определенных условиях прочность связи поглощенных катионов
с коллоидными частичками может быть настолько большой, что они становятся
необменными. Необменно фиксироваться могут все катионы, однако наиболее
выражено это наблюдается у К+ и NH4+, для которых характерна относительно
большая величина радиуса (К – 1,33, NH4+ – 1, 43 Ǻ). Положительная роль фиксации заключается в том, что катионы не вымываются и сохраняются в почве.
Отрицательная – в недоступности элементов питания для растений.
Поглощение анионов почвой происходит в существенно меньших масштабах. Для анионов, как и для катионов, можно вычислить емкость поглощения.
Емкость поглощения анионов – это суммарное количество способных к обмену
поглощенных анионов (смоль/кг).
Катионообменная способность – это свойство почвы обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе, на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с ней растворе. Обменные
катионы в почвах представлены главным образом химическими элементами
первой и второй группы периодической системы Д. И. Менделеева. Кроме этого,
в катионном обмене участвуют микроэлементы: Zn2+, Cu2+, Mn2+ и другие, а
в кислых почвах – ионы Н+ и Al3+. Катионный обмен наиболее подробно изучен
для катионов Ca+2, Mg+2, K+, Na+. Обменные катионы – это катионы, входящие
в состав почвенного поглощающего комплекса, которые могут быть замещены
другими катионами из почвенного раствора. Термин «обменные основания»
включает только обменные катионы: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, в то время как в состав
обменных катионов входят еще и H+, Al3+ и др.
Катионообменная способность относится к числу фундаментальных
свойств почв. От состава обменных катионов зависит пептизируемость и агрегированность почв. Одновалентные катионы (в основном Na) вызывают пептизацию
почвенных коллоидов, что приводит к ухудшению физических свойств почв.
Двухвалентные катионы (Ca+2, Mg+2) вызывают коагуляцию почвенных коллоидов, повышают степень агрегированности, способствуют формированию водопрочной структуры, что способствует улучшению свойств почвы. Реакции между
обменными катионами и катионами почвенного раствора регулируют кислотность почвы (рН) и его солевой состав. Законы катионного обмена являются
теоретической основой для некоторых видов химической мелиорации (известкование и гипсование) почв. Обменные катионы – важнейший источник элементов
питания для растений. Состав обменных катионов – важнейший диагностический признак для классификации и диагностики почв.
133
ЛЕКЦИЯ 10. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГЕОГРАФИИ ПОЧВ
10.1. Эколого-географические факторы структуры педосферы
В отличие от других геосфер, обладающих большой мощностью, педосфера
представляет собой тончайшую оболочку, буквально пленку на поверхности земной
суши толщиной всего 1–2 м, поэтому ее образно называют geoderma – кожа Земли.
Организация почвенного покрова (ПП) определяется взаимодействием
нескольких групп факторов и условий.
Биоклиматические условия строения. Глобальные климатические закономерности строения и формирования почвенного покрова проявляются в горизонтальной и вертикальной зональности и фациальности почв. Горизонтальная
зональность выражается в образовании ограниченного числа почвенно-биоклиматических поясов, а внутри них – почвенных зон (полосчатых ареалов макроструктур почвенного покрова на равнинах). В областях влажного и очень сухого
климата смена почвенных зон обусловлена изменением термического фактора.
В умеренно влажных областях причиной смены почвенных зон является степень
увлажнения. Если возрастания температуры и сухости климата совпадают, происходит быстрая смена почвенных зон на небольшом протяжении и образуется
целый широтно-зональный спектр (например, южные районы Русской и ЗападноСибирской равнин). Когда увлажнение изменяется в другом направлении по сравнению с термическими условиями, то почвенные зоны теряют широтную форму
и приобретают во многих случаях меридиональное направление (например,
южная половина Северной Америки).
Биоклиматическая фациальность вызвана изменением степени увлажнения и континентальности климата, определяемыми крупными макроструктурными регионами на континенте (по отношению к океанам, горам и др.). Это приводит к радикальному осложнению горизонтальной зональности вплоть до формирования особых типов почв и индивидуальных закономерностей их географического распределения. Фациальные закономерности могут проявляться в общности почвообразования как в ряде зональных почвенных типов (почвенно-биоклиматические области), так и внутри почвенных зон (почвенные провинции).
В горных системах мира выражена вертикальная почвенная зональность.
Состав и структура вертикальной почвенной зональности определяются положением горной страны в системе географических поясов, а в пределах пояса –
ее положением в различных секторах увлажнения (приокеанских или континентальных). Имеют значение высота горной страны, положение склонов по отношению к преобладающему движению воздушных масс, экспозиция склонов и
наличие температурных инверсий. Можно выделить типы структур вертикальной зональности почв, учитывающие состав и взаиморасположение почвенных
зон в горах в пределах географических поясов и фаций увлажнения. Почвеннобиоклиматические пояса и области образуют зонально-фациальную мегаструктуру почвенного покрова Земли.
134
Литолого-геоморфологические закономерности строения почвенного
покрова. Положительные и отрицательные элементы рельефа любого уровня
связаны между собой процессами денудации и аккумуляции, геохимическим
потоком веществ. Это приводит к пространственной дифференциации геохимического фона, на котором протекает почвообразование. Особенно ярко закономерная смена отложений и связанных с ними литогенно-упорядоченных макроструктур ПП проявляется в межгорных котловинах, на подгорных, древнеаллювиальных и флювиогляциальных равнинах, вокруг действующих или недавно
потухших вулканов в связи с ослаблением интенсивности пеплопадов по мере
удаления от центра извержения.
Наряду с глобальными закономерностями почвенного покрова существуют
и местные, определяющие смену, часто довольно резкую, почв на небольших
территориях. Еще В. В. Докучаев ввел в обиход понятие «топография почв»,
подразумевающее смену почв на небольших пространствах, современным аналогом которого является понятие структуры почвенного покрова. Наиболее полно
данные по неоднородности почвенного покрова обобщены, развиты и оформлены
В. М. Фридландом, сформировавшим новое направление в географии почв –
учение о структуре почвенного покрова. Им был предложен термин «элементарный
почвенный ареал» (ЭПА) – почвы наиболее низкого таксономического уровня
(разряда), занимающие пространство, со всех сторон ограниченное другими ЭПА.
Границы ЭПА отражает коэффициент расчленения – отношение длины почвенного ареала к длине равновеликой окружности. В зависимости от величины Кр
выделяют 4 группы ЭПА: нерасчлененные (до 2), слабо- (2–4), средне- (4–6) и
сильнорасчлененные (более 6) ЭПА.
Применительно к рельефу ЭПА соответствует определенным микро- и
мезоформам. Микроструктура – любые генетические типы повторяющихся форм
микронеоднородности почв, состоящих из ЭПА. Наиболее распространены микроструктуры топогенной природы, обусловленные микроморфоструктурами (западины, ложбины, борозды, микроповышения, прирусловые валы и т. п.), объединяемыми терминами микро- и нанорельеф. Этим образованиям соответствуют
комбинации типа комплексов – почвенных комбинаций с регулярным чередованием мелких пятен (до десятков метров) контрастно различающихся почв, взаимно
генетически обусловленных, и пятнистостей – мелкоконтурных почвенных
комбинаций, менее контрастных по сравнению с комплексами. Встречаются и
литогенные микроструктуры.
Микроструктуры объединяются в мезоструктуры, состоящие из различных комбинаций микроструктур. Этот уровень определяется морфоструктурами
и морфосистемами, слагающимися из комплексов экзогенного рельефа: террас,
пойм, замкнутых равнин, дюнного рельефа и т. п. Топогенные мезоструктуры
с генетической связью между компонентами представлены сочетаниями – контрастными почвенными комбинациями и вариациями со слабой контрастностью
между компонентами. Ташеты – тип неконтрастных почвенных комбинаций,
135
образующих микро- и мезоструктуры, в которых генетические связи компонентов
невелики. Мозаики – контрастные комбинации почв, обусловленные значительными изменениями в пространстве состава и свойств почвообразующих пород.
Мезомакроструктуры состоят из различных комбинаций мезоструктур.
Их характеризует единство состава и происхождения почвенного покрова.
Обычно доминирует зональный тип почв.
Макроструктуры состоят из комбинаций мезомакроструктур. У них отсутствует единство истории формирования почвенного покрова. Это территории,
сформированные тектоническими процессами.
Еще выше в таксономии находятся макромегаструктуры и мегаструктуры.
Мегаструктуры характерны для платформ, горных стран. Основное разнообразие
создается климатической составляющей, особенно вертикальной, литологией и
рельефом.
Важными характеристиками структуры почвенного покрова являются
сложность, контрастность и неоднородность. Сложность – частота смены ЭПА,
зависящая от площади ЭПА, формы контура. Приблизительно оценить сложность можно через отношение среднего коэффициента расчленения к средней
площади ЭПА. Контрастность – степень различий в агрономическом аспекте
между компонентами СПП. Неоднородность определяется через произведение
сложности и контрастности.
В зоне тундр и полупустынь преобладают контрастные структуры
с ведущей ролью комплексов. В полосе альбелювисолей сложность снижается
примерно вдвое, преобладают сочетания ЭПА. Неоднородность почвенного
покрова минимальна в зоне лесостепи и возрастает к югу и к северу.
Историко-геологические закономерности строения почвенного покрова.
Современный почвенный покров – гетерохронное образование. Отчетливо выражена его зависимость от возраста процессов выветривания и почвообразования.
Поверхность и связанный с нею почвенный покров денудационных возвышенных равнин, плато и плоскогорий, особенно в тропиках (пенеплены Африки,
Южной Америки, Австралии), формировались миллионы лет и в ряде случаев
претерпели глубокие изменения климатических условий. В тропиках на значительных пространствах сохранилась древняя ферраллитная кора выветривания и
продукты ее переотложения, а возраст почвенного покрова (как совокупности
почв) насчитывает миллионы лет. Выступая в качестве почвообразующих пород
весьма специфического состава, «старые» почвы определяют наличие реликтовых признаков в современных почвах, особенно характерных для засушливых и
пустынных субтропических и тропических регионов. Длительность формирования ПП в области последнего оледенения (север Европы, север Канады и др.) –
тысячи лет. Еще моложе ПП на низких террасах рек, озер, морей, современных
вулканических отложениях – десятки и сотни лет.
Закономерные смены СПП разного возраста могут быть связаны как
с эволюцией биоклиматических факторов, так и с развитием рельефа. Особенно
136
отчетливо они выражены на древнеаллювиальных и приморских низменностях,
где с различными по возрасту геоморфологическими уровнями и улучшением
дренированности связаны определенные стадии развития почвенного покрова,
часто сохраняющего реликтовые черты гидроморфизма. Наряду с возрастными
различиями существуют и черты сходства, связанные с общностью геологической истории и строения территории.
Рассмотренные закономерности создают многообразие почвенного покрова
на разных уровнях его структурной организации; это отражают мировые почвенные
карты. Составление почвенных карт – основа познания территории для аграрных
или лесохозяйственных целей.
Мировые почвенные карты. Начало мировой картографии почв было положено «Схемой почвенных зон Северного полушария», составленной В. В. Докучаевым в 1899 г. в масштабе 1:50 000 000. Она содержала всего восемь выделов,
включая пять широтных почвенных зон (бореальную, таежно-лесную, черноземных степей, аэральную и латеритную). Карту составили методом дедукции,
исходя из учения о соответствии почв факторам почвообразования. На зональном
почвенно-климатическом принципе построена легенда. Значение картосхемы
было исключительно велико. Она показала, что распространение почв на земном
шаре не хаотично, а закономерно и объяснимо. Карта наглядно отразила открытый Докучаевым закон широтной зональности почв и определила главные принципы составления почвенных карт мира.
Концепция зональности была положена в основу дальнейшей разработки
мировых почвенных карт, составленных под руководством К. Д. Глинки (1906,
1915, 1927), Л. И. Прасолова (1937), Келлога (1938), Д. Г. Виленского (1950),
И. П. Герасимова (1956, 1960, 1964) и др. Карты совершенствовались в отражении все большего разнообразия почв мира и корректировке границ их ареалов
(на почвенной карте мира К. Д. Глинки 1906 г. было показано 18 выделов почв,
на карте Л. И. Прасолова – уже 30, а на карте И. П. Герасимова 1964 г. – 93 выдела).
На более новых картах обычно уточнялись географо-генетические закономерности
распространения различных почв. Так, уже на картах Глинки наряду с широтными
зонами были показаны и меридиональные зоны, различия почвенных зон в океанических и внутриконтинентальных частях материков. Прасолов и Герасимов типы
почв объединяли в мировые географические пояса с отражением зональной
структуры поясов в приокеанических и внутриконтинентальных фациях.
В 1974 г. на X Международном конгрессе почвоведов в Москве была
представлена новая «Почвенная карта мира» под ред. В. А. Ковды, Е. В. Лобовой,
Г. В. Добровольского и Б. Г. Розанова. Карта выполнена в масштабе 1:10 000 000
на основании обобщения новейших почвенно-картографических материалов. Легенда
карты содержит 293 основных таксонов почв. Помимо зонально-фациальных
закономерностей географии почв карта отражает также почвенно-геохимические
и эволюционно-генетические закономерности строения ПП Земли. Наиболее крупные выделы на карте представлены 12 почвенно-геохимическими формациями.
137
Особое место среди мировых почвенных карт занимает «Почвенная карта
мира» ФАО/ЮНЕСКО. Это первая в истории почвоведения мировая карта, разработанная на основе международного сотрудничества. Составление ее заняло
15 лет (1960–1975 гг.) Карта опубликована на 19 листах в масштабе 1: 5 000 000
с фундаментальными пояснительными текстами. В легенде карты выделено
26 групп типов почв и 133 типа или основных почвенных единиц. Достоинство
карты – согласованная номенклатура и количественные диагностические критерии выделения типов почв, относительно крупный масштаб и насыщенность
информацией картографических единиц: в каждом контуре наряду с преобладающими показаны подчиненные почвы, гранулометрический состав и рельеф.
Карта ФАО/ЮНЕСКО – наиболее подробная современная Почвенная карта мира.
В 1982 г. была издана «Почвенная карта мира» масштаба 1: 15 000 000 для
вузов, составленная М. А. Глазовской и В. М.Фридландом. Карта хорошо отражает закономерности генезиса и географии почвенного покрова мира. В легенде
карты выделены 24 генетические группы почв, объединяющие 110 почвенных
единиц (типов или подтипов). Легенда представляет собой матрицу, в которой
все многообразие почв расположено в поле координат: по горизонтали указаны
типы водного режима почв, а по вертикали – типы температурного режима почв.
Карта дает хорошее представление о разнообразии почв мира, содержит обобщенную почвенно-геохимическую и гидротермическую характеристику выделенных группировок почв и отражает закономерности их распространения. На
этой карте впервые в мировой картографии почв показаны основные структуры
почвенного покрова, геометрические формы которых тесно связаны с рельефом,
почвообразующими породами и геологической историей территории.
Важную роль в последнее время приобретает картографирование почвенного покрова мира в системе WRB (World Referative Base). С использованием
этой универсальной классификации, являющейся логичным продолжением карты
мира ФАО/ЮНЕСКО создан, например, атлас почв Европы (2005 г.), на картах
которого на территории Беларуси преобладают альбелювисоли (дерновоподзолистые почвы).
Общие закономерности строения ПП и его региональной дифференциации
наиболее последовательно отражены на картах почвенно-географического районирования. Почвенно-географическое районирование – это разделение территории
на регионы, однотипные по СПП, сочетанию факторов почвообразования и возможностям хозяйственного использования почв. Районирование отражает СПП
на разных уровнях его организации и служит методом систематизации, анализа
и выявления главных особенностей ПП. Таксономические единицы в почвоведении (таксоны) – это последовательно соподчиненные систематические категории, отражающие объективно существующие группы почв в природе. Они отражают место или ранг почвы в системе и характеризуют точность их определения.
Впервые почвенный покров Земли был разделен на почвенно-климатические пояса и агропочвенные области с учетом особенностей почвенного покрова,
138
вызванных различиями гидротермических условий, Н. Н. Розовым и В. М.
Фридландом. В настоящее время существуют разные подходы к районированию
ПП суши земли. М. А. Глазовская разработала почвенно-геохимическое
районирование мира: наиболее крупной единицей являются почвенногеохимические поля, рассматриваемые как территории с господством определенной геохимической ассоциации субаэральных (атмосферного увлажнения) почв
или закономерным сочетанием нескольких геохимических ассоциаций.
В основу схемы почвенно-экологического районирования мира, разработанного Н. Н. Розовым и М. Н. Строгановой, положен биоклиматический
принцип. Пояса понимаются как ареалы почвенно-агроэкологических классов,
объединяющих почвы по сходству температурного режима. Области – ареалы
почвенно-агроэкологических подклассов (почвы в пределах класса со сходным
режимом атмосферного увлажнения: гумидные, семигумидные, семиаридные и др.).
Значительно более полно разработаны и обоснованы принципы и система
таксономических единиц почвенно-географического районирования. В ее основе
лежит докучаевское учение о типе почвы как основной таксономической единице.
Тип почвы – группа почв, развивающихся в однотипно сопряженных
биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся
ярким проявлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими процессами. Эта группа почв характеризуется однотипным
строением почвенного профиля, однотипностью процессов поступления органических веществ и их трансформации, процессов разложения минеральной массы,
миграции и аккумуляции веществ, однотипным характером различных почвенных
режимов, что в итоге определяет сходство мероприятий по управлению плодородием.
Подтипы почв выделяются в пределах типа и представляют собой группы
почв, различающиеся по проявлению основного или налагающихся процессов,
обусловленных различием в составе почвообразующих пород, гидрологическом
режиме, изменением основного признака почв (дерновые типичные, дерновые
оподзоленные и др.).
Роды выделяют в пределах подтипа и показывают влияние местных условий
(химизма и режима грунтовых вод, состава почвообразующих пород) на качественные генетические особенности почв: карбонатность, ожелезнение, реликтовые
признаки и т. д.
Виды в пределах рода характеризуют различия в свойствах и строении
почв, связанные с особенностями протекания основного почвообразовательного
процесса, характером антропогенного воздействия: слабоподзолистые, слабоэродированные, окультуренные.
Разновидности почв определяются по гранулометрическому составу верхних
горизонтов и почвообразующих пород: глинистые, суглинистые, супесчаные и др.
Разряды характеризуют генетические свойства почвообразующих пород:
моренные, покровные, флювиогляциальные и другие отложения.
139
Единицы выше типа окончательно не установлены: это классы и подклассы,
ассоциации и семейства, стадии развития почв, т. е. по мере накопления знаний
о почвах таксономические единицы, как и классификация, могут корректироваться и дополняться. В настоящее время ключевой надтиповой единицей можно
считать почвенные реферативные группы (РПГ), которых, согласно WRB, насчитывается на земном шаре 32.
Номенклатура почв – наименование почв в соответствии с их свойствами
и положением в систематике почв. В почвоведении имеются несколько направлений в номенклатуре почв, каждое из них опирается на свою систему диагностики и классификации почв.
Русская школа заложена В. В.Докучаевым, который использовал общий
принцип научной терминологии, согласно которому почвам даны лаконичные,
моносемичные названия с использованием народной лексики и являющиеся
по существу символическими: подзол, серозем, чернозем, бурые почвы, т. е. критерием символического термина была использована цветовая окраска почв. Позднее
Н. М. Сибирцев усложнил номенклатуру почв вторым словом, указывающим
на особенности почвы или процесса почвообразования: чернозем шоколадный,
светло-серая лесная, темно-каштановая, почвы бурые лесные в отличие от бурых
полупустынных и др. Широкое использование получили географические термины –
чернозем южный; экологические – болотные, луговые, тундровые, арктические.
Номенклатура почв в русском (белорусском) почвоведении содержит полное название почвы, в котором приведены последовательно наименования типа,
подтипа, рода, вида, разновидности и разряда, т. е. из названия почвы ясны
ее главные признаки. Например, дерново-подзолистая (тип), белесая (подтип),
остаточно-карбонатная (род), слабоподзолистая (вид), легкосуглинистая (разновидность), на лёссовидном суглинке (разряд).
Международная номенклатура почв ФАО-WRB содержит названия почвенных реферативных почвенных групп, либо традиционные международные (ферральсоль, лювисоль, акрисоль, умбрисоль, криосоль и т. д.), либо составленные из греческих, латинских или русских корней с добавлением «zem» или «sol»: «чернозем»,
«подзол», «солончак», «солонец», «каштанозем». К ним добавляются префиксы
или суффиксы, с помощью которых проводится дальнейшая дифференциация.
В «Курсе лекций» Р. Дюдаля и П. Дриссена (2001) реферативные почвенные группы объединены в 10 «общностей», или «рядов», с приоритетом типа
почвообразующей породы, а затем – степенью развития и дифференциации
почвенного профиля. Этот подход близок русской школе почвоведения, придерживающейся разделения почв на достаточно крупные классы.
Теория зональности частично помогает понять разнообразие почв мира,
но не может составить устойчивой базы классификации почв. Ряды реферативных
почвенных групп не следует расценивать как высший уровень классификации,
а лишь как подспорье и иллюстрацию того, как отражаются основные процессы
почвообразования в глобальной структуре почвенного покрова.
140
Реферативные почвенные группы объединены в 10 «общностей» (рядов,
или блоков). Прежде всего, органические почвы отделены от всех минеральных
почв в отдельную общность (№ 1). Общность содержит лишь одну реферативную почвенную группу – гистосоли.
Все минеральные почвы разделены на 9 общностей по принципу главного
критерия, т. е. ведущего фактора (или факторов) почвообразования, в наибольшей степени влияющего на формирование почвы.
ОБЩНОСТЬ № 2 объединяет все искусственные почвы, морфологические
признаки и аналитические характеристики которых сильно варьируют, но почвы
имеют одну главную общую черту – радикальное изменение их свойств из-за деятельности человека. Общность представлена двумя РПГ – антросоли и техносоли.
ОБЩНОСТЬ № 3 объединяет минеральные почвы, чьи свойства в значительной мере обусловлены особенностями материнской породы. Общность включает РПГ: андосоли – почвы вулканических областей, ареносоли – почвы песчаных пустынь; прибрежных и материковых дюн, а также ареалов сильно выветрелых песчаников; вертисоли – набухающие почвы на тяжелых глинах в старицах,
по долинам рек и в днищах высохших озер, а также в других областях, где материнские породы характеризуются высоким содержанием набухающих глин с 2:1
кристаллической решеткой.
ОБЩНОСТЬ № 4 объединяет минеральные почвы, чьи свойства в значительной мере определены рельефом местности. Общность включает почвы
понижений рельефа: флювисоли – молодые аллювиальные почвы, имеющие
слоистость или другие признаки современного осадконакопления, и глейсоли –
неслоистые почвы заболоченных территорий, не подверженные современному
осадконакоплению, а также слаборазвитые почвы возвышенных или эродированных территорий: лептосоли – почвы на скальной или высококарбонатной
породе и регосоли – почвы на рыхлой породе, имеющие лишь поверхностную
дифференциацию профиля по разным причинам, например, из-за низких температур, продолжительных засух или эрозии.
ОБЩНОСТЬ № 5 объединяет почвы, слаборазвитые в силу ограниченности
периода почвообразования или омоложения почвообразующей породы (например, вследствие эрозии). Слаборазвитые почвы встречаются практически в любых
условиях среды от уровня моря до высокогорий и от экватора до бореальных
областей, под различной растительностью. Объединяющим их свойством являются
начальные признаки почвообразования – камбисоли.
ОБЩНОСТЬ № 6 объединяет красные и желтые почвы, типичные для
влажных тропических и субтропических регионов. Высокие температуры почвы
и (часто) обильное увлажнение приводят к выветриванию породы и быстрому
разложению органического вещества. Реферативные почвенные группы этой
общности характеризуются мощным профилем (зрелой почвы), сформированным
длительными процессами выветривания и выносом его продуктов: плинтосоли –
почвы преимущественно на древних поверхностях выветривания, с горизонтом,
141
состоящим из смеси новообразованных глин, оксидов железа и кварца и залегающим под верхним горизонтом, который необратимо затвердевает под воздействием кислорода при выходе на поверхность (плинтит); ферральсоли – глубоко
выветрелые почвы с низкой емкостью катионного обмена, практически лишенные
минералов, способных к выветриванию; алисоли – почвы с высокой емкостью
катионного обмена и высоким содержанием обменного алюминия; нитисоли –
мощные почвы на материнской породе, достаточно богатой первичными минералами, характеризующиеся специфической структурой (ореховатой с блестящими поверхностями структурных агрегатов); акрисоли – сильно выщелоченные
красные и желтые почвы, сформировавшиеся на кислых материнских породах,
характеризующиеся горизонтом аккумуляции глины, малой емкостью катионного
обмена, не насыщенные основаниями; ликсисоли – почвы, сходные по морфологии с акрисолями, но с высокой степенью насыщенности основаниями.
ОБЩНОСТЬ № 7 объединяет РПГ аридных и семиаридных областей, где
перераспределение карбонатов кальция и гипса является важным механизмом
дифференциации профиля на горизонты. Легкорастворимые соли также могут
накапливаться на различной глубине, а в районах с близким к поверхности залеганием грунтовых вод – и на поверхности почвы. Сюда входят: солончаки – почвы
с высоким содержанием легкорастворимых солей; солонцы – почвы с высоким
содержанием обменного натрия; гипсисоли – почвы с горизонтом вторичного накопления гипса; дюрисоли – почвы, характеризующиеся слоем новообразований,
сцементированных кремнеземом; кальцисоли – почвы, обогащенные вторичными
карбонатами.
ОБЩНОСТЬ № 8 объединяет почвы, встречающиеся в степной зоне. Они
являются переходными между почвами с преобладанием аккумулятивных процессов, характерных для сухих типов климата, и почвами с преобладанием процессов выщелачивания, типичных для гумидной зоны умеренного пояса: черноземы – почвы с мощным, очень темным поверхностным горизонтом и обогащенные карбонатами в подпочве; каштаноземы – почвы с менее мощными,
рыжевато-коричневатыми поверхностными горизонтами и наличием карбонатов
и/или гипса на некоторой глубине; характерны для сухих степей; файоземы –
темные тускло-красные почвы прерий с высокой насыщенностью основаниями,
но не имеющие видимых признаков вторичной аккумуляции карбонатов.
ОБЩНОСТЬ № 9 объединяет бурые и серые почвы гумидных областей
преимущественно умеренного климата. Почвы общности характеризуются признаками перераспределения глины и/или органического вещества. Умеренный
климат и небольшой возраст большинства почв объясняют относительное богатство их основаниями, несмотря на преобладание процессов выщелачивания над
процессами накопления. Элювиирование и иллювиирование металлоорганических комплексов приводит к формированию серых (белесых) оттенков и черновато-красновато-бурых (иллювиальных) тонов в горизонтах почв этой общности.
142
Сюда относятся: подзолы – кислые почвы с белесым элювиальным горизонтом,
перекрывающим горизонт накопления органического вещества, связанного с алюминием и/или железом; планосоли – почвы осолоделые, характеризующиеся
белесым подповерхностным горизонтом, залегающим на слабопроницаемом,
плотном слое; альбелювисоли – почвы, характеризующиеся языковатой границей
белесого горизонта с подстилающим его иллювиально-глинистым; лювисоли –
почвы с высокой насыщенностью основаниями и горизонтом значительного
накопления глины; стагносоли – почвы со стагниковыми признаками, развивающиеся в условиях периодического поверхностного переувлажнения; умбрисоли –
почвы с мощным темным гумусированным верхним горизонтом, характеризующимся кислой реакцией среды.
ОБЩНОСТЬ № 10 объединяет почвы мерзлотных областей. Эти почвы
несут признаки криотурбации (т. е. нарушений сложения, вызванных промораживанием-оттаиванием и сегрегацией льда), такие как нарушение залегания горизонтов и линзы органического вещества на глубине, часто сконцентрированные
на поверхности вечной мерзлоты. Криотурбация также приводит к сортировке
щебня в почве и пятнистости ее поверхности; пятна дифференцированы по сортировке материала. Все мерзлотные почвы входят в одну реферативную группу –
криосоли.
Почвы общностей 6–10 представляют собой почвы, характерные для определенных климатических зон, т. е. зональные почвы. Однако и они не всегда
подчиняются закону общей «зональности», в то время как почвы других общностей не всегда «азональны». Например, подзолы наиболее распространены
в (суб)гумидных умеренных климатических условиях, но образуются также и
в гумидных тропических областях. Планосоли встречаются как в субтропических,
так и в степных районах, а реликтовые ферральсоли могут существовать и вне
пределов гумидных тропиков.
Почвы, сформированные преимущественно за счет воздействия неклиматического, локального, фактора почвообразования, не являются почвами
зональными. Это интразональные почвы. Подзолы, глейсоли, гистосоли и многие
другие почвы могут быть как зональными, так и интразональными.
Вместе с тем некоторые почвы слишком молоды, чтобы в своем профиле
отразить природные условия формирования, и их относят к азональным. Молодые аллювиальные почвы (флювисоли) и почвы склонов (камбисоли) могут быть
примерами азональных почв.
Напомним, что приведенная группировка в общности не имеет классификационного значения и приводится в публикациях ФАО для более ясного
представления о соотношениях между почвами в почвенно-генетическом пространстве. Она не имеет значения для диагностики почв и не рассматривается ее
авторами как элемент (уровень) классификации, как и вся система WRB –
не классификация почв, а «оболочка программы», или способ корреляции
национальных классификаций.
143
Диагностика почв – описание почв с целью установить совокупность признаков, по которым она может быть отнесена к тому или иному типу или классификационному подразделению. Главными диагностическими методами являются профильный и сравнительно-географический, на основе которых можно
установить тип почвы. Все остальные методы, используемые в почвоведении,
при комплексном подходе позволяют дойти до низких таксономических уровней
(выделения видов, подвидов, разновидностей, разрядов).
При характеристике пахотных почв большое значение имеют показатели
их агрохимических, агрофизических, биологических свойств и результаты учета
урожая.
10.2. Почвенно-географическое районирование
Почвенно-географическое районирование – разделение территории на
почвенно-географические районы, однородные по структуре почвенного покрова,
сочетанию факторов почвообразования и характеру возможного сельскохозяйственного использования. Его основой является установление географических
закономерностей распространения почв, вытекающих из распределения природных условий на земной поверхности.
Почвенно-географическое районирование является основой учения В. В. Докучаева о широтно-горизонтальной и вертикальной зональности почв, общие
закономерности которого он сформулировал в 1899 г. К формированию понятия
о почвенных зонах его привело учение о факторах почвообразования. В. В. Докучаев писал: «Раз все почвообразователи располагаются на поверхности в виде
поясов или зон, вытянутых более или менее параллельно широтам, то и почвы
наши – черноземы, подзолы и др. – должны располагаться на земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и др.».
Разные авторы позднее доказали, что на каждом континенте распределение зон имеет свои особенности, что горизонтальные зоны опоясывают земной
шар не лентой, а встречаются в виде «островов» среди других почвенных зон
или могут выпадать полностью. Более или менее строго учение о горизонтальной зональности соблюдается на обширных пространствах Русской равнины.
Для Северного и Южного полушарий в чередовании зон наблюдается асимметрия.
Например, зона тундры в Южном полушарии отсутствует на Мальдивских островах, хотя они входят в бореальный пояс. В арктическом поясе расположены рядами
типичные арктические и типично гумусовые почвы, широтные подзоны тундровой зоны выделяются сочетаниями тундровых глеевых почв и торфяников.
Мысль о вертикальной зональности почв в горах была высказана В. В. Докучаевым одновременно с учением о горизонтальной зональности. Изучив расположение природных почвенных зон в горах Кавказа, он в 1899 г. писал: «Так
как вместе с поднятием местности всегда закономерно изменяется климат, рас144
тительность и животный мир... также закономерно должны изменяться почвы
по мере поднятия от подножия гор... к вершинам, располагаясь в виде тех же
последовательных, но уже не горизонтальных, а вертикальных зон».
Позднее было установлено, что в горах имеется большее разнообразие
биоклиматических условий и типов почв, чем на равнинах, и что каждая горная
страна характеризуется определенными типами структур вертикальной зональности. Различия в типах структур определяют: положение горной страны в системе горизонтальных почвенных зон; высота горной страны; ее положение
по отношению к движению воздушных масс; изолированность от морей другими
горными системами; наличие температурных инверсий на разных склонах одного
и того же хребта. В силу этих причин наветренные склоны получают очень много
осадков, подветренные – очень мало, поэтому в первом случае преобладают
влажно-лесные и горно-луговые почвы, во втором – горные пустынные, горные
степные и горно-лугово-степные с резкими переходами между зонами. Поэтому
имеют место интерферренция – выпадение отдельных почвенных зон; инверсия,
когда нижние зоны располагаются выше, чем положено по аналогии с горизонтальными; миграция, когда одна зона проникает в другую (С. А. Захаров). Эти
понятия объясняют отсутствие горных черноземов между зонами каштановых и
горно-луговых почв в горах Южного Закавказья, смену горных подзолов не тундрой,
как на равнинах, а субальпийскими и альпийскими лугами, проникновение одних
почв в другие по горным долинам.
Современные подходы к почвенно-географическому районированию реализованы в карте масштаба 1:8 000 000 для вузов (1983), составленной Г. В. Добровольским, Н. Н. Розовым и И. С. Урусевской. Таксономическая система районирования учитывает особенности СПП и состоит из следующих единиц:
1) почвенно-биоклиматический пояс;
2) почвенно-биоклиматическая область;
3) почвенная зона (в горах горная почвенная провинция);
4) почвенная провинция;
5) почвенный округ;
6) почвенный район.
Эта система позволяет не только показать сложность строения ПП на всех
уровнях его организации в тесной связи с главными факторами дифференциации, но и объяснить ее с точки зрения законов генезиса и географии почв.
Почвенно-биоклиматический пояс – совокупность почвенных зон и вертикальных почвенных структур (горных почвенных провинций), объединенных
сходством радиационных и термических условий. Их пять: полярный, бореальный, суббореальный, субтропический, тропический. Основой для их выделения
является сумма среднесуточных температур выше 10 °С за вегетационный период.
Почвенно-биоклиматическая область – совокупность почвенных зон и
вертикальных структур, объединенных в пределах пояса сходными условиями
145
увлажнения и континентальности и вызванных ими особенностей почвообразования, выветривания и развития растительности. Различаются области по коэффициенту увлажнения (КУ) Высоцкого-Иванова. Их шесть: очень влажные,
избыточно влажные, влажные, умеренно сухие, засушливые (сухие), очень сухие.
Почвенный покров области более однороден, чем в поясе, но внутри нее могут
выделяться интразональные почвы.
Почвенная зона – составная часть области, ареал распространения зонального почвенного типа и сопутствующих ему интразональных почв. В каждую
область входят две-три почвенные зоны.
Почвенная провинция – часть почвенной области, отличающаяся теми же
признаками, что и область, но при более дробном подходе.
Почвенный округ выделяется в пределах провинции по особенностям почвенного покрова, обусловленным характером рельефа и почвообразующих пород.
Почвенный район – часть почвенного округа, характеризующаяся однотипной структурой почвенного покрова, т. е. закономерным чередованием тех же
сочетаний и комплексов почв.
Реже выделяют такие таксоны, как подзона – часть почвенной зоны, вытянутая в том же направлении, что и зональные подтипы почв, и почвенная фация –
часть зоны, отличающаяся от других частей по температурному режиму и сезонному режиму увлажнения.
Вертикальная почвенная структура – ареал распространения четко определенного рода вертикальных почвенных зон, обусловленного положением горной
страны или ее части в системе биоклиматической области и главными особенностями ее общей орографии.
Горная почвенная провинция аналогична почвенной зоне на равнине. Значение остальных таксонометрических единиц одинаково для равнинных и горных
территорий.
Опорными единицами почвенно-географического районирования на равнинных территориях являются почвенные зоны, а в горах – горные почвенные
провинции.
146
ЛЕКЦИЯ 11. ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ПОЛЯРНОГО ПОЯСА
И ЛЕСОВ БОРЕАЛЬНОГО, УМЕРЕННОГО
И СУБТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСОВ
11.1. Почвенный покров полярного пояса
Циркумполярное положение полярного пояса определяет его суровые
климатические условия: короткое холодное лето, длительная морозная зима, наличие почти повсеместно вечной мерзлоты. Зона представлена на островах и крайнем побережье Азии и Северной Америки, в южном полушарии почти не выражена. Крайне важную роль в таких условиях играют течения (холодное трансарктическое и теплое Северо-Атлантическое) и воздушные массы, приносящие
тепло и влагу. На Шпицбергене осадков выпадает до 400 мм в год, на Земле
Франца-Иосифа – 200–300 мм, Северной Земле – 100–200 мм, то есть на восток
возрастает суровость климата. На юге Гренландии – до 1000 мм осадков, на севере – 25 мм. Испаряемость в условиях полярного пояса составляет 100–200 мм,
поэтому при 300–400 мм осадков может быть даже избыток влаги, при менее
100 мм – недостаток. Растительность тундр представлена преимущественно
мхами и лишайниками, есть карликовая ива, камнеломки, кассиопея, дриады,
отдельные злаки. В растительности полярных пустынь доминируют лишайники.
Фитомасса тундр – 3–7 т/га, арктических пустынь – 0,1–0,2 т/га, годовая продукция – 1–1,5 т/га и 10–15 кг/га соответственно. Биомасса растительности
в понижениях в несколько раз выше за счет дополнительного увлажнения.
Рельеф преимущественно равнинный, почвообразующие породы разнообразны: рыхлые ледниковые обломочные отложения, песчано-глинистые морские
террасы, грубообломочные продукты криогенного разрушения плотных пород,
элювиально-делювиальные отложения на Канадском арктическом архипелаге.
Почвенный покров арктических пустынь представлен примитивными
арктическими пустынными почвами (гелик лептосоли), имеющими укороченный
профиль обычно без признаков оглеения, слабокислую и нейтральную реакцию,
а в аридных условиях – засоленными почвами (салик криосоли), развивающимися
при вымораживании солей на поверхность. Мощность почвенного профиля обусловлена глубиной оттаивания почвенно-грунтовой толщи (до 0,3 м). Дифференциация профиля слабая из-за криогенных процессов. Хорошо выражен лишь
растительно-торфянистый горизонт А0 и хуже – маломощный А1. Возможно ограниченное глееобразование.
Основные почвенные процессы в тундре протекают в условиях повышенного увлажнения и застойного подтипа промывного водного режима, обусловленного малым испарением. Здесь активно идут физические процессы, особенно
связанные с криогенезом, а химические протекают слабо. Глеевые процессы приурочены к верхней части почвенной толщи. Тундровые почвы занимают широкую
полосу на севере Евразии и Северной Америки, обычно за Полярным кругом,
147
но вдоль берега Берингова моря спускаются южнее, так как высокая влажность
воздуха и низкие температуры препятствуют развитию лесной растительности.
В целом отсутствие древесной растительности в тундре объясняется переувлажнением почвы летом, сильными ветрами, иссушающими побеги молодых
растений, низкой температурой. Почвообразующими породами обычно являются
разные типы ледниковых отложений, реже каменистые, морские и озерноаллювиальные.
На характер растительности и процессы почвообразования огромное
влияние оказывает многолетняя мерзлота. Типичная катена (ряд по положению
в рельефе) в северной тундре: гелик лептосоль – гелик криосоль – гелик регосоль – гелик камбисоль – гелик солончак (рис. 11.1, 11.2).
Префикс гелик (джелик) означает наличие слоя с постоянно отрицательными
температурами не глубже двух метров. Большинство исследователей считают
мерзлоту древним явлением, сохранившимся с ледникового периода. Песчаные
почвы оттаивают на 1,2–1,6 м, суглинистые – на 0,7–1,2 м, торфяные – лишь до 0,4 м.
Это обусловливает сильное заболачивание, несмотря на малое количество осадков.
В холодной почве медленно идут процессы почвообразования и все биогеохимические процессы. В целом в зоне большинство почвообразовательных процессов носят
физический характер, в первую очередь криогенез и ледяная сегрегация. Летом
возможна солифлюкция, а на сухих легких почвах – дефляция.
Криосоли (наиболее близкий традиционный аналог – кислые бурые тундровые почвы) формируются в условиях хорошего промывания профиля при достаточном количестве кислорода, то есть на повышенных элементах рельефа и приподнятых равнинах с рыхлыми отложениями. Характерно накопление слаборазложившихся растительных остатков и формирование торфянистого горизонта Ат.
Нижняя часть профиля слабо дифференцирована на генетические горизонты, обычно
имеет мощность не более 50 см. Под торфянистым находится маломощный, примерно 2 см, буро-коричневый гумусовый горизонт А1, переходящий в горизонт В,
слабо отличающийся от почвообразующей породы. Фульватный характер гумуса
определяет кислую (рН около 5) реакцию среды и малое количество оснований.
Гелик глейсоли (тундрово-глеевые почвы), которые чаще всего считаются
зональным типом почв тундр, формируются в условиях затрудненного дренажа
и дефицита кислорода на плохо дренированных поверхностях, на фоне длительного застаивания вод. Для профиля этих почв характерно наличие глеевого горизонта. Благодаря присутствию закисного железа глеевый горизонт приобретает
характерный сизый цвет. Этот горизонт залегает сразу под гумусовым и продолжается до многолетней мерзлоты. Содержание гумуса в горизонте А1 составляет 1–3% при реакции, близкой к нейтральной.
В отрицательных элементах рельефа могут формироваться гистосоли
(тундрово-болотные почвы) с характерной полигональной поверхностью, глейсоли, тундровые солончаки.
148
Типичный ряд почв в южной тундре: лептик криосоль (на самых высоких
гипсометрических уровнях) – гелик камбисоль – гелик подзол – гелистагник
камбисоль – гелик глейсоль – криик гелик гистосоль.
Вегетационный период длится 50–60 дней, растениеводства почти нет.
Основное хозяйственное использование – оленеводство. Почвы полярного пояса
имеют в целом низкое плодородие из-за слабого разложения и малого количества
органики, крайне восприимчивы к воздействиям на них, обладают слабой буферностью, слабо восстанавливаются, что является серьезной экологической проблемой.
11.2. Почвенный покров таежно-лесной зоны бореального пояса
Бореальные леса сменяют тундру по мере смягчения климата. Почвы и
растительность получают много влаги, но тепла недостаточно, продолжительность
вегетационного периода – от 70 до 150 дней. Зимой почвы могут промерзать на
срок до 5–8 месяцев и более. В бореальной лесной зоне Евразии климатические
условия закономерно меняются как с юга на север, так и с запада на восток (резко
возрастает континентальность климата). В Карелии в среднем в январе -10 °С,
июле +15 °С при 500 мм осадков в год, тогда как в Восточной Сибири на этой же
широте в январе -30°С при 150–200 мм осадков. Общей чертой климата таежнолесной зоны является прохладное лето, положительный баланс влаги (причем
осадки выпадают в любое время года) и промывной тип водного режима.
Среди почвообразующих пород преобладают ледниковые отложения, из
специфических отложений нужно отметить сравнительно плодородные, особенно
для зерновых культур, лёссы и лёссовидные породы.
Преобладающий тип растительности – хвойные леса, на западе – светлые
сосновые, в Западной Сибири – елово-пихтовые, а в Центральной и Восточной
Сибири доминируют светлые лиственничные леса. Около 20% таежной зоны
занимает болотная растительность. Существенными особенностями растительного
покрова отличается Якутско-Вилюйская низменность, где широко распространены остепненные луга и луговые степи, чередующиеся с березовыми лесами и
травяно-моховыми болотами.
Биомасса хвойных лесов значительна (100–300 т/га), однако опад составляет лишь 3–7 т/га, а зольных элементов лишь 50–80 кг/га. Характерен слой неразложившегося опада на поверхности почвы.
На хорошо проницаемых почвообразующих породах в Восточной Европе
развиваются иллювиально-гумусовые и иллювиально-железистые подзолы со
следующим строением: А0–А2 (3–7 см) – (В1h или В1fe) – В2 – С (рис. 11.3). Подзолы образуются обычно на песчаных и супесчаных породах. Значительная часть
гумуса находится в подвижной форме, реакция сильнокислая. Фульвокислоты
нейтрализуются в горизонте Вh (сподик) с образованием фульватов, выпадающих в осадок.
149
Процесс подзолообразования наукой до конца еще не раскрыт. Обычно
его рассматривают как процесс разрушения агрессивными фульвокислотами
минералов горизонта А2, продукты разрушения выносятся в горизонт В, где
осаждаются, а А2 обесцвечивается. Но эта позиция остается дискуссионной из-за
наличия в А2 неустойчивых к разрушению минералов типа пироксенов, слюд,
амфиболов. Другая группа ученых видит причину образования А2 в периодическом оглеении верхней части почв, что еще более спорно, так как не объясняет
явной аккумуляции в горизонте В. В классических представлениях горизонт А2
подзолов состоит почти полностью из зерен кварца, лишенных железистых пленок,
что и придает им цвет, напоминающий золу.
По современным представлениям генезис подзолов обусловлен обедненностью растительного опада азотом и зольными элементами, пониженными температурами и промывным водным режимом, особенностью биоклиматических
превращений опада – замедлением микробной деятельности, преобладанием
грибного кислотообразующего разложения, консервацией лесного опада в виде
подстилки, продуцированием в подстилке и вымыванием водорастворимых
гумусовых кислот (фульвокислот) и простых органических кислот. При передвижении вниз по профилю растворы, содержащие значительное количество органических кислот, реагируют с первичными и вторичными минералами, разрушая
их и мобилизуя имеющиеся в породе свободные полутораоксиды. Продукты
разрушения минералов выносятся глубже и осаждаются вместе с выносимыми
неразрушенными илистыми частицами, образуя иллювиальный горизонт В, в том
числе Вt – глинисто-иллювиальный, Bf – железисто-иллювиальный. Подзолы
слишком бедны илистыми частицами, чтобы образовывать устойчивую структуру.
Всего в мире насчитывают 485 млн. га подзолов и большинство – в тайге, хотя
есть они даже в тропиках.
На карбонатных породах подзолистый процесс значительно ослабевает и
доминирует дерновый процесс, развиваются рендзик лептосоли (дерновокарбонатные почвы).
Многие почвы аккумулятивных ландшафтов представлены гистосолями
(рис. 11.4). На переходе к болотам образуются гистик глейсоли (торфяно-глеевые
почвы), то есть постепенно растет мощность гумусового слоя и его оторфованность. На плохо дренируемых территориях зоны бореальных лесов развиваются
поверхностно-глеево-подзолистые почвы (глейсоли) с профилем А0 – А2g – Вg – С.
На тяжелых породах подзолистый процесс идет несколько по-другому,
редко образуется иллювиально-гумусовый горизонт, обычен маломощный гумусовый горизонт А1 или А1А2, и эти почвы относят к альбелювисолям, описанным
ниже, так как они типичны для смешанных лесов.
Типичная почвенная катена в Западно-Сибирской тайге: гелик камбисоль –
гелик гистосоль – гелик подзол – гелик глейсоль – фибрик фолик гистосоль –
гелик стагник флювисоль.
150
В условиях Восточной Сибири подзолы теряют свое доминирующее значение,
а их место занимают кислые бурые таежные почвы (подбуры), обычно относимые к камбисолям в системе WRB. Отличительная черта почв – наличие в пределах профиля или у его нижней границы многолетней мерзлоты, которая зимой
смыкается с сезонно-промерзающим слоем.
Восточно-Сибирская область охватывает обширные пространства Средней
и Восточной Сибири. Для нее характерны экстраконтинентальный холодный
климат с большим диапазоном атмосферного увлажнения, господство горного
рельефа и разнообразие состава почвообразующих пород (в основном продуктами
выветривания коренных пород). Леса представлены светлохвойной лиственничной тайгой. В пределах области господствуют горно-зональные макроструктуры
почвенного покрова с преобладанием криосолей и гелик камбисолей (подбуров).
Для последних характерен грубогумусный верхний горизонт, отсутствие осветленного горизонта, слабая дифференциация профиля. Они образуются в условиях
замедленного биологического круговорота с малой величиной опада, который
концентрируется в подстилке и оторфовывается. Гумус высокоподвижен, поэтому
обнаруживается во всем профиле (до 3% на глубине 1 м). В процессе вымывания
гумусовые вещества осаждаются в виде гумусово-оксидножелезистых соединений,
образуют тонкие пленки на минеральных частицах, что придает бурый цвет всему
профилю. Они кислые по всему профилю (рН 4–5), имеют малую емкость поглощения из-за преимущественно рыхлых песчано-дресвяных почвообразующих пород.
Гелик камбисоли (подбуры) широко распространены и в Северной Америке.
Типичная максимально разнообразная катена в западно-канадской тайге (с юга
на север до тундры включительно): альбелювисоль – гелик подзол – гелистагник
камбисоль – гелик глейсоль – гелик гистосоль – криосоль – гелик регосоль –
лептик криосоль.
Широко распространены в тайге пеплово-вулканические почвы (андосоли).
Особенно много их на Камчатке, Курильских и Алеутских островах, на Аляске.
Андосоли слоисты и содержат погребенные почвенные профили (результат
периодических пеплопадов).
Сельскохозяйственное использование почв таежной зоны связано с большими трудностями и значительными затратами на известкование, органические
и минеральные удобрения, регулирование водного режима (мелиорацию), создание мощного пахотного слоя.
Доля пашни не превышает 4%, но в южных районах зоны и в Якутии
земледелие есть. Эта зона неблагоприятна в геохимическом аспекте – почвы зоны
теряют в результате вымывания многие элементы, необходимые для нормального
развития животных, в первую очередь йод, медь, кальций и другие. Главной
причиной слабой земледельческой освоенности является суровость климатических условий, прежде всего недостаток тепла для выращивания большинства
сельскохозяйственных культур. Основное направление хозяйственного использования бореального пояса – лесное хозяйство.
151
11.3. Почвы зоны смешанных и широколиственных
лесов умеренных широт
К югу от таежных лесов располагаются смешанные хвойно-лиственные
леса, постепенно переходящие в широколиственные. Они широко распространены
в Европе и Северной Америке, но в Азии не образуют сплошной зоны. В западной литературе их обычно рассматривают вместе, иногда даже с влажными субтропиками, в русскоязычной литературе – отдельно, причем смешанные леса
иногда трактуют как подзону южной тайги. Представляется, что почвенный покров
смешанных лесов имеет больше сходства с широколиственными лесами, чем
с тайгой. Четких критериев провести невозможно, многие почвенные типы
встречаются по всему земному шару. Например, подзолы бывают и в тропиках.
Смешанные леса в Европе состоят из сосны, ели, березы, осины, в Предуралье появляется пихта, в Западной Сибири – береза и осина. Хорошо развит
травяной покров. Биомасса – 200–300 т/га, опад больше, чем в тайге, но интенсивнее минерализуется, поэтому лесная подстилка меньше.
Климат более теплый по сравнению с тайгой – 500–800 мм осадков в год.
Континентальность на восток возрастает, но везде количество осадков превышает испарение.
Почвообразующими породами служат в основном валунные суглинки и
супеси ледникового генезиса. На протяжении нескольких тысяч лет морена
выщелочилась, обилие валунов затрудняет земледелие. Распространены также
тяжелые озерно-ледниковые отложения и водно-ледниковые супеси, есть лёссовидные суглинки (южнее границы последнего оледенения) и древнеаллювиальные отложения.
Наиболее характерны дерново-подзолистые почвы (альбелювисоли),
которые особенно типичны на покровных суглинках, имея строение профиля
А0 – А1 – А2 – В – С (рис. 12.5). Они развиваются при хорошо выраженном промывном водном режиме. С увеличением содержания хвойного компонента возрастает масса мертвого органического вещества на поверхности почвы. В Беларуси в ельниках – около 50 т/га, в хвойно-широколиственных – 20 т/га. Обилие
фульвокислот способствует кислой реакции, которая становится значительно
менее кислой ниже по профилю. Важную роль играет процесс перемещения
дисперсных частиц с фильтрующимися водами – лессиваж. Кислые воды удаляют
из почвы основной коагулятор – кальций, что делает возможным освобождение
и перемещение вниз илистых частиц.
Традиционное название «дерново-подзолистые» неточно отражает сущность
этих почв – они являются кислыми лессивированными почвами с дифференцированным профилем (альбелювисоли). В этих почвах происходит связывание
многих элементов в горизонте А0 и энергичный вынос наиболее активных компонентов в горизонт В.
152
В образовании профиля почв смешанных лесов принимает участие и процесс
сезонного оглеения, с которым связано образование значительного количества
железо-марганцевых конкреций в горизонте В. В понижениях рельефа или при
слабом дренаже формируются глейсоли, стагник альбелювисоли, а в самых
переувлажненных местах – гистосоли (рис. 11.6).
Гидроморфные почвы зоны смешанных лесов достаточно разнообразны.
При избыточном увлажнении водораздельных пространств и недостатке элементов
питания развиваются мхи, а не травы, – образуются верховые низкозольные (1–5%)
сфагновые болота за счет избыточного атмосферного увлажнения с торфяноболотными почвами верхового типа (гистосоли ферриковые). Большая часть химических элементов поступает с водой в нижние части склонов, где формируются
низинные болота, отличающиеся высокой зольностью, исчисляемой десятками
процентов. В профиле торфяно-болотных низинных почв (гистосоли хемиковые)
под торфяным горизонтом часто залегает гумусовый А1 и ниже – глеевый голубовато-серого цвета. Грунтовые воды обогащены в результате почвообразования
железом и марганцем, поэтому формируются железистые и марганцевые новообразования. Иногда их так много, что их можно добывать как руду. Встречается
иногда и слой скоплений фосфатов железа (вивианита, босфорита и т. п.).
При близком стоянии грунтовых вод может возникнуть временное заболачивание почвы, образуются торфяно-подзолисто-глеевые и тому подобные почвы
сложного генезиса.
Дерново-карбонатные почвы (рендзик лептосоли) образуются в автоморфных условиях на карбонатных породах. Особенно их много в Прибалтике. Они
имеют профиль: А1 (15 см) – В (15–18 см) – С(D).
Более сложное взаимодействие автоморфного и гидроморфного почвообразования имеет место в поймах рек. Пойменные почвы занимают до 8% почв
зоны. Характерная особенность – ежегодные паводки или половодья, близость
грунтовых вод.
На прирусловой пойме обычно формируются слаборазвитые дерновые
почвы, иногда – оподзоленные. Летом здесь бывает даже дефицит влаги для растений. Четко выражена слоистость.
На центральной пойме поверхность обычно ровная, устойчивый водный
режим, много элементов питания – пышные пойменные луга. Для пойменных
почв (флювисолей) здесь характерна высокая мощность гумусового горизонта
(до 1 м), оглеение в нижней части профиля.
Притеррасная пойма понижена, заболочена, здесь отлагаются наиболее
тонкодисперсные частицы из полых вод. Часто формируются пойменные болота.
Особенно много иловатых болотных почв (гистосоли флювиковые). Здесь концентрируется много элементов из сопряженных частей ландшафта.
В целом зона смешанных лесов обладает довольно пестрым почвенным
покровом. В более теплых частях зоны часты лювисоли, камбисоли и другие типичные для широколиственных лесов почвы. На рыхлых породах часто развиваются
153
больше характерные для тайги иллювиально-железистые подзолы и кислые песчаные почвы без иллювиального горизонта, особенно в Полесьях. Полоса песчаных подзолов тянется вдоль побережья Балтийского моря, на заболоченных участках которых (геестах) много гистосолей.
В Северной Америке в зоне смешанных лесов в приатлантической части
развиты альбелювисоли бурых тонов окраски, в более континентальных районах –
серо-бурые с осветленным горизонтом А2.
Наиболее благоприятны для земледелия суглинистые почвы зоны, но кислая
реакция, местами заболачивание затрудняют их использование. Хозяйственное
использование затрудняет сильная завалуненность, часто большая пестрота почвенного покрова. Степень земледельческого освоения – 30–45%. Крайне важными приемами являются известкование, внесение органических и минеральных удобрений.
Широколиственные леса с богатым напочвенным покровом формируются
как в условиях мягкого океанического климата, так и во внутриконтинентальных
областях. Ландшафты этих лесов очень сильно изменены человеком, растительность
либо полностью уничтожена, либо заменена вторичной. Самый большой массив
широколиственных лесов в континентальных условиях простирается от границ
Беларуси до Байкала. На восток растет суровость и сухость климата, среднегодовые температуры изменяются от +7 °С на западе до -5 °С на востоке, длительность безморозного периода – с 250 до 180 дней, осадков – с 600 до 300 мм.
Доминирующая растительность – лиственные травянистые леса, на западе –
грабово-дубовые, между Днепром и Волгой – липово-дубовые с примесью ясеня,
в Западной Сибири – березово-осиновые, а еще восточнее много лиственницы.
Масса опада – 7–9 т/га, то есть значительно больше, чем в тайге. Опад богат
зольными элементами, особенно кальцием, которого поступает до 100 кг/га.
Почвообразующими породами обычно служат покровные лёссовидные
суглинки, часто карбонатные.
Доминирующими почвами здесь (рис. 11.7) считаются серые лесные, ныне
относимые к лювисолям (темно-серые – к файоземам, так как у них отсутствует
горизонт А2). Они имеют мощный (20–30 см) гумусовый горизонт А1 с комковатой структурой, под которым залегает менее мощный А2 (А1А2) серого цвета и
листовато-пластинчатой структуры, сменяемый мощным горизонтом вмывания В
коричнево-бурого цвета (до 1 м).
Ясная дифференцированность почвенного профиля обусловлена интенсивными процессами лессиважа. Содержание ила в горизонте В вдвое выше, чем
в слое А. Содержание гумуса – 3–7%, часть опада концентрируется в лесной
подстилке. Кальция в подстилке так много, что он часто не успевает вымываться,
образуя новообразования вавеллита (щавелевокислого кальция). В лювисолях
доминирует гумус, переходный от грубого к мюллевому. Реакция чаще слабокислая, в А1 близка к нейтральной. В них наблюдается обеднение верхних
горизонтов илистой фракцией по сравнению с породой, обогащение их SiО2 и
обеднение полутораоксидами, что обусловлено процессами оподзоливания и
особенно лессиважа.
154
Несмотря на кислую реакцию, насыщенность лювисолей основаниями
высока – до 70%, ЕКО в суглинистых почвах составляет около 14–16 в гумусовом
горизонте и возрастает в иллювиальном до 30–90 смоль/кг почвы.
Существуют серьезные провинциальные особенности. На Украине лювисоли имеют очень мощный горизонт А1 (до 50 см), в Предуралье мощность
меньше, но содержание гумуса больше.
В Северной Америке (преимущественно в Канаде) распространение лювисолей также не выходит за пределы внутренних районов, причем они не образуют
больших ареалов.
Долгое время происхождение серых лесных почв (лювисолей) объяснялось то деградацией черноземов при наступлении леса на степь, то проградацией
лесных почв (по Вильямсу) при наступлении степи на лес. В настоящее время их
рассматривают как зональные почвы лиственных лесов умеренного увлажнения.
При сельскохозяйственном использовании лювисолей необходимы внесение органических и минеральных удобрений, известкование, посев многолетних
трав. В результате длительного использования они часто истощены и эродированы, нуждаются в химической мелиорации. Здесь выращивают зерновые, кормовые, садово-огородные культуры, лен, сахарную свеклу.
В зоне распространения лювисолей развита эрозия, поэтому необходимо
осуществлять противоэрозионные мероприятия: почвозащитные севообороты,
полосное размещение посевов, обработку поперек склонов, бороздование, лункование, создание лесных полос. Большое значение имеют мероприятия по сохранению и накоплению влаги (снегозадержание, способы обработки почвы).
В условиях влажного и мягкого океанического климата под лиственными лесами умеренных широт образуются камбисоли (бурые лесные почвы
или буроземы). Таких почв нет на равнинах центральных частей Евразии, но
много в Западной Европе, а также в Приатлантической части Северной Америки,
где они занимают промежуточное положение между альбелювисолями и акрисолями на юге.
При значительном количестве осадков (600–700 мм) профиль камбисолей
промывается слабо, так как большая часть осадков выпадает летом и промывной
режим непродолжителен. Мягкий климат способствует активизации процессов
преобразования органического вещества. Значительную часть опада энергично
перерабатывают многочисленные беспозвоночные, образуя муллевый гумусовый горизонт. Образуется довольно много бурых гуминовых кислот при подчиненном положении количественно преобладающих фульвокислот, дающих комплексы с железом. Эти соединения осаждаются в виде слабополимеризованных
пленок на тонкодисперсных частицах.
Для развития камбисолей широколиственных лесов характерны такие экологические условия, как:
– богатый напочвенный травяной покров с мощным азотно-кальциевым
круговоротом веществ;
155
– промывной водный режим;
– внутрипочвенный дренаж;
– короткое промерзание почв, обеспечивающее интенсивное выветривание;
– относительно небольшой возраст почвообразования в связи со склонностью эволюционизировать в другие типы.
В этих почвах доминируют два почвообразовательных процесса: оглинивание всей почвенной толщи без перемещения продуктов выветривания вниз
по профилю и гумусообразование с образованием темного, но с бурыми тонами
вследствие преобладания бурых гуминовых и фульвокислот гумусового горизонта, прокрашенного оксидами железа. Камбисоли – всегда почвы дренированных склонов либо расчлененной холмистой территории, на низменностях их нет.
Очень распространенным частным почвообразовательным процессом является
лессиваж, то есть медленное вмывание илистых частиц в виде взвесей в горизонт В.
Профиль камбисолей характеризуется слабой дифференцированностью,
среднемощным (20–25 см) гумусовым (гумуса 4–6%, ближе к подстилке – до 12%)
горизонтом. Серо-бурый гумусовый горизонт сменяется горизонтом Вm (50–60 см)
с комковато-ореховатой структурой. Диагностическим признаком таких почв является наличие оглиненного горизонта В при отсутствии элювиальных горизонтов.
Степень побурения зависит от содержания свободных гидрооксидов железа.
Глинообразование в профиле камбисолей (буроземов) может быть как
результатом трансформации первичных минералов, так и синтеза глин из ионных
компонентов. Особенно распространены трансформации слюд в иллит, а бурый
цвет преимущественно определяет отложение гетита.
Почвообразующей породой часто является лёссовидный палевый суглинок,
иногда с карбонатными новообразованиями, но развиваются они и на рыхлых, и
даже на щебнистых породах. Водная вытяжка имеет близкую к нейтральной
реакцию среды. Большое количество илистых частиц обуславливает значительную
емкость поглощения с преобладанием кальция.
Камбисоли имеют массу переходных форм с другими типами. Высокая
влагоемкость при хорошей водопроницаемости, хорошие тепловые свойства,
значительная поглотительная способность с преобладанием кальция, устойчивая
комковатая структура определяют высокий уровень естественного плодородия.
Данные почвы очень плодородны при достаточном количестве удобрений
и оптимальной агротехнике. Самые высокие в Европе урожаи зерновых получают
именно на камбисолях, часть их занята виноградниками и садами. Благодаря
высокой водопроницаемости они устойчивы к водной эрозии.
Сопутствующими почвами в зоне камбисолей могут быть умбрисоли, лептосоли (на склонах), лювисоли, флювисоли, глейсоли, гистосоли и даже подзолы
(на песках). Типичное чередование почв в Южной Германии: дистрик камбисоль –
лептосоль – хаплик лювисоль – литик камбисоль – флювисоль – стагник лювисоль.
Умбрисоли – хорошо дренированные суглинистые, достаточно мощные,
но не вполне зрелые почвы, единственной характерной чертой которых является
156
присутствие хорошо развитого темного кислого верхнего горизонта с высоким
содержанием органического вещества, определяющего их свойства и возможности
их использования (рис. 11.9). В естественных условиях они формируются благодаря
малой биологической активности и заторможенности биологического круговорота в связи с кислотностью, переувлажнением, реже низкими температурами.
Умбрисоли обычно встречаются в условиях прохладного и влажного климата практически без сухого сезона, часты в Великобритании. В мире умбрисоли
занимают около 100 млн га – в Андах, в штатах Вашингтон и Орегон (США),
в Драконовых горах, в Прибайкалье, в горах Китая и Бирмы, Суматры, в Новой
Зеландии. В зоне широколиственных лесов умбрисоли обычно лежат ниже камбисолей, но выше глейсолей. Основным ограничением для сельскохозяйственного
использования является преобладание склонов.
11.4. Почвы летне-влажных и зимне-влажных субтропиков
Влажные лесные (летне-влажные) области занимают лишь 25% поверхности
субтропического пояса, тогда как ксерофитно-лесные и кустарниково-степные
(зимне-влажные) – 34%, полупустынные и пустынные – 41%, т. е. в субтропическом поясе преобладают аридные районы. На горные районы приходится 29%
территории пояса. Широтная зональность в распределении почв слабо выражена,
хорошо проявляются фациальные особенности, прежде всего на восточных
окраинах континентов.
Сумма активных температур воздуха варьирует от 4000 до 8000 °С, вегетационный период – от 200 до 365 дней. Тепловые ресурсы позволяют выращивать два полных урожая в год. Особенно важное значение имеет степень атмосферного увлажнения территории, по величине которой можно выделить летневлажные, зимне-влажные (средиземноморский тип) и аридные субтропики.
Летне-влажные субтропики (влажные лесные области) располагаются на восточных окраинах материков с муссонным характером климата, где выпадает от 1000
до 3000 мм осадков в год, мягкая зима, умеренно жаркое лето. Наиболее значительны по площади Северо-Американская и Восточно-Азиатская области. В субтропическом поясе западных секторов континентов и в южном полушарии встречаются локально в особых орографических условиях и достаточно влажном климате.
Биомасса лесов, состоящих из дуба, бука, граба, клена, каштана, лиан,
дикого винограда, папоротников – более 400 т/га, опад – 21 т/га, до 0,7 т/га зольных
элементов.
В почвенном покрове влажно-лесных областей преобладают акрисоли
(красноземы), часты алисоли, лептосоли. Значительные площади по границам
с сухими субтропиками в Америке приходятся на файоземы. Гидроморфные
почвы влажно-лесных субтропических областей представляют глейик алисоли,
гистосоли, флювисоли.
157
Основной тип почв – акрисоль, который развивается на переотложенных
продуктах выветривания специфического кирпично-красного или оранжевого
цвета (рис. 11.10). Цвет толщи обусловлен присутствием прочно связанных гидрооксидов железа на поверхности глинистых частиц. Связь настолько прочная, что
не нарушается даже при длительном промывании кислыми водами. Гидрооксиды
железа на частицах снижают их обменную способность и соединяют в прочные
микроагрегаты.
Интенсивное выветривание ведет к распаду почти всех первичных минералов с образованием преимущественно каолинита и галлуазита. Доминируют
два почвообразовательных процесса: гумусово-аккумулятивный и элювиальный
(типа подзолистого).
Акрисоли характеризуются накоплением глин с низкой химической активностью, отчетливым увеличением содержания ила в профиле с глубиной; степень
насыщенности основаниями – ниже 50%, сильнокислая реакция средней части
профиля, слабая структурность всех горизонтов профиля; элювиальный горизонт имеет плотное сложение, но присутствует не во всех акрисолях (рис. 11.10).
Под слоем слаборазложившейся лесной подстилки лежит гумусовый (до 12%
гумуса) горизонт (10–15 см), серо-коричневый с красноватым оттенком и комковатой структурой. Далее находится горизонт В буровато-красного цвета, плотный, с потеками глины, мощностью 50–60 см. Горизонт С имеет красный цвет
с белесыми пятнами и железомарганцевыми конкрециями.
Акрисоли занимают пространства общей площадью около 1 млрд. га, их
особенно много в Центральной Америке, на юго-востоке США, в Южной и ЮгоВосточной Азии. Много акрисолей и в тропиках, поэтому у них очень широкий
диапазон соседства – алисоли, нитисоли, ферральсоли, ликсисоли, вертисоли,
планосоли, плинтосоли, регосоли, камбисоли и глейсоли.
В этих почвах низкое содержание кальция, магния, калия и натрия, выщелоченных из продуктов выветривания, и высокое содержание железа. Реакция
среды кислая по всему профилю, гумуса до 8%. Фульвокислоты преобладают
над гуминовыми. Вынос элементов вниз по профилю частично компенсируется
значительным опадом и поступлением зольных элементов при его разложении.
Физические свойства благоприятны ввиду высокой водопроницаемости и влагоемкости при хорошо выраженной водопрочной структуре.
При длительном земледельческом использовании акрисолей (без применения подсечно-огневой системы) необходимо внесение удобрений и известкование.
Кроме того, следует следить за сохранностью верхнего почвенного горизонта,
содержащего элементы питания и являющегося основным местом размещения
корней сельскохозяйственных культур. Его нарушение вызывает немедленное
снижение урожаев, поскольку кислый и обогащенный алюминием (токсичным
для растений) срединный горизонт в этом случае оказывается расположенным
слишком близко к поверхности. Многолетние культуры – масличная пальма,
каучуковое дерево, кешью, манго, цитрусовые – достаточно адаптированы
к свойствам акрисолей. Не без успеха на них выращивают ананасы и чай.
158
Алисоли (желтоземы) отличаются от акрисолей отсутствием горизонта
аржик, у них больше ЕКО, но они не насыщены основаниями (рис. 11.11). Интенсивные процессы выветривания приводят к разрушению слоистых силикатов
с решеткой 2:1 с высвобождением большого количества алюминия, что определяет кислую среду.
При полевом описании алисоли выглядят как хорошо дренированные почвы
с бурым слабооструктуренным и плотным верхним горизонтом. Ниже может
быть горизонт альбик, но языковатость отсутствует. В окраске красноватый и
желтоватый оттенок, среднее или высокое содержание ила, отличаются более
тяжелым гранулометрическим составом, чем схожие с ними ликсисоли и акрисоли, нет трещин при высыхании, хуже структура. Алисоли распространены
в Латинской Америке, на юго-западе США, в Индонезии, в Китае, в Японии.
Ограничения в сельскохозяйственном использовании алисолей связаны
с присутствием токсичного алюминия в верхней части профиля и структурной
неустойчивостью верхних горизонтов, их эродируемостью. На алисолях выращивают культуры с мелкой корневой системой, а также с высоким порогом устойчивости к алюминию: чай, масличную пальму, реже кофе и сахарный тростник.
При постоянном использовании под продовольственные культуры алисоли отличаются особенно низким плодородием, поскольку они медленно восстанавливаются при истощении запасов элементов питания. Тем не менее, внесение больших
доз удобрений и известкование способно превратить алисоли в достаточно плодородные почвы, приближающиеся по ряду свойств к лювисолям.
Зимне-влажные субтропики (субтропические засушливые ксерофитнолесные и кустарниково-степные области) распространены на всех материках
шестью контурами на западных побережьях между 30 и 40 параллелями (Средиземноморье, Мексика, Калифорния, Чили, Южная Африка, Юго-Восточная
Австралия). Это самая малая из природных зон, занимает около 270 млн. га. Почти
повсеместно сложный рельеф: чередуются горные хребты, плоскогорья, плато и
межгорные впадины. Почвы сформированы преимущественно на сиаллитнокарбонатных красноцветных плейстоценовых породах небольшой мощности,
часты известняки. Породы обычно сильно закарстованы, трещиноваты, что способствует хорошему дренированию и усугубляет засушливость. Грунтовые воды
лежат далеко и не оказывают влияния на процессы почвообразования.
Горизонтальные почвенные зоны большей частью не выражены, а господствует горная зональность.
Для почв характерен непромывной водный режим в условиях переменновлажного средиземноморского типа климата, для которого характерны сухое
жаркое лето и влажная теплая зима с очень непродолжительным снеговым
покровом или совсем без него. При значительном количестве осадков (400–800 мм)
четко выделяется влажный зимний сезон с температурой от +10 до -3 °С и сухой
летний. Вегетационный период длится 6–10 месяцев.
159
Почвы обычно непромерзающие, формируются под сухими лесами из дуба,
лавра, приморской сосны, древовидного можжевельника, а также под шибляком,
маквисом, то есть высокозольной растительностью.
В течение зимнего влажного и относительно теплого периода идет интенсивное выветривание первичных и образование вторичных глинистых минералов гидрослюдисто-монтмориллонитового состава. Подвижные продукты выветривания во влажный зимний период вымываются из верхних горизонтов. Протекают процессы гумификации и в значительной мере минерализации растительных
остатков в условиях нейтральной или слабощелочной среды, богатой основаниями.
В течение жаркого и без дождей лета процессы выветривания значительно
замедляются, особенно в верхнем, наиболее сухом, горизонте. На некоторой
глубине, где почва менее иссушена, эти процессы продолжаются и в течение
лета, поэтому наиболее оглиненным оказывается не самый верхний горизонт почв,
а горизонт на глубине 30–80 см. Иссушение поверхности почв обуславливает
подтягивание пленочной влаги и растворенных веществ из более глубоких слоев,
формируются новообразования карбонатов кальция в форме тончайшей белой
плесени или псевдомицелия.
В течение сухого и жаркого лета процессы минерализации сухих веществ
замедляются, что способствует полимеризации и сохранению в почвах гумусовых веществ, поэтому содержание гумуса в камбисолях составляет обычно 4–7%,
реже до 10%, а в кальцисолях – 2,5–4% со значительным преобладанием группы
гуминовых кислот (Сг / Сф = 1,5–2,0). Освобождающиеся при выветривании
окислы железа в сухой период дегидратируются. Это придает почве красноватокоричневый оттенок, особенно яркий в горизонте максимального оглинивания.
В почвенном покрове преобладают хромик камбисоли, хромик лювисоли
и (в известняковых областях) лептосоли и кальцисоли. Хромик камбисоли
сформировались преимущественно на терра-росса (красная земля), частично
на терра-фуска (рис. 11.12). Особенно много их в Италии.
В начале плейстоцена происходила энергичная эрозия красноцветных
продуктов выветривания, тонкоотмученные скопления которых осаждались
на поверхности известняков, и образовались терра-росса. Аналогично возникли
более поздние скопления бурых глин, именуемые терра-фуска.
Гумусовый горизонт хромик камбисолей имеет коричневый цвет, комковатую структуру, мощность 20–30 см. Глубже расположен уплотненный горизонт, часто карбонатный В. Еще ниже залегает С, часто скальная порода. Типичный профиль почв имеет вид: А1 – Вm – Вса – С. Характерно медленное убывание
гумуса вниз по профилю, слабокислая и нейтральная (в нижних горизонтах часто
щелочная) реакция среды, высокая емкость катионного обмена (25–40 смоль/кг)
с преобладанием кальция и магния. Отсутствует дифференциация профиля
по химическому составу. Они отличаются высокой биологической активностью,
особенно весной и осенью. Водно-физические свойства сравнительно благоприятны:
160
устойчивые агрегаты, высокая пористость и влагоемкость. Имеют повышенные
запасы азота и фосфора, однако подвижных форм фосфора в них недостаточно.
В целом хромик камбисоли довольно плодородны, широко используются
для земледелия (пшеница, кукуруза), разведения виноградников, цитрусовых и
иных садов, оливковых плантаций. Уничтожение естественной растительности
спровоцировало сильную эрозию почв – многие житницы времен Римской империи (Сирия, Алжир) стали опустыненными степями. В Испании, Португалии,
Греции до 90% почв имеют много камней, поражены эрозией. Многие районы
нуждаются в орошении.
Хромик лювисоли по сравнению с хромик камбисолями – более старые,
часто реликтовые почвы, в более влажных условиях, характерен лессиваж с накоплением глины в Вt. У них хорошая водопроницаемость, структурность, влагоемкость, много питательных элементов, рН = 5–6, высокая биологическая активность,
поэтому они плодородны, но эрозионно опасны. Они часты в Испании, Турции.
Под кустарниковыми субтропическими степями чаще встречаются кальцисоли (серо-коричневые), используемые в условиях равнинного рельефа в земледелии и садоводстве. В областях, где зимний период безморозный, на них выращивают часто два урожая в год: зимой (без полива) – зерновые культуры
(например, пшеницу), а летом (с поливом) – более теплолюбивые культуры (рис,
хлопчатник, табак, бахчевые).
В известняковых областях много лептосолей, имеющих профиль А1 – Ск,
худшие физические и химические свойства и пониженное плодородие.
Обычные сочетания почв в Западной Турции: лептосоль – хромик камбисоль – хромик лювисоль – хромик камбисоль – ареник регосоль (побережье).
На карстовых породах Хорватии часты ряды: хромик лювисоль – лептосоль –
хромик камбисоль (долина) – рендзик лептосоль – эродированный хромик
камбисоль.
161
ЛЕКЦИЯ 12. ПОЧВЫ СТЕПНЫХ
И ПУСТЫННЫХ ЛАНДШАФТОВ
12.1. Почвы степей умеренного пояса
Ландшафты с преобладанием травянистой растительности достаточно широко распространены по всему земному шару. Можно выделить две их большие
группы: тропические (саванны) и умеренные (степи).
Степные ландшафты сменяют лесные по мере снижения уровня увлажненности территории, обычно при уменьшении коэффициента увлажнения до 1, что
считается типичным для зоны лесостепи, и менее. Часть почв зоны развивается
в условиях достаточного увлажнения в лесостепи, пампе, прериях, где формируется
ряд плодородных высокогумусных почв (бруниземы, рубриземы, часть черноземов,
темно-серые лесные и т. д.), объединяемых последнее время термином «файоземы».
Название происходит от греческого слова фаиос – темный и русского зем – земля,
что отражает темный цвет почвы и ее богатство органическим веществом.
Они образуются в умеренном и субтропическом климате при 600–1000 мм
осадков, средних температурах января от -8 до +4 °С, июля – 20–26 °С. Более 75%
осадков выпадает летом в виде ливней. Имеет место периодически промывной
водный режим, поддерживающий относительно высокий уровень грунтовых вод
на водоразделах. Файоземы формируются при равнинном или слегка всхолмленном рельефе на лёссах и карбонатных моренных суглинках и глинах. Естественная растительность – многолетние высокие (до 1,5 м) злаки с глубокой корневой
системой, имеющей массу до 18 т/га при надземной фитомассе 5–6 т/га.
Файоземы получают больший объем растительных остатков по сравнению
с другими степными почвами, в них активнее протекают процессы выветривания
и выщелачивания, они имеют меньшую степень насыщенности основаниями,
менее мощный и менее темный гумусовый горизонт. Файоземы могут не содержать
в профиле вторичных карбонатов, хотя выщелачивание происходит не настолько
энергично, чтобы заметно обеднить почву основаниями и элементами питания.
Фитоценозы на файоземах, от высокотравной прерии до лесостепи, образуют
очень большую фитомассу; в них активна почвенная фауна. Дождевые черви,
энхитреиды и роющие млекопитающие гомогенизируют почву. Файоземы обычно
имеют мощный темно-серый, серый или темно-бурый аккумулятивный гумусовый
горизонт, ниже следует мощный однородный иллювиальный горизонт (рис. 12.1).
Верхним горизонтам свойственна хорошая аэрация, устойчивая структура, они
содержат до 10% гумуса, много элементов питания и являются великолепными
почвами для земледелия, хотя в сухой сезон отмечается небольшой дефицит влаги.
Общая площадь файоземов в мире около 190 млн. га. Самый крупный ареал –
Центральные Равнины США и восточная окраина Великих Равнин (около 70 млн. га) –
расположен в умеренном поясе. Второй крупный ареал (почти 50 млн. га) находится во влажной части аргентинских памп и Уругвае, в субтропическом поясе.
162
Третий ареал (18 млн. га) занимает влажную полосу по периферии семиаридных
территорий на северо-востоке Китая, кроме того, большие площади заняты
файоземами в Центральной России.
Файоземы соседствуют с черноземами в умеренном поясе и каштаноземами
в субтропиках, с другой стороны – с альбелювисолями, лювисолями, в Южной Америке они встречаются в комбинациях с планосолями, солончаками и каштаноземами.
На файоземах получают высокие урожаи кукурузы, сои («Кукурузный
пояс» США), пшеницы, овощей и других культур. К лимитирующим факторам
относятся периодические засухи, ветровая и водная эрозия. При длительной
эксплуатации теряют гумус, структуру, порозность.
Почвообразовательный процесс характеризуется гумусонакоплением, выносом легкорастворимых соединений и ила; привносом элементов с капиллярной
каймой почвенно-грунтовых вод.
Зональными почвами луговых степей считаются черноземы, занимающие
230 млн. га в Евразии и на Великих равнинах. Черноземы – молодые почвы,
образовались в послеледниковый период, 10–12 тыс. лет назад, причем возраст
гумуса верхних горизонтов составляет не менее 1 тыс. лет, а возраст глубоких
горизонтов – не менее 7–8 тыс. лет. Черноземы – почвы с мощным черным и
высоогумусным верхним горизонтом – были определены Докучаевым в 1883 г.
как «зональные» почвы высокотравных степей континентального климата в России (рис. 12.2–12.3).
На территории Евразии черноземы почвы распространены в виде широкого
пояса от Дуная до Алтая и далее на восток отдельными массивами до Хингана.
Такая широтная и особенно меридиональная протяженность определила неоднородность природных условий, которые обусловили выделение трех главных
фаций почв: западная – субконтинентальная; центральная – континентальная;
восточная – крайне континентальная. Они отличаются по степени выраженности
главных процессов, строению профиля, на что оказало влияние изменение гидротермического коэффициента при движении с запада на восток.
По мере передвижения с запада на восток увеличивается сухость климата
и его континентальность, так как зимние температуры понижаются, а летние
остаются на одном уровне. Продолжительность периода с температурой выше
10 °С – от 180 на западе до 100 на востоке, сумма активных температур в лесостепи от запада к востоку изменяется с 3600 до 1700 °С. Осадков выпадает
от 600 мм в Предкавказье до 350 мм в Северном Казахстане.
Рельеф преимущественно равнинный, равнинно-увалистый. Преобладающими почвообразующими породами являются лёссы, лёссовидные и карбонатные
суглинки. Гранулометрический состав преимущественно суглинистый, встречаются засоленные породы.
По характеру растительности важнейшим признаком зоны является отсутствие леса и преобладание в составе растительного покрова многолетних,
преимущественно плотнодерновинных злаков (ковыли, типчак, житняк и др.).
163
В настоящее время природная растительность сохранилась на небольших участках,
так как основные массивы черноземных почв давно распаханы. Естественная
травянистая растительность продуцирует от 4 до 6 т/га в год массы корней
(на сухое вещество), концентрирующихся в верхних 60 см почвы, при том что
80% всех корней приходится на верхние 10 см. Большой объем поступающих
в верхнюю полуметровую толщу остатков корней, а также весьма энергичная
деятельность многочисленных представителей почвенной фауны, особенно дождевых червей и землероев (суслики, сурки, полевки), объясняют образование мощного (до 2 м) темно-серого верхнего горизонта с высоким содержанием гумуса и
элементов питания. Степень перерытости почв оценивается по наличию кротовин – характерного элемента черноземов.
Вторичные карбонаты в виде мягких белесых сегрегаций или пятен являются
диагностическим признаком, позволяющим отделить черноземы от файоземов.
Высокое содержание органического вещества в черноземах (4–16%) объясняет их высокую пористость и влагоемкость. Агрегаты гумусового горизонта отличаются значительной водопрочностью, что обеспечивает возможность орошения.
При весеннем промачивании происходит вынос элементов питания из верхнего
горизонта и аккумуляция карбонатов в середине профиля. Они представляют
собой мягкий беловатый порошкообразный материал, полосы, напоминающие
грибной мицелий, или мелкие стяжения. Черноземы имеют нейтральную реакцию,
насыщены основаниями, среди которых резко преобладает кальций.
Черноземы встречаются в сочетаниях с грейиковыми файоземами и альбелювисолями, причем в основном в северной части зоны. При увеличении увлажнения и количества тепла черноземы сливаются с полосой файоземов, тогда как
в направлении сухих степей их замещают каштаноземы.
Относительно происхождения черноземов были высказаны разные гипотезы,
от растительно-наземного генезиса до морского и болотного происхождения.
По современным представлениям, в образовании черноземов ведущим процессом является гумусово-аккумулятивный в сочетании с миграцией гидрокарбоната
кальция в профиле. Протекание этих процессов обусловливает формирование
мощного гумусового горизонта, накопление в нем элементов питания и оструктуривание, так как в почву попадает растительная биомасса, богатая азотом (1–1,5%),
зольными элементами (7–8%), причем в опад поступает 40–60% общей биомассы (10–20 т/га), из опада 40–60% приходится на корни.
Гумус лучше всего образуется при разложении богатого опада при нейтральной или щелочной реакции, в аэробных условиях, при сочетании с благоприятным температурным и водным режимом. Такие условия в черноземной
зоне создаются весной и ранним летом. Гумификация идет в условиях избытка
Са(НСО3)2, что способствует накоплению гуматов кальция, а в составе гумуса
преобладают гуминовые кислоты. В нем почти полностью отсутствуют свободные фульвокислоты, которые к тому же более сложны по составу по сравнению
с подзолистыми почвами. В период летнего иссушения гумификация ослабевает,
164
при этом снижаются темпы минерализации гуминовых кислот и усиливаются
процессы усложнения их молекулы. Разложение почвенных минералов из-за отсутствия свободных гуминовых кислот затруднено. Значительную долю в составе
гумуса имеют органоминеральные соединения, что способствует образованию
агрономически ценной структуры.
В результате для черноземов характерно наличие мощного гумусового горизонта с высоким содержанием гумуса, постепенно убывающего с глубиной, и
карбонатно-аккумулятивного горизонта под ним, хотя встречаются и бескарбонатные черноземы.
Условия черноземообразования зависят от фациальных особенностей.
Черноземы субконтинентальной или западной фации развиваются в условиях
короткой, теплой и влажной зимы, теплого лета и сухой осени. В результате
образуется мощный гумусовый горизонт (70–200 см), в нем содержится от 0,5%
в верхней части до 4–6% карбонатов: на глубине – в виде налетов, в виде паутинок – в верхних горизонтах, мицеллярной формы – в нижних. Черноземы континентальной фации более гумусны, но имеют укороченный гумусовый горизонт,
частым является наличие легкорастворимых солей и солонцеватости. Черноземы
резко континентальной фации (Восточная Сибирь и Центральная Азия) маломощные и малогумусные, засоление небольшое. Характерны надмерзлотное оглеение и
мучнистая форма карбонатов. По запасам гумуса они в 2,0–2,5 раза беднее черноземов континентальной фации (200–300 т/га). Например, мощность гумусового
слоя в черноземе из-под Курска (рис. 12.2) вдвое выше, чем в черноземе из
Китая (рис. 12.3).
Несмотря на разнообразие черноземов, для них характерны и общие свойства:
1) нет существенных изменений гранулометрического состава по профилю.
В минералогическом составе преобладают первичные минералы, среди вторичных – монтмориллонит;
2) однородность валового химического состава по профилю, иллювиальный характер распределения карбонатов;
3) аккумуляция гумуса, азота, фосфора, серы, микроэлементов в гумусовом слое и их постоянная убыль с глубиной. В составе гумуса преобладают
гуминовые кислоты (Сгк / Сфк > 1,5), связанные с кальцием;
4) черноземы имеют благоприятные физико-химические свойства, так как
характеризуются высокой емкостью поглощения (60–70 смоль(+)/кг), насыщенностью основаниями до 96% и выше, в составе которых на долю кальция приходится до 85%, на долю магния – до 15–25%. Доля натрия может составлять
3–15% ЕКО;
5) от других почв черноземы отличаются благоприятными физическими и
физико-механическими свойствами благодаря высокой гумусированности и
оструктуренности. В результате они имеют рыхлое сложение, высокую влагоемкость и теплоемкость, хорошую водопроницаемость;
165
6) зона распространения черноземов – зона недостаточного увлажнения,
поэтому все агротехнические мероприятия должны быть направлены на накопление и сохранение запасов влаги;
7) черноземы отличаются от других почв высокой биологической активностью.
Пестрота почвенного покрова невелика, но в понижениях могут развиваться и другие почвы – солончаки, солонцы, глейсоли. Так, встречаются пятна
лугово-черноземных почв (моллик глейсоль), образовавшихся в понижениях
рельефа в условиях повышенного увлажнения. Их профиль близок к профилю
черноземов (A1–(АВ)–B1–С). Эти почвы высокоплодородные, в них содержится
8–10% гумуса или 600–700 т/га запасов гумуса в слое 1 м. В составе гумуса преобладают гуминовые кислоты первой группы, они обогащены азотом, что обусловливает их более высокое плодородие по сравнению с черноземными почвами
той же подзоны.
Основные типы почв, ассоциированных с черноземами, отражает катена
от Урала на юг: лювик файозем (лесостепь) – моллик глейсоль (в понижении) –
хаплик чернозем – моллик глейик солонец – лювик каштанозем – хаплик каштанозем – хаплик солонец – хаплик солончак.
Черноземы земного шара – наиболее освоенные почвы. Эти почвы плодородны, на них базируется устойчивость земледелия. На этих почвах выращивают
ценные зерновые культуры, в том числе твердые пшеницы, кукурузу, сахарную
свеклу, подсолнечник, разбивают сады и виноградники.
Русские ученые считают мощные типичные черноземы одними из лучших
почв мира. Благоприятные физические и химические свойства – прежде всего,
высокая пористость и большой запас доступной влаги, богатство органическим
веществом и элементами питания, нейтральные значения рН – обеспечивают
высокое плодородие. Сохранение структуры служит гарантией предотвращения
эрозии и дефляции. Для получения высоких урожаев рекомендуется внесение
удобрений, особенно фосфорных.
К сожалению, реализации потенциального плодородия этих почв препятствуют неустойчивый водный режим, частые засухи, эрозия. Поэтому главными
мероприятиями являются методы регулирования водного режима созданием
полезащитных полос, организацией территории, системой агротехнических
приемов по накоплению и сохранению влаги, проведением снегозадержания и
др. Для защиты от водной и ветровой эрозии необходимы почвозащитные севообороты, безотвальная и минимальная обработка почвы, кулисные посевы, террасирование склонов и др.
Черноземы богаты питательными элементами, но и на этих почвах необходимо вносить удобрения, прежде всего фосфорные и азотные.
По мере усиления сухости климата в степных ценозах черноземы сменяются каштаноземами. Эти зональные почвы сухих степей отличаются от черноземов меньшей мощностью, более светлой окраской гумусового горизонта и
более активной аккумуляцией карбонатов. Они формируются в наиболее теплых
166
и сухих частях зоны степей; характерны холодная зима с небольшим снежным
покровом и теплое засушливое лето. Температура июля 20–25 °С, января – от -5
до -25°С. Сумма активных температур > 10 °С – 2200–3500 °С, ежегодное количество осадков 200–400 мм, тип водного режима – непромывной (КУ 0,25–0,45).
Часты суховеи, осадки выпадают в основном в виде ливней. Запасы влаги в почве
создаются за счет снеготаяния или осенних дождей, так как летние осадки полностью испаряются.
Рельеф равнинный, нарушаемый депрессиями в виде впадин, лиманов,
западин. В них формируются солонцы, солоди, глейсоли, что обусловливает
комплексность почвенного покрова. Почвообразующими породами являются
обычно лёссовидные суглинки, преимущественно карбонатные.
Естественная растительность представлена злаковыми сообществами с коротким циклом вегетации, продуцирующими от 3 до 4 т/га массы корней (сухой
вес); неоднородная, низкорослая, изреженная покрывает поверхность на 50–70%.
В ее составе преобладают преимущественно злаки, образуя полынно-типчаковые
и полынно-типчаково-ковыльные степи.
Половина массы корней приходится на верхние 25 см, что приводит к образованию темно-бурого гумусового горизонта моллик с содержанием органического
вещества 2–4%, ниже которого залегает бурый горизонт камбик или аржик
со вторичными карбонатами, сменяющийся обогащенным карбонатами горизонтом
кальцик (рис. 12.4). В самых засушливых частях ареала встречается горизонт
гипсик, насыщенный гипсом.
Реакция среды в каштаноземах нейтральная до слабощелочной, что объясняется присутствием мягких порошкообразных карбонатных стяжений почти
по всему профилю. Присутствие карбонатов в профиле, причем на небольшой
глубине, служит главным критерием отделения каштаноземов от черноземов или
файоземов. Каштаноземы всегда насыщены основаниями. Пониженное содержание
гумуса в верхнем горизонте (особенно в легких почвах) определяет невысокую
микроагрегированность, что проявляется в небольшом объеме пор (40–55%),
некотором уплотнении и понижении водопроницаемости. К главным лимитирующим факторам использования каштаноземов относятся водная и ветровая
эрозия, недостаток влаги.
Площадь каштаноземов оценивается в 465 млн. га; они формируются под
низкотравной степью (Казахстан, Россия, Монголия), низкотравными прериями
Северной Америки (от юга Канады до Мексики), в пампе на севере Аргентины и
в Гран-Чако. Каштаноземы вместе с файоземами проникают и в субтропический
пояс. Светлые каштаноземы граничат с кальцисолями и гипсисолями, где также
образуют комбинации с солончаками и солонцами.
В формировании этих почв участвует гумусово-аккумулятивный процесс,
а также миграция и аккумуляция карбонатов. Каштаноземы часто бывают солонцеватыми. Среди каштановых почв в понижениях встречаются моллик глейсоли
(лугово-каштановые почвы), отличающиеся большей мощностью гумусовых
167
горизонтов (45–55 см), повышенной емкостью поглощения (30–40 смоль/кг) и
более высоким содержанием питательных элементов. Они могут эффективно
использоваться без полива, так как отличаются лучшей водообеспеченностью
за счет поверхностного весеннего стока.
Каштаноземы потенциально плодородны, особенно темные их подтипы,
распаханные наполовину, тогда как светлые подтипы, у границы с полупустынными почвами, требующие орошения, распаханы менее чем на 5%. Использование каштаноземов требует прежде всего улучшения водного режима за счет накопления влаги путем снегозадержания, полезащитных полос, кулисных посевов, способов обработки. На солонцеватых почвах необходимо гипсование, из
минеральных удобрений эффективнее физиологически кислые формы. Каштаноземы подвержены водной (тяжелые) и ветровой (легкие) эрозии, поэтому необходимо осуществление комплекса противоэрозионных мероприятий.
12.2. Почвы полупустынь и пустынь
По мере усиления сухости климата степи суббореального и субтропического
поясов, саванны тропического пояса сменяются полупустынями (или опустыненными степями), обрамляющими области пустынь. Между почвами аридных зон
на Земле имеется гораздо больше черт сходства, чем различий, обусловленных
положенияем в разных природных зонах, поэтому целесообразно их рассматривать в комплексе, в рамках одной темы.
Аридные ландшафты достаточно разнообразны, и основные различия
являются следствием увлажненности территории. Самые аридные пустыни привязаны к областям высокого давления вдоль тропиков, воздушные массы постоянно
поднимаются вверх, создавая жаркую сухую погоду, коэффициент увлажнения
менее 0,2. Различают туманную пустыню – до 40 мм осадков, бесплодную пустыню – до 1 влажного месяца и до 125 мм осадков, полупустыню, включая зимневлажную кустарниковую степь – до 2 влажных месяцев и до 250 мм осадков.
Пустыни разных поясов отличаются не столько летними температурами (в тропических пустынях они выше, чем в суббореальных, на 8–10 °С), сколько зимними
(от +20–25 °С в тропиках до -10 °С и ниже в суббореальных пустынях).
Пустыни – особые типы ландшафтов, сложившиеся в областях с постоянно
сухим и жарким климатом, занимающие на Земле огромные площади. Самым
пустынным континентом можно назвать Австралию. Почвы содержат много
карбонатов, в их нижних горизонтах обильны скопления гипса, а часто и легкорастворимых солей. Солевые аккумуляции в почвообразующих породах и субаэральных почвах аридных областей могут быть связаны с накоплением солей
в предшествующие геологические эпохи и (или) с поступлением на поверхность
почв солей с осадками и пылевыми массами. Малое количество осадков (в 10–15
раз меньше, чем возможная испаряемость) – основная причина сохранения солей
168
в сфере современного почвообразования. Оно облегчается широким распространением солончаков в геохимически подчиненных супераквальных ландшафтах
бессточных котловин, аллювиальных и низменных приморских равнин, в которых максимальное накопление солей из грунтовых вод происходит на поверхности в виде солевых выцветов и корочек. Даже при полном отсутствии осадков
жизнь не прекращается, а следовательно, сохраняются и элементы почвообразования, такие как цветение скал при кратковременном туманном увлажнении и
образование пустынного загара.
Наибольшее биологическое разнообразие и наиболее оптимальная экологическая ситуация складывается в субтропических пустынях, где прослеживаются
мощные толщи эоловых лёссов и песчаных массивов без каких-либо негативных
экологических последствий для жизнедеятельности фитоценозов. В суббореальных пустынях господствуют различные третичные и более древние морские
глины, содержащие в значительных количествах легкорастворимые соли. Это
ведет к солончаковатости почв и господству галофитной растительности.
Фитоценозы пустынь слагают растения ксерофитного типа: саксаул, эфедра,
солянка, полынь и др. Важное место в фитоценозах занимают эфемеры и эфемероиды, которые обладают способностью весь свой жизненный путь от прорастания до обсеменения совершить в очень короткий срок – за полтора-два весенних
месяца. Это представители крестоцветных, лютиковых, злаков, маковых. Их семена
прорастут в новый дождливый сезон. В отличие от однолетних, многолетние
травы, или эфемероиды (осока, чомуч, дорема, мятлик живородящий, тюльпаны),
замирают на лето. Растительный покров крайне изрежен, объем ежегодного опада
минимален. Фитоценозы имеют уникальную приспособленность к недостатку
влаги, особенно за счет поминирования подземной массы растений, обычно
соотношение 1 (надземная масса) к 20. Фитомасса имеет огромную зольность и
обилие белков.
Природа пустынь, несмотря на многие общие черты, многообразна и привлекательна. Вспомним стихотворение «Анчар» А. С. Пушкина (1828 г.):
В пустыне чахлой и скупой,
На почве, зноем раскаленной,
Анчар, как грозный часовой,
Стоит один во всей вселенной.
Это стихотворение примечательно и тем, что именно из него вошло слово
«почва» в русский литературный и научный язык.
Из-за длительных периодов сухости в пустынях беспредельно господствует физическое выветривание, биохимически, химически и биологически
не затрагивающее природу первичной литогенности выходящих на поверхность
горных пород, а, наоборот, способствующее консервации, сохранению древних
поверхностей, природных и антропогенных образований. Это сухие русла бывших
рек, красноцветные коры выветривания влажного тропического почвообразования
в Австралии, наскальные рисунки человека в горах Ахаггар и Тибести в центре
169
Сахары, показывающие быт охотников в отнюдь не пустынных саваннах, постоянно действующие колодцы на местах кочевий с незапамятных времен, пустые
городища и т. д.
Пустыни – единственные природные зоны, где интразональные и азональные ландшафты преобладают над типично зональным ландшафтообразованием,
отражающим сущность биоклиматического круговорота веществ и энергии.
Главный фактор почвообразования – недостаток влаги. Доминирует физическое
выветривание из-за контраста температур, а химическое подавлено из-за недостатка влаги. Характерен разнос материала ветром, например, на периферии пустынь часто аккумулируется лёсс. По этим причинам много скелетных грубых
почв – лептосолей, а также почв, не достигших высоких степеней развития, –
регосолей, ареносолей, камбисолей; весьма распространены и почвы с повышенным содержанием солей – кальцисоли, солончаки, гипсисоли.
В зимне-влажной кустарниковой степи характерны калькариковые лювисоли и камбисоли, лептосоли, кальцисоли, солончаки, солонцы, гипсисоли.
В полупустыне характерны арениковые лювисоли, аридик камбисоли, йермик
ареносоли, солончаки, солонцы. В бесплодной пустыне характерны лептосоли
(гамады), скелетик регосоли, камбисоли, дурисоли, флювисоли, ареносоли,
лювисоли, солончаки, солонцы, гипсисоли.
Самыми типичными почвами аридных ландшафтов являются кальцисоли
(сероземы, серо-коричневые, бурые полупустынные, красновато-бурые, такыры,
светло-каштановые – четкая аналогизация затруднена) – малогумусные (1–2%
гумуса, С/N до 10) почвы, обогащенные на глубине до 1 м вторичными карбонатами (рис. 12.5). Они имеют гумусовый горизонт малой мощности, светло-коричневый, призматический горизонт В, плотный горизонт кальцик, обычно массивноплитчатый. Для них характерна высокая водоудерживающая способность, хорошая водопроницаемость, малое количество элементов питания, насыщенность
основаниями близка к 100%, рН = 7–8, ЕКО в горизонте А1 – 10–25 смоль(+)/кг,
слабая биологическая активность из-за сухости.
Аккумуляция карбоната кальция, приводящая к формированию соответствующего горизонта (кальцик), является главным почвообразовательным процессом и сочетается с гумусонакоплением. Аккумуляции вторичных (новообразованных) карбонатов различны по генезису: выщелачивание из вышележащих
горизонтов и осаждение в горизонте кальцик, поступление путем латеральной
миграции по катене, эоловый привнос карбонатной пыли, подпитывание жесткими
грунтовыми водами.
Кальцисоли формируются на богатых кальцием коллювиальных, озерных,
аллювиальных, эоловых породах. Кальцисоли относятся к распространенным
почвам, общая площадь, занимаемая ими, составляет 0,8–1,0 млрд. га.
Растительность на кальцисолях обычно разрежена, и территории используются под экстенсивный выпас. На богаре иногда выращивают ограниченный
170
набор засухоустойчивых культур, например, подсолнечник. Максимальной продуктивности кальцисоли достигают при орошении: выращивают озимую пшеницу,
дыни, хлопчатник, сорго, люцерну. Лимитирующими факторами использования
кальцисолей в земледелии являются каменистость и близкое залегание горизонта
петрокальцик (затвердевшего сплошного горизонта, сцементированного карбонатами кальция, иногда и магния).
Не менее часты в аридных ландшафтах и ареносоли – слаборазвитые легкие
почвы с размытыми границами слабовыраженных горизонтов, слаборазвитой
структурой, обилием крупных пор, низкой влагоемкостью, высокой водопроницаемостью (рис. 12.6).
Содержание органического вещества, элементов питания и значения рН
сильно варьируют, как и ЕКО – от крайне низкой (обычно) до средней, поскольку
ареносоли встречаются в совершенно различных природных обстановках.
Из почвообразующих процессов в ареносолях типично лишь слабое гумусонакопление, они встречаются как на древних, так и на совсем молодых формах
рельефа, под любой растительностью. Ареносоли относятся к наиболее распространенным почвам мира и занимают около 0,9–1,0 млрд. га, т. е. 7% площади суши
(или 10% с учетом развеваемых песков и движущихся дюн). Они доминируют
в Калахари, в Сахельской зоне, на значительной части Сахары, в центре и на западе Австралии, в пустынях Ближнего Востока и в Китае.
Несмотря на то, что большая часть ареносолей встречается в аридных
областях, они представляют собой типичные азональные почвы, которые могут
быть обнаружены в очень широком диапазоне климатических условий: от крайне
аридных до экстрагумидных, от холодных до жарких.
В аридных областях ареносоли на повышенных элементах рельефа сочетаются с другими почвами в понижениях: солончаками, регосолями, кальцисолями, лептосолями. Ареносоли обычно используют под экстенсивное животноводство, при годовых суммах осадков свыше 400 мм успешно ведется богарное земледелие. При орошении получают высокие урожаи мелкозерновых злаков, кормовых бобовых культур и дынь. Минеральные удобрения вносить очень важно, но
многократно и малыми дозами.
Ареносоли чрезвычайно сильно подвержены ветровой эрозии, и противодефляционные меры абсолютно необходимы.
В наиболее аридных условиях формируются гипсисоли, более всего соответствующие серо-бурым пустынным почвам (рис. 12.7). Главной особенностью
гипсисолей является присутствие горизонта гипсик (несцементированный горизонт
с разными формами новообразований гипса). Горизонты гипсик могут находиться
как на поверхности почвы, так и на некоторой глубине; они могут различаться
количеством гипса и формами его аккумуляции: псевдомицелий, компактный
пылеватый гипс, крупнокристаллический гипс, сильно сцементированная гипсовая кора, полигональная гипсовая корка.
171
Цвет почвы часто зависит от содержания гипса. При его максимально возможном количестве (около 90%) почва становится белесой. Гранулометрический
состав варьирует и зависит от материнской породы, на которой формируются
гипсисоли. Структура обычно плохо развита, а при содержании гипса более 20%
почвенная масса становится плотной и массивной.
Гипсисоли распространены в областях с аридным климатом; общая площадь их в мире приближается к 90 млн. га. Они тяготеют к самым суровым частям аридных территорий: пустыням Йемена и Сомали, северного Ирака и Сирии,
Намиб и Ливийской, Южной и Центральной Австралии, Юго-Западу США. Гипсисоли часто встречаются вместе с кальцисолями в Узбекистане и Казахстане.
Гипсисоли малогумусны (1%), щелочные (рН = 7–8), ЕКО – 10–20 смоль(+)/кг,
имеют умеренную биологическую активность. Они используются в основном
под пастбища; богарное земледелие малоэффективно, но при орошении даже
на почвах с содержанием пылеватого гипса больше 25% выращивают люцерну
(урожаи достигают 10 т/га), пшеницу, абрикосы, финики, кукурузу и виноград.
Только в аридных условиях развиваются и дюрисоли, название которых
происходит от латинского прилагательного durus – твердый. Дюрисоли – почвы
с хорошим внутрипрофильным дренажем, обычно легкого гранулометрического
состава, распространенные на силикатных породах (рис. 12.8). Для них характерно
присутствие в пределах 1 м очень плотного горизонта – дюрипэна, или слоя, состоящего из твердых конкреций. Мощность дюрипэна колеблется от 30 см до 4 м,
чаще всего он встречается на небольшой глубине – менее 50 см. Выделяют два
главных морфологических типа дюрипэна: массивный и слоистый. Из почвообразующих процессов характерно малое гумусонакопление, рубефикация, осаждение вторичной кремнекислоты.
Дюрисоли распространены на площади около 260–340 млн. га, особенно
в Намибии, Австралии, Мексике и США. В рельефе они занимают определенные
позиции – плоские или слабонаклонные поверхности, поймы, террасы, подножия
склонов. Дюрисоли обогащены силикатами в пределах 1 м, имеют конкреции
кремнезема, малую влагоемкость, высокую водопроницаемость, мало гумуса, много
натрия в подпочве, мало железа, рН более 8,3 в верхнем слое, ниже – меньше.
Дюрисоли пригодны только для экстенсивного животноводства. В аридных странах естественная растительность на дюрисолях в целом способна ограничивать развитие эрозии, однако во многих районах верхние почвенные горизонты все же подверглись интенсивной эрозии. Блоки дюрипэна с успехом
используются для строительства дорог.
На выходах плотных массивно-кристаллических и осадочных пород (граниты, гнейсы, мергели, известняки и т. д.), равнинных депрессиях, сложенных
из рыхлого глинистого наноса, формируются самые безводные и безжизненные
ландшафты пустынь, почти полностью лишенные флоры и фауны. Для них
характерны маложизненные лептосоли (гаммады и такыры). Растительность
172
представлена редкими эфемерами, встречающимися по трещинам, сине-зелеными
и диатомовыми водорослями, а сами примитивные почвы носят черты солонцеватости и не превышают 5–6 см мощности.
В аридных условиях встречаются также флювисоли, хотя и нечасто, так
как они приурочены к поймам крупных рек, текущих из более влажных районов.
Типичное сочетание почв в Судане, например: лептосоль – ареносоль – солончак – флювисоль.
Для почв (полу)пустынь характерны следующие общие черты почвообразования и свойств почв:
1. Биологическое почвообразование отличается кратковременностью, но высокой интенсивностью минерализации как растительных остатков, так и гумусовых
веществ. При гумификации в основном образуются фульвокислоты (Сгк / Сфк < 1);
эти почвы обогащены азотом.
2. В почвенных процессах велика роль зооценозов. Почвенная фауна придает почвам дырчатость и перерабатывает растительный опад. Гумусовый горизонт мощностью всего около 10–20 см содержит менее 2% гумуса.
3. Типичен нисходяще-возвратный водный режим при неглубоком промачивании почвы, всего до глубины 30–50 см в большинстве, максимум до 50–100 см.
Миграция происходит на фоне карбонатности материнских пород, что особенно
выражено в кальцисолях, поэтому рН почв слабощелочная, в пределах 7,5–8,5.
При карбонатности поверхностных горизонтов заметно иллювиирование СаСО3
на глубину промачивания почвы. Пустынные почвы полностью насыщены основаниями, из которых на долю кальция и магния приходится 85–95%. Это препятствует диспергированию коллоидов и развитию солонцовых процессов, хотя
в отдельных случаях встречаются и солонцеватые почвы. Пылеватый характер
почвенной массы и малая гумусность обуславливают низкую поглотительную
способность (8–15 смоль(+)/кг).
4. В почвах отсутствуют процессы перемещения по профилю илистой
фракции в целом и коллоидов в частности. Распад алюмосиликатов как результат
оглинивания крайне замедлен. Типично пылеватое оглинивание.
5. Образование структуры в почвах не выражено из-за скудности растительного покрова. Во всех почвах наблюдается высокая микроагрегатность,
обычно образование на поверхности почв пористой и слоеватой корки (1–2 см).
Таким образом, общие черты почвенного покрова пустынь определяются
их малой мощностью, весь профиль почвы укладывается в 20–35 см. В тропических пустынях почвы красно-бурого цвета как проявление актуальной или
реликтовой ферраллитности.
В суб(аридных) ландшафтах весьма распространенными являются почвы,
формирующиеся в условиях периодического переувлажнения за счет близкого
стояния минерализованных грунтовых вод. Минерализация почвенных вод с увеличением степени аридности ландшафта существенно растет и приводит к формированию ряда почв, среди которых наиболее распространены солончаки и солонцы.
173
Солончаки – почвы с вторичной аккумуляцией солей по всему профилю:
более 1% солей в верхнем слое почвы, или более некоторого минимального значения электропроводности, как это принято в последнее время. В пустынях они
занимают около 10% площади. Необходимое условие образования солончаков –
близкое расположение грунтовых вод и наличие выпотного типа водного режима.
Засоление почв обычно идет вследствие испарения содержащих соли вод. Важную
роль играет состав грунтовых вод и глубина его залегания. Предельная глубина
грунтовых вод, при которой возможно засоление, называется критической. Критическая глубина зависит от среднегодовой температуры у = 170 + 8х. Так, интенсивное соленакопление в западной Сибири происходит при глубине грунтовых
вод до 170–200 см, а в ландшафтах пустынь – до 300–350 см, поэтому засоление
особенно характерно для пустынь. В принципе, засоление может происходить
в любой зоне при достаточно аридных условиях и близком залегании грунтовых
вод. Солончаки бывают даже в тундровой и арктической зоне, но наиболее характерны для (полу)пустынь (рис. 12.9).
Солончаки образуются на рыхлых отложениях, в понижениях и впадинах.
Они занимают 260–340 млн. га (в зависимости от того, от какого содержания солей
ведется отсчет). Особенно много их в Азии, на юге Южной Америки. Земледелие
возможно при орошении с рассолением или при более 400 мм осадков. Доминирующий почвообразовательный процесс – засоление. Присутствие солей, высокое
осмотическое давление почвенного раствора или токсичность солей вызывают
появление специфических ландшафтов, либо с солеустойчивой растительностью
(галофиты, солянки имеют повышенное давление клеточного сока и усваивают
воду даже из концентрированных растворов), либо полностью ее лишенной (соленые озера и лагуны, солевые коры).
Солончаки имеют горизонт салик мощностью не менее 15 см, начинающийся на глубине не более 50 см. Периодически затопляются, обычно сухие, характерна вспученная рыхлая структура, часто корка, водный стресс из-за высокого осмотического потенциала. Недостаток элементов питания в доступной
форме из-за многочисленных антагонизмов, рН = 7–10. Наиболее распространенные ионы – хлориды, сульфаты, нитраты, карбонаты, натрий, кальций, магний.
При небольшой минерализации преобладают гидрокарбонаты, с повышением
концентрации – сульфаты, а очень высокая минерализация вод (15–20 г/л) обусловливает хлоридно-натриевый состав. Сульфатов и хлоридов тем больше, чем
ариднее местность. При движении вод вверх и их испарении повышается минерализация и выпадение солей в осадок.
Лучшими свойствами обладают солончаки с преобладанием кальция, где
структура почвы остается устойчивой даже после рассоления, в этом случае может
лишь слегка увеличиться величина рН. Солончаки с преобладанием натрия (пухлые) и магния (мокрые) после рассоления теряют структуру, наступает сильное
осолонцевание. Процесс передвижения солей в солончаках бесконечен в пространстве и во времени: в понижениях при обильных осадках соли оттесняются в глубину и могут вернуться в профиль в сухой период.
174
В крайне аридных условиях соли почвенного раствора могут осаждаться
на поверхности почвы в виде различных новообразований: белый налет, солевые
корки, неагрегированный бурый пылеватый материал, черные солевые аккумуляции, отдельные кристаллы – результат быстрого испарения растворов. В тропических пустынях на рыхлых мелкоземистых породах часты также солевые
коры древнего и до сих пор не вполне ясного генезиса, образующиеся при глубоком залегании грунтовых вод. Солевые коры представляют собой безжизненную каменистую поверхность, похожую на гаммаду, особенно после механического разрушения.
Сельскохозяйственное использование солончаков требует особой осторожности. В аридных районах необходимо орошение со строгим соблюдением всех
норм, чтобы избежать избытка солей и контролировать уровень грунтовых вод.
Например, при орошении по бороздам растения высаживают не на вершинки
гряд, а чуть ниже, чтоб ослабить аккумуляцию солей в корнеобитаемой зоне. Богарное земледелие возможно лишь в наиболее влажной части ареала солончаков,
где выращивают рис, просо, кормовые культуры и солеустойчивые деревья.
Проблемы вторичного засоления, деградации структуры и восстановления
засоленных почв весьма актуальны в связи с развитием орошения в странах
третьего мира. На сильнозасоленных почвах выпасают овец, коз и верблюдов,
либо их не используют совсем.
Другим широко распространенным типом засоленных почв являются
солонцы, представляющие собой почвы с глинистым структурным срединным
горизонтом, в ППК которого велика доля натрия или магния (рис. 12.10). Образование солонцов связано с субаридным климатом с очень жарким и сухим летом
(среднегодовое количество осадков – 300–500 мм), равнинным рельефом, затрудненным вертикальным и боковым оттоком влаги, рыхлыми суглинистыми породами (в том числе лёссами) и с засоленными приморскими отложениями. На солонцах существует специфическая травянистая растительность с участием галофитов.
В таких условиях в средней или нижней частях почвенной толщи происходит накопление солей, причем летом растворы, содержащие соли, передвигаются вверх, зимой (во влажный сезон) опускаются вниз. Если в составе солей
преобладают нейтральные соли натрия – хлориды и сульфаты, – образуются солончаки. Солонцы образуются в присутствии следующих солей: (би)карбоната и
силиката натрия, карбоната магния. При наличии свободной соды (Na2CО3)
в почвенном растворе реакция сильно щелочная (pH > 8,5).
Для солонцов характерен очень плотный горизонт натрик (солонцовый)
под гумусированным верхним горизонтом и засоление в средней части профиля;
между верхним горизонтом и горизонтом натрик может располагаться белесый
элювиальный (надсолонцовый) горизонт альбик. Такие элювиированные солонцы
известны в русскоязычной литературе как солоди. Горизонт натрик представляет
собой плотный горизонт с более высоким содержанием ила по сравнению с вышележащим(и), цвет горизонта натрик (В) варьирует от бурого до черного, а
структура его крупностолбчатая, призматическая.
175
Профиль солонца ясно дифференцирован по цвету, структуре, плотности и
гранулометрическому составу (рис. 12.10). Из физических характеристик солонцов
обращает на себя внимание слабая устойчивость структуры, отсутствие водопроницаемости при увлажнении и твердость горизонта натрик в сухом состоянии. Из химических свойств к самым важным относится высокая доля натрия
(или натрия и магния) в ППК, сильно щелочная реакция. Количество обменного
натрия в слое В составляет 30–40%, снижаясь постепенно до 10–12% в А1 или
на глубине более 120 см. Обилие натрия не только дезагрегирует почву, но и
уменьшает пористость, прекращает капиллярный подъем воды. Во влажном состоянии почва набухает и становится водонепроницаемой, поэтому над солонцами периодически образуются лиманы. Солонцеватость проявляется уже при
5–10% натрия в ППК. В типичном солонце до 50% натрия в составе ЕКО.
По глубине расположения горизонта В выделяют корковые (менее 7 см),
среднестолбчатые (7–15 см) и глубокостолбчатые (более 15 см) солонцы. Помимо
солонцов, выделяют солонцеватые почвы с намечающейся слоеватостью гумусового горизонта и слабой уплотненностью горизонта В, характерные для сухостепной и пустынной зон.
Солонцы занимают 135 млн. га, отдельные их ареалы связаны с засоленными породами – морскими глинами или засоленным аллювием. Солонцы часто
встречаются на Украине, в России, Венгрии, Болгарии, Румынии, Китае, США,
Южной Африке, Аргентине, особенно много их в Казахстане и Австралии.
Солонцы больше тяготеют к степным районам, поэтому часто сочетаются с черноземами, каштаноземами, но могут соседствовать с солончаками и вертисолями.
Специфическая растительность на солонцах служит их индикатором
в условиях пятнистого (комплексного) растительного покрова. Солонцы создают
много проблем для сельского хозяйства. Их меньше, если мощность верхнего
горизонта превышает 25 см, в таком случае можно выращивать немногие солеустойчивые культуры, например, горчицу и сорго. Однако большая часть солонцов имеет маломощные надсолонцовые горизонты, и в таком случае мелиоративные меры ориентированы на решение двух задач: улучшение сложения верхнего и срединного горизонтов; уменьшение доли Na в ППК.
Мелиорация солонцов предполагает внесение гипса или хотя бы хлорида
кальция. При неглубоком залегании гипса и карбонатов глубокая вспашка с перемешиванием соответствующих горизонтов с горизонтом А считается одним
из обычных и недорогих приемов улучшения солонцов. Обычно после нее высевают травы для улучшения физических свойств и при достаточной пористости,
следовательно, водопроницаемости проводят промывки водой хорошего качества
(с высоким содержанием Са). Внесение гипса как мелиоранта рекомендуется
в случае применения орошения. На мелиорированных солонцах выращивают
кормовые культуры и может расти даже пшеница. Тем не менее, большая часть
солонцов мира используется для экстенсивного выпаса.
176
В лесостепи солонцы имеют более резко выраженный выщелоченный
(осолоделый) горизонт с высоким содержанием кремнезема и часто называются
солодями. В них перераспределение ила еще резче, а горизонт А2 настолько
обеднен, что схож с подзолистым. Из слоя А удалены все водорастворимые компоненты, в том числе подвижная часть гумуса. Энергичное элювиирование
приводит к кислой реакции среды в А1 и А2.
При низкой минерализации грунтовых вод в понижениях суб(аридных)
зон формируются глейсоли, отличающиеся мощным горизонтом А, слабой засоленностью, повышенным плодородием.
Жизнь в пустыне создавала особый тип хозяйства – кочевое скотоводство
с характерными для него сезонными перегонами. Земледелие возможно только
при орошении. На поливных землях Средней Азии уживаются культуры умеренных и субтропических широт (ячмень, пшеница, просо, виноград), а также
плодовые (яблоня, груша, абрикос и многие другие). Благодаря обилию солнца
плоды получаются более сладкие, нежные, сочные. Если сахаристость украинских абрикосов – 7–10%, то сахаристость узбекских – 20%.
Использование в хозяйстве почв пустынь затруднено недостатком воды,
большая часть земель используется лишь как отгонное животноводство. Искусственное орошение играет колоссальную роль, в том числе и для предотвращения засоления. На орошаемых участках кальцисолей выращивают хлопчатник,
возможно рисосеяние, в оазисах хорошо растут плодовые и овощные культуры.
Повышенное содержание некоторых элементов (фтора, стронция, бора) может
вызвать эндемические заболевания.
177
ЛЕКЦИЯ 13. ТРОПИЧЕСКИЕ И АЗОНАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ
Тропический пояс является самым большим по площади (5,6 млрд. га),
что составляет около 42% поверхности суши. Горные территории в пределах
этого пояса занимают около 13% площади. Полугидроморфные, гидроморфные,
палеогидроморфные, пойменные почвы составляют 15% территории пояса. Тропический пояс характеризуется жарким климатом с равномерными температурами в течение всего года – не менее 20–22 °С в среднем за каждый месяц. Сумма
температур воздуха более 10 °С колеблется от 8000 °С до 11 000 °С. Вегетационный период круглогодичный. Тепловые ресурсы обеспечивают получение
трех урожаев в год. В отличие от температурного режима, количество и распределение осадков в тропиках варьирует в исключительно широких пределах
(от менее 50 до 5000 мм в год). Именно фактор влажности в тропическом поясе –
главная причина дифференциации почв. В пределах пояса выделяются три группы
почвенно-биоклиматических областей:
1) влажные и переменно-влажные леса (гумидные и семигумидные);
2) засушливые ксерофитно-лесные и саванновые (семиаридные);
3) полупустынные и пустынные области (аридные).
13.1. Почвы влажных тропиков
Влажные (гумидные) тропики распространены в низких широтах разных
материков. Доминирующим почвообразовательным процессом является ферраллитный. Он заключается в глубоком преобразовании минеральной почвенной
массы с разложением всех первичных минералов (кроме кварца), выносе продуктов разложения за пределы промываемой толщи и остаточной аккумуляции
в ней кварца, каолинита, и гидроксидов железа и алюминия (гематит, гетит и
гиббсит), которые придают почвам красные и желтые цвета. Именно от названий
этих двух элементов типичные почвы влажных тропиков (красно-желтые) получили название ферральсоли.
К ферральсолям относятся мощные почвы с горизонтом ферралик, залегающим в интервале глубин от 30 до 200 см и сформированным в результате
ферралитизации. В целом профиль ферральсолей сравнительно мало дифференцирован: горизонты морфологически слабо различимы (рис. 13.1). Почвы имеют
красный или желтый цвет в зависимости от режима влажности. Структура мелкокомковатая, слабо или средне выражена. Типичные горизонты ферралик однородны, имеют прекрасную агрегированность с мелкими почти круглыми агрегатами («псевдопесок»); при этом во многих ферральсолях макроструктура практически отсутствует, что придает почвенной массе компактность, массивность
при относительно рыхлом сложении. Проявления иллювиальных процессов
в виде глинистых пленок и блестящих граней обычно отсутствуют, хотя иногда
в нижней части горизонта можно обнаружить кутаны иллювиирования.
178
В ферральсолях нередки железистые нодули и коры, унаследованные от
предыдущих стадий эволюции ландшафтов. Ферральсоли формируются на древних и геоморфологически устойчивых, ровных или слабоволнистых поверхностях в условиях высоких температур и обильных осадков во влажных тропиках.
Типичные профили приурочены к продуктам выветривания основных пород.
К характерным физическим свойствам ферральсолей относятся устойчивая слабо сформированная структура, узкое отношение пыли к илу, малое количество неустойчивых к выветриванию минералов.
Ферральсоли занимают большие пространства (750 млн. га) во влажных
тропиках на древних кристаллических щитах Южной Америки (Бразилия) и
Африки (Конго, западная Ангола, Гвинея и восточная часть Мадагаскара) или
приурочены к основным породам в жарком и влажном климате, например, на юговостоке Азии и на островах Тихого океана. На плотных породах они сочетаются
с камбисолями, на относительно кислых породах, например, гнейсах, их сменяют
акрисоли, на основных породах они уступают место нитисолям. С приближением
к речным долинам ферральсоли сменяются глейсолями и плинтосолями.
Физические свойства обеспечивают хорошие возможности использования
ферральсолей в земледелии благодаря большой мощности профиля, структурности и водопроницаемости. Ферральсоли менее подвержены эрозии по сравнению
с другими почвами тропиков, в них могут глубоко проникать корни растений.
Они имеют малую водоудерживающую способность, что объясняет временный
недостаток влаги в них, зато они легки в обработке.
Химические свойства ферральсолей неблагоприятны, они кислые, емкость
обмена мала, как и запас элементов питания, который быстро расходуется при
выращивании сельскохозяйственных культур, мало гумуса, преимущественно
фульватного. Однако самой острой проблемой земледелия на ферральсолях является необменная сорбция фосфора (> 85% фосфатов недоступны растениям). Рекомендуется вносить либо медленно мобилизуемые (породные) фосфаты, действия
которых хватает на несколько лет, либо напротив, быстрорастворимые (двойной
или тройной суперфосфат) малыми дозами и непосредственно под растение.
Содержание свободного алюминия не очень высокое, но оно может достигать
предела токсичности; марганец тоже может быть в избыточных концентрациях.
Емкость поглощения зависит от величины рН: при изменении рН от 5 до 7 она
увеличивается в 5 раз, а при очень кислой реакции падает до нуля. Иногда почвенные коллоиды приобретают положительный заряд и обнаруживают склонность к анионному поглощению, в таких случаях происходит закрепление фосфатов. Емкость обмена, как и запасы элементов питания, связана с органическим
веществом. Большую роль играет биологическая поглотительная способность.
Дождевые тропические леса хорошо приспособились к ферральсолям, потому что их корни распространяются в большом объеме почвы, из которого они
черпают питательные элементы и который сохраняет для них влагу во время
засух. Леса защищают почву и от эрозии – ударов дождевых капель, а также
179
от прямых солнечных лучей, так что в почве сохраняется органическое вещество.
Оно почти целиком сосредоточено в верхнем горизонте, как и элементы питания, и существование верхнего горизонта является необходимым фактором нормального функционирования почвы.
При первичном освоении (после сведения древесной растительности)
очень резко падает запас элементов питания, что означает необходимость восстановления плодородия в течение 5–9-летнего периода после всего лишь двух
или трех лет выращивания сельскохозяйственных культур; система называется
подсечно-огневой (shifting cultivation). При продолжительном земледельческом
использовании трудности, связанные с химическими особенностями ферральсолей, могут быть преодолены разумным внесением удобрений, в том числе фосфатов и извести, последней – малыми дозами (от 0,5 до 2 т/га), поскольку массированное известкование может вызвать нежелательные изменения в поглощающем комплексе и повлиять на доступность цинка и меди. Новым методом улучшения химических свойств ферральсолей является внесение гипса как источника
кальция, способствующего развитию корневых систем сельскохозяйственных
культур; метод широко применяется в последние годы, особенно в Бразилии.
Органическое вещество, сконцентрированное в самом верхнем горизонте,
выполняет важнейшие функции: буферное по отношению ко многим химическим реакциям, оно удерживает катионы, служит главным источником азота,
определяет динамику усвояемых растениями фосфатов. По совокупности перечисленных причин органическое вещество должно быть сохранено в почве
любыми способами.
В результате при подсечно-огневой системе или под пологом леса выращивается широкий набор сельскохозяйственных культур или ведется экстенсивное животноводство, хотя значительная часть ферральсолей остается под лесом.
Нитисоли (красные тропические) отличаются особым свойством – блеском
граней структурных отдельностей в срединном горизонте. Они образуются под
высокотравными саваннами и переменно-влажными лесами при тех же термических условиях, что и ферральсоли, но при меньшем количестве осадков (1300–
1800 мм в год) и ясно выраженном сухом сезоне до трех-четырех месяцев. Это
способствует дегидратации оксидов железа, вследствие чего усиливается красный
цвет почв и увеличивается образование в них железистых конкреций. От ферральсолей нитисоли отличаются значительно более высоким резервом выветривающихся минералов. Нитисоли представляют собой почвы с мощным хорошо
развитым и дренированным профилем, с характерной ясно оформленной ореховатой или блоковой структурой, в которой отчетливо прослеживается блеск
на гранях (рис. 13.2). Профиль имеет тусклый красный или темно-красный цвет,
тяжелый гранулометрический состав. Иллювиальный горизонт аржик «растянут»,
переходы между горизонтами постепенные. Нитисоли образуются на суглинистых
дериватах средних и основных пород, иногда с примесью пеплов, приурочены
к верхним или средним частям склонов при равнинном или холмистом рельефе.
180
Диагностическим является горизонт нитик, который отличается высоким
содержанием ила (не ниже 30%), хорошо выраженной ореховатой или блоковой
структурой, плоскими и блестящими вследствие процессов микронабухания и
сжатия гранями. Соединения марганца и ферригидрит перемещаются по микротрещинам и образуют мельчайшие натеки на гранях структурных отдельностей.
В нитисолях происходит ферралитизация, активно идут процессы биологического перемешивания (гомогенизации) термитами, муравьями, червями и
другими почвенными животными, что приводит к появлению ореховатой структуры в верхней части профиля и служит причиной постепенности переходов
между горизонтами.
Нитисоли, очень рыхлые или уплотненные во влажном состоянии, при
избытке влаги становятся вязкими и пластичными, при высыхании становятся
твердыми. Характерна высокая пористость (50–60%) и устойчивость структуры,
что благоприятно для развития корневых систем. Водопроницаемость высокая
или средняя (около 50 мм/ч). Обработку почвы можно проводить на следующий
день после дождя, не опасаясь разрушить структуру.
Количество органического вещества в нитисолях сильно колеблется, как и
значения рН (от кислых до нейтральных). Общей чертой всех нитисолей является преобладание глин с низкой химической активностью в составе глинистых
минералов.
Площадь, занимаемая нитисолями, превышает 200 млн. га, при этом более
половины приходится на Восточную Африку. На других континентах нитисоли
известны на юге Бразилии, Кубе и в Юго-Восточной Азии.
Нитисоли относятся к наиболее плодородным почвам тропиков. На нитисолях обычно организуют плантации кофе и какао, каучуковых деревьев, масличной пальмы, выращивают ананасы на небольших фермах. Как и в других
почвах тропиков, необходимо преимущественное внесение фосфорных удобрений.
Внесение удобрений, особенно органических, дает существенное повышение
урожайности.
Тропические ксерофитно-лесные и саванновые области имеют меньшую
площадь, чем влажно-лесные, и распространены главным образом в восточном
полушарии. Главной особенностью этих регионов является наличие влажного и
сухого сезонов, когда деревья сбрасывают листву, травяной покров выгорает, на
поверхности почвы идет процесс быстрой минерализации растительных остатков.
В сезонно-влажных тропиках (и субтропиках) часты ликсисоли (краснобурые) – сильно выветрелые почвы, в которых происходит вынос глины из элювиального горизонта и ее аккумуляция в горизонте аржик, где преобладают глинистые минералы с низкой химической активностью (ЕКО менее 24 смоль/кг),
но при умеренной или высокой степени насыщенности основаниями, что определяет лучшую структурность ликсисолей по сравнению с акрисолями (рис. 13.3).
Элювиальный горизонт ликсисолей обычно имеет массивное сложение, а при
высыхании становится чрезвычайно твердым. Корни беспрепятственно проникают
181
в почвенные горизонты, в отличие от акрисолей, где они встречают неблагоприятный геохимический барьер. Однако ограничением для роста корней в глубину
в ликсисолях может оказаться «линия камней» – субгоризонтальная полоса рассеянных каменистых включений шириной 2–5 см на фоне мелкоземистого субстрата. Обычно линия камней находится в профиле на глубине около 1 м. Верхние
горизонты ликсисолей имеют малую мощность и низкое содержание органического вещества, тем более низкое, чем резче выражен сухой сезон. Широко распространено мнение о полигенетичности ликсисолей. Площадь под ликсисолями
оценивается в 435 млн. га, причем половина ареалов приходится на Африку.
От нитисолей ликсисоли отличаются отсутствием горизонта нитик,
а также постепенностью переходов между горизонтами в профиле. Разграничение
ликсисолей и остальных почв с горизонтом аржик осуществляется только по аналитическим данным и не может быть сделано при полевом описании. В субтропиках ликсисоли представляют собой переходные почвы между акрисолями,
развивающимися в условиях влажного климата, и почвами аридных ландшафтов.
Высокая степень их насыщенности основаниями поддерживается регулярным
эоловым привносом пыли, например, в Сахеле. Ликсисоли сочетаются с нитисолями (если в регионе есть основные породы), с вертисолями, планосолями,
плинтосолями и глейсолями в депрессиях и на равнинах. На древних кристаллических щитах в тропиках ликсисоли сочетаются с ферральсолями, занимая склоны
или эродируемые поверхности.
Естественная растительность на ликсисолях – саванны и разреженные листопадные леса, в которых часто производится малоинтенсивный выпас скота. Относительное богатство ликсисолей элементами питания и наличие гумусового горизонта делает их привлекательными для земледельцев, однако при использовании
под пашню структура легко деградирует при обработке влажной почвы и применении тяжелых машин. Рекомендуется террасирование, контурная вспашка,
мульчирование, посев покровных культур. Малый запас элементов питания и
низкая ЕКО вызывают необходимость регулярного внесения удобрений (малыми
дозами) и известкования. На ликсисолях лучше возделывать многолетние культуры, чем однолетние, особенно на склонах. Клубневые культуры (кассава, батат)
и арахис губительны для ликсисолей. Для сохранения запаса органического вещества рекомендуется чередование однолетних культур и улучшенных пастбищ.
Плинтосоли (от греч. плинтос – кирпич), ранее известные как латеритные
почвы, содержат на малой глубине от поверхности твердый плинтит, петроплинитит или пизолиты. Плинтит представляет собой мягкий пятнистый субстрат,
состоящий их смеси каолинитовых глин и других продуктов интенсивного выветривания (например, гиббсита) с кварцем, содержащий большое количество
оксидов железа и марганца. Плинтит залегает на небольшой глубине в профиле,
и при частом чередовании циклов иссушения и увлажнения он необратимо
затвердевает, превращаясь в слой твердых нодулей – пизолитов, или хардпэн.
182
Петроплинтит – сплошной слой затвердевшего материала, с цементацией оксидами
железа, содержание которых превышает 30%, а органического вещества крайне
мало. Слой бывает сплошным или состоит из прямоугольных, плитчатых или
столбовидных блоков, внутри которых может находиться мягкий субстрат. Слой
плинтита из-за своей плотности является препятствием для распространения
корней и движения воды. Преобразование плинтита в пизолиты или петроплинтит
возможно во всех плинтосолях. Оно связано с сезонными колебаниями уровня
грунтовых вод, неотектоническими поднятиями, эрозией, улучшением условий
дренажа по разным причинам, изменениями климата в сторону иссушения.
Генезис плинтосолей предполагает влияние грунтовых или застойных
поверхностных вод на почвы в настоящем или прошлом, которое и привело
к образованию в профиле необратимо затвердевающего пятнистого слоя.
Материнскими породами чаще служат дериваты основных пород, либо
присутствуют воды с высоким содержанием железа; рельеф – равнинный или
слабо холмистый; плинтит встречается под дождевыми лесами, а петроплинтит –
под саванной. Плинтосоли содержат много железа и/или алюминия, мало гумуса
и обычно слабо насыщены основаниями.
Плинтосоли в мире занимают примерно 60 млн. га, распространены в тропиках, на обширных плоских слабодренируемых равнинах, в частности, на востоке Амазонской низменности, в бассейне Конго, в Судано-Сахельском регионе,
где они бронируют структурные плато, в центральной и южной Индии, в верховьях Меконга, на севере Австралии. Плинтосоли занимают разные позиции
в рельефе: прямые пологие склоны с непроницаемым срединным горизонтом,
подножья вогнутых склонов в условиях холмистого рельефа или столовых возвышенностей (маркируются «полосой родников»).
Плинтосоли генетически связаны с ферральсолями, алисолями, акрисолями
и ликсисолями, а также с глейсолями. Хорошо дренированные почвы с мягкими
железистыми конкрециями довольно часто встречаются в различных ландшафтных обстановках.
При оценках возможностей использования плинтосолей возникает две
группы противоположных проблем: на пониженных и ровных участках плинтосоли переувлажнены, на повышенных и хорошо дренированных – растения
на плинтосолях страдают от засухи. Естественная растительность на слабодренированных почвах с горизонтом плинтита заметно беднее, чем на соседних
почвах, и чаще всего использование ограничивается экстенсивным животноводством, так как плинтит представляет собой серьезное препятствие для распространения корней и движения влаги; в то же время искусственный дренаж
невозможен, поскольку он приведет к необратимому затвердеванию плинтита.
Обилие конкреций ограничивает возделывание древесных и травянистых культур,
хотя даже при их содержании до 80% в Западной Африке и в Индии на них
выращивают, соответственно, кокосы и кешью.
183
В полувлажных тропиках, например, в Бразилии, достаточно много и
камбисолей, хотя они более характерны для субтропического и суббореального
пояса, так как интенсивное выветривание и древность почвообразующих пород
в тропиках доминируют. Их основной отличительной чертой является наличие
слабовыветрелого иллювиального горизонта камбик. Они обычно приурочены
к умеренно крутым склонам, имеют суглинистый гранулометрический состав,
устойчивую структуру, высокую пористость и водоудерживающую способность,
хороший внутрипрофильный дренаж. Самый большой тропический массив камбисолей находится на молодых аллювиальных поверхностях и террасах Ганга и
Брахмапутры. В зонах активной геологической эрозии камбисоли широко распространены в комбинациях с развитыми тропическими почвами.
Ненасыщенные камбисоли тропиков бедны элементами питания, но все же
не в такой степени, как сочетающиеся с ними акрисоли или ферральсоли, и имеют
более высокую емкость катионного обмена. Камбисоли в долинах рек с близкими
грунтовыми водами дают высокие урожаи риса.
Планосоли характеризуются наличием белесого светлого элювиального
горизонта, резко сменяющегося плотным срединным, со скачкообразным увеличением содержания ила на контакте горизонтов. Планосоль – почва с пылеватым
суглинистым верхним горизонтом или маломощным вторым по порядку более
легким горизонтом с обязательными признаками периодического переувлажнения, который переходит в плотный срединный горизонт (рис. 13.5). Характерна
резкая текстурная граница, т. е. резкий скачок в содержании ила, что обусловливает временное застаивание влаги и стагниковую цветовую гамму.
Планосоли обычно встречаются на ровных поверхностях (плато), пологих
и ровных склонах, в речных долинах или дельтах, как правило, вне влияния
паводков при периодически повышенном увлажнении, на глинистом аллювии
или делювии под редкостойными лесами или лугами. Образование резкой границы между белесым и нижележащим горизонтом связывают с процессом ферролиза, понимаемого как прогрессирующее разрушение глинистых минералов
в результате чередования режимов увлажнения и иссушения.
Элювиальный горизонт отличается слабо оформленной и непрочной
структурой. Верхняя часть профиля отличается повышенной твердостью в сухом
состоянии, но не обнаруживает признаков цементации. Глинистый иллювиальный горизонт имеет крупно-ореховато-глыбистую структуру с призматичностью
и ЕКО значительно выше, чем в гумусовом и элювиальном горизонтах.
Планосоли в мире занимают площадь в 130 млн. га, чаще всего встречаются в Латинской Америке, в Южной и Восточной Африке, реже – в Австралии,
США и Юго-Восточной Азии.
Планосоли всегда связаны со значительными сезонными контрастами атмосферного увлажнения, они часто образуются из вертисолей при повышении
увлажнения в связи с глобальными изменениями климата, даже из солонцов при
разрушении и выносе ила из верхней части толщи, постепенном замещении
обменного натрия кальцием в ППК.
184
Естественная растительность на планосолях представлена луговыми сообществами, кустарниками или деревьями с неглубокими корневыми системами,
приспособленными к переувлажнению, периодически возникающему в элювиальном горизонте. Именно чередование сухого и влажного периодов затрудняет
выращивание культур сухого сезона. Кроме того, ограничениями для земледелия
является высокое содержание свободного алюминия, недостаток кислорода
во влажный сезон. На планосолях практикуется экстенсивное животноводство,
ведение лесного хозяйства неэффективно.
В тропиках и субтропиках, в районах с высокой плотностью населения,
имеющего к тому же опыт выращивания риса, планосоли активно используются
под богарный рис. При орошении в сухой сезон можно получать второй урожай
других культур. На планосолях выращивают кормовые травы, но они дают низкие урожаи.
Еще в 1898 г. черные глинистые почвы с глубокими трещинами в сухое
время, занимающие большие пространства на полуострове Индостан, привлекли
внимание ученых. Русские почвоведы назвали их тропическими черноземами
из-за черного цвета. Последующие исследования этих почв показали, что трещиноватые глины весьма далеки от русских черноземов, так как они содержат
мало гумуса, имеют специфический структурный профиль и глубокие трещины.
Постоянное перемешивание, точнее переворачивание, почвенной массы послужило причиной того, что почвы назвали вертисолями (от лат. vertere – поворачивать). Для этих почв существует и много местных названий, самыми известными среди которых являются регуры и черные тропические почвы (Индия),
адобе (Филиппины), черные дерновые почвы (Южная Африка), гильгаи (Австралия), тирс (Марокко), маргалиты (Индонезия) и, наконец, вертисоли (США,
Австралия, Бразилия).
Вертисоли представляют собой мощные глинистые (> 30% ила) почвы,
в составе глинистых минералов которых доминируют монтмориллониты (смектиты), разбухающие при увлажнении и сжимающиеся при высыхании (рис. 13.4).
В сухое время в почвах образуются глубокие (до 50 см) трещины, начинающиеся
с поверхности. Верхняя часть толщи состоит из прочных призмовидных блоков,
в средней части развивается сочетание микрооползней (сликенсайдов) или структурных отдельностей в виде клиньев или параллелепипедов с блестящими или
неровными и шероховатыми изогнутыми гранями.
Природа вертисолей определяется материнской породой: они формируются
на дериватах базальтов, туфов, основных метаморфических пород, известняков,
мергелей, а также на аллювиальных, озерных и морских отложениях, в понижениях
и на плоских или слабонаклонных участках в тропическом и субтропическом
климате. Обязательным условием их формирования является наличие сухого сезона.
Во время влажного сезона трещины исчезают и почва становится вязкой и
пластичной, а ее поверхность – скользкой, так что по ней очень трудно передви185
гаться. На поверхности почвы отчетливо выражены микроповышения и микропонижения, обычно называемые гильгаиным микрорельефом. Он образуется
в результате выдавливания почвенной массы при изменениях ее объема. Самыми
важными физическими свойствами вертисолей являются низкая влагопроводность и высокая вязкость во влажном состоянии в сочетании с быстрым сбросом
влаги по трещинам иссушения. В сухое время почвы чрезвычайно сильно уплотняются. Вертисоли имеют тяжелый гранулометрический состав при содержании
илистых частиц не менее 40% (обычно 60–70%) с преобладанием в составе ила
минералов монтмориллонитовой группы.
По химическим свойствам вертисоли можно отнести к богатым почвам;
они содержат значительный запас минералов, способных к выветриванию. Часто
вертисоли имеют темную окраску, но содержат мало гумуса – 1%, редко до 3%.
Обычно они имеют высокую ЕКО (40–60 смоль/кг) с преобладанием кальция и
магния и сорбируют элементы питания растений. Значения рН колеблются от
нейтральных до слабощелочных (рН = 7–8 и более) на протяжении большей части
профиля, степень насыщенности основаниями высокая.
Вертисоли встречаются в тропиках и субтропиках с резко выраженной
сменой сухого и влажного сезонов. Из 335 млн. га, занятых вертисолями в мире,
150 млн. га считаются пахотнопригодными. В тропиках они занимают 200 млн. га,
причем 1/4 может быть использована в земледелии. Большая часть вертисолей
встречается в регионах со среднегодовыми суммами осадков 500–1000 мм, но
во влажных тропиках они были обнаружены и в районах с 3000 мм. Самые крупные ареалы вертисолей приурочены к глинистым отложениям (Судан), базальтовым плато (Индия и Эфиопия), их много также в Австралии, в Южной Африке,
на юго-востоке США (в Техасе), в Уругвае, в Парагвае и в Аргентине. Они приурочены к пониженным элементам рельефа – речным террасам, днищам сухих
озер и другим периодически избыточно влажным позициям в ландшафте.
Положение в рельефе в сочетании с особенностями климата и материнских пород определяет пространственно-временные связи вертисолей с кальцисолями, гипсисолями, солончаками, нитисолями, лювисолями и камбисолями,
которые занимают относительно более высокие позиции в рельефе. В понижениях
могут сочетаться с планосолями.
Несмотря на высокое потенциальное плодородие вертисолей, они очень
трудны в обработке из-за слитости в сухом состоянии и липкости – во влажном.
В семиаридных тропиках многие вертисоли сохраняются под естественной растительностью. Деятельность человека на вертисолях разнообразна: от малоинтенсивного их использования (ограниченный выпас, заготовка дров, получение
древесного угля), умеренного (выращивание на небольших участках в начале
сухого сезона таких культур, как просо, хлопок, сорго, горошек) до весьма
интенсивного при орошении (рис, хлопок, пшеница, сорго).
При земледельческом использовании вертисолей необходимо строго следить
за водным режимом и поддерживать или повышать плодородие почв. В связи
186
с плохой фильтрацией вертисолей во влажный сезон следует обеспечить сброс
избытка влаги и по возможности сохранять влагу для последующего сухого
сезона, например, путем создания гряд и борозд, помогающих избежать застоя
влаги в корнеобитаемом слое. Обычно на вертисолях выращивают одну культуру
в конце сезона дождей и в начале сухого сезона за счет использования накопившейся в почве влаги. При наличии поверхностного дренажа возможны две
последовательные культуры, например, ячмень и турецкий горошек.
При культуре с орошением в сухой сезон на вертисолях большое значение
приобретают характеристики фильтрации и водопроводимости, а также свойства
поливных вод. Для улучшения фильтрационных свойств почв применяют вертикальное мульчирование. Оно заключается в закладке соломы в вертикальном
положении в специальные канавки через 4–5 м, заложенные по горизонталям
так, что она торчит примерно на 10 см над поверхностью почвы.
В вертисолях часто отмечают дефицит азота в связи с низким содержанием
органического вещества, однако азотные удобрения следует вносить таким образом,
чтобы избежать газообразных потерь азота, выноса нитратов по трещинам или
их потерь за счет денитрификации во влажный период. Необходимо также корректировать удобрениями содержание таких элементов, как фосфор, сера и цинк.
В пониженных позициях рельефа в тропиках встречаются не только вертисоли, но и глейсоли, солонцы. Местами развиваются подзолы (рис. 13.4), ареносоли, лептосоли, регосоли, нередки акрисоли и алисоли.
Среди сельскохозяйственных культур на вертисолях хорошо себя чувствует
хлопок благодаря своей вертикально ориентированной корневой системе, которая
мало нарушается при образовании трещин. Древесные культуры плохо растут
на вертисолях из-за повреждения корней трещинами. В известной степени естественной компенсацией негативных последствий трещиноватости можно считать процесс самомульчирования – образование мелких структурных отдельностей (теми же механизмами набухания и усадки), которые благоприятны для
роста и проникновения корней.
Земледельческая освоенность тропического пояса ниже мировой и составляет 7%. Наиболее распаханы на равнинных территориях вертисоли, нитисоли,
ликсисоли, камбисоли и флювисоли. В тропических областях развито горное
земледелие. Коэффициент земледельческого использования некоторых горных
почв выше, чем аналогичных почв на равнинах. Главные сельскохозяйственные
культуры, возделываемые в тропиках, – рис, сахарный тростник, хлопчатник,
батат, кофе, какао, масличная пальма, каучуконосы, бананы, ананасы и др.
Центральная проблема тропического земледелия – система удобрений. Специфической проблемой для тропиков является борьба с плинтификацией. В отношении дальнейшего расширения земледелия тропический пояс обладает наибольшими резервами среди других поясов Земли.
187
13.2. Азональные почвы
Обзор современных мировых почвенных карт и схем почвенного районирования показывает сложность и разнообразие почвенного покрова на всех
уровнях его организации. Рассмотрение почвенного покрова в тесной связи
с условиями почвообразования и геологической историей территории выявляет
эколого-географические закономерности структуры педосферы, объясняет ее
генезис, географию и создает научную основу рационального использования и
охраны земельных ресурсов мира. В любой природной зоне, помимо почв, считающихся зональными, имеется большое количество азональных и интразональных почв, которые отражают разные масштабы воздействия факторов почвообразования. Образование этих почв обусловлено преимущественно рельефом.
К лептосолям (рис. 13.6) относят почвы, у которых причинами слабого
развития профиля могут быть близкое залегание плотной или карбонатной породы
в пределах 25 см от поверхности или высокая скелетность почвенного профиля
(при большей его мощности). Лептосоли можно рассматривать либо как почвы
первых стадий почвообразования, либо как продукт сильной эрозии. В первом
случае лептосолям уделяется особое внимание, поскольку они являются предшественниками молодых или слаборазвитых почв, представляющих другие РПГ.
Именно по этой причине верхний предел показателей диагностических критериев
лептосолей (по мощности профиля и щебнистости) совпадает с нижним порогом
для почв других групп. К лептосолям относят все маломощные или сильно каменистые почвы, т. е. почвы, залегающие на плотной породе или породе, содержащей менее 20% мелкозема. Химические, физические и биологические особенности лептосолей во многом зависят от материнской породы. Водоудерживающая
способность лептосолей мала, как и малы возможности выполнения ими опорных
функций для растений. Лептосоли хорошо дренированы и не содержат легкорастворимых солей. Среди почвенной фауны преобладают дождевые черви, энхитреиды, многоножки; доля бактерий выше, чем для других микроорганизмов. Активность живых организмов время от времени ограничивается недостатком влаги.
Лептосоли представляют собой широко распространенные на земле почвы,
и занимаемая ими площадь приближается к 1655 млн. га. Они встречаются везде:
от тропиков до полярных и приледниковых тундр, от морских побережий до высокогорий. Лептосоли преобладают во всех горных системах. Наиболее широко
распространены лептосоли, профиль которых имеет мощность меньше 10 см.
Лептосоли встречаются также на сильно эродированных поверхностях, где исходная почва уничтожена эрозией.
Почти все крутые склоны в горах мира заняты лептосолями. Эрозия ограничивает формирование какого-либо мелкоземистого чехла, на котором успели бы
развиться другие почвы, например, камбисоли. В горах много плотных и устойчивых к разрушению пород, на которых почвообразование протекает крайне
медленно. В низкогорьях и на плато лептосоли приурочены к выходам самых
устойчивых пород – долеритов или кварцитов.
188
Лептосоли могут использоваться под выпас во влажный сезон и как лесные земли. На рендзиковых лептосолях в Юго-Восточной Азии выращивают тик
и махогани; на лептосолях умеренно-теплого климата произрастают смешанные
леса, сменяющиеся хвойными на кислых породах. Наибольшую опасность для
лептосолей представляет эрозия, особенно в горах умеренного пояса, где они
активно используются для выпаса, посещаются туристами, а леса на них страдают
от загрязнения. По богатству химическими элементами лептосоли превосходят
многие почвы равнинных территорий.
В целом у лептосолей существует слишком много ограничений для использования в земледелии, но на них неплохо себя чувствуют деревья, хотя их
корни вынуждены проникать в глубокие трещины в породе, чтобы удержаться.
Для превращения лептосолей в обрабатываемые земли следует провести террасирование, собрав вручную камни, которые приспосабливаются для стенок террас.
Рациональным хозяйством может быть агролесное – сочетание сельскохозяйственных культур в севооборотах с лесоразведением. Избыточная дренированность и малая мощность лептосолей являются причиной недостатка влаги для
растений даже в условиях гумидного климата.
Термин регосоли (от греч. регос – одеяло, покров) обозначает слой рыхлых
отложений на плотных породах, или почвы со слабым развитием педогенных признаков или практически с их отсутствием. В первоначальном определении регосоли
включали неразвитые почвы любого гранулометрического состава, даже пески.
Теоретически регосоли представляют собой почвы начального этапа почвообразования на недавно отложенных рыхлых отложениях или экспонированных
на дневную поверхность процессами эрозии. Предполагается, что почвообразование малоинтенсивно и подповерхностные и более глубокие слои сохраняют
облик материнских пород. Слабая эффективность почвообразования связана с недостаточной его продолжительностью или постоянной эрозией. С другой стороны,
почвообразование может лимитироваться сухим и жарким пустынным климатом, вечной мерзлотой. Особым вариантом регосолей являются делювиальные
почвы на лёссах в условиях расчлененного рельефа. Сведение лесов в историческое время вызвало бурное развитие эрозии, обезглавившей почвы верхних частей
склонов и захоронившей почвы пониженных элементов рельефа под слоем наносов мощностью 50–100 см.
Таким образом, центральный образ регосолей представляет собой достаточно мощную хорошо дренируемую суглинистую минеральную толщу с минимальным проявлением диагностических характеристик (рис. 13.6). Регосоли распространены в любых ландшафтах, но чаще встречаются в аридных и горных.
Почти все свойства регосолей определяются материнской породой, отчасти климатом. Регосоли могут содержать разное количество оснований в зависимости
от породы. Содержание органического вещества обычно невелико. Ничтожные
проявления почвообразования объясняют низкую связность субстрата регосолей,
поэтому они подвержены эрозии, особенно на склонах.
189
Первичное почвообразование можно обнаружить в любом уголке мира.
Общая площадь регосолей в мире составляет 260 млн. га, 60% – в аридной зоне,
однако ареалы регосолей могут быть настолько малыми, что на почвенной карте
масштаба 1:1 000 000 они показаны как «включения» в картографические единицы, представляющие преобладающие почвы.
Многие регосоли, образующие закономерные почвенные комбинации с другими почвами или беспорядочно рассеянные в их ареалах, представляют собой
переходные почвы к андосолям, подзолам, гипсисолям, кальцисолям, умбрисолям, камбисолям, ферральсолям, криосолям или ареносолям. Регосоли распространены по всему миру и тяготеют к деградирующим или эродированным
землям в противоположность другим почвам развивающихся, устойчивых или
аккумулятивных ландшафтов.
При среднегодовых суммах осадков 500–1000 мм регосоли успешно
используются в орошаемом земледелии, причем в связи с их малой водоудерживающей спопобностью рекомендуется дождевание или капельное орошение,
хотя экономически оно не всегда целесообразно. Если количество осадков составляет 750 мм/год, и весной профиль достаточно промачивается, ведение водосберегающего земледелия эффективно. В горах на регосолях выпасают скот, ведут
лесное хозяйство или никак их не используют.
Регосоли на делювии лёссов в лёссовом поясе Европы и Северной Америки
высоко ценятся и интенсивно используются в земледелии, причем главным образом высокозатратном. На регосолях выращивают пшеницу, ячмень и сахарную
свеклу, а также высаживают яблони и груши. Однако постоянное отложение
делювиального материала способствует образованию корки, задерживающей
развитие проростков.
К андосолям относят почвы на вулканических пеплах, туфах, пемзах и
других эффузивных вулканических материалах, частично на других силикатных
отложениях. Быстрое выветривание пористого субстрата приводит к накоплению
устойчивых органоминеральных соединений и образованию слабоокристаллизованных минералов, в частности, аллофанов и имоголита.
При классифицировании андосолей принимаются во внимание диагностические признаки: витрик (преобладание в минеральной части вулканического
стекла) и андик (обилие алюмо-гумусовых комплексов и аллофанов).
Верхние горизонты андосолей имеют темный цвет, суглинистый состав,
рыхлое сложение и мелкокомковатую структуру; они обогащены гумусом, тесно
связанным с минеральной частью почвы (рис. 13.7). Срединные горизонты (они
не всегда присутствуют) ярко окрашены, причем их цвет заметно меняется при
высыхании, они слегка вязкие и пластичные, рыхлые или очень рыхлые. Элювиальные горизонты отсутствуют, как и горизонты иллювиального накопления
глины или гумуса, однако встречаются тонкие гидроксидные пленки. Мелкозем
имеет обычно суглинистый гранулометрический состав. Структура мелкая и
«вспушенная», при высыхании она становится порошкообразной. Молодые
190
пирокластические отложения могут быть неоднородными, что связано с последовательностью их аэральной аккумуляции, то есть почвообразование является
не единственной причиной формирования спектра горизонтов в андосолях.
Для андосолей характерны необычные физические свойства: малая объемная масса, высокая микропористость (60–90%) и водоудерживающая способность, склонность коллоидов к необратимой дегидратации, повышенная структурная устойчивость, малая диспергируемость коллоидной фракции, рассыпчатость при высыхании. Водопроницаемость андосолей велика, хотя они хорошо
удерживают влагу. Если андосоли не слишком сильно выщелочены, то они
обычно богаты элементами питания. Вместе с тем их свойства весьма специфичны,
например, заряд их поглощающего комплекса зависит от рН.
Группа андосолей велика и разнородна, занимаемая ими площадь в целом
превышает 110 млн. га (меньше 1% площади суши), причем они распространены
главным образом в вулканических регионах Тихоокеанского пояса. Большие
ареалы андосолей известны на западном побережье Америки, в Японии, в Индонезии, на Филиппинах, в Папуа-Новой Гвинее, в Исландии, в Италии и в Новой
Зеландии. В Африке андосоли распространены вдоль рифтовых систем в Эфиопии, Кении, Руанде, а также в Камеруне и на Мадагаскаре.
Андосоли часто считают очень плодородными почвами в связи с высоким
содержанием в них легко выветривающегося вулканического стекла и других
первичных минералов, обогащенностью органического вещества азотом, фосфором и серой. Под естественной растительностью и в ненарушенном состоянии
андосоли отличаются достаточно высокой пористостью в сочетании со структурной устойчивостью, что обеспечивает быстрое впитывание осадков, следовательно, ограничивает развитие эрозии. Основной проблемой является необменная фиксация фосфора, в меньшей мере – повышенная кислотность и наличие
токсичных форм алюминия. Малая доступность фосфора ввиду сильной его
фиксации может быть устранена внесением удобрений.
В зависимости от климатических условий и абсолютной высоты ареалов
андосолей меняется набор сельскохозяйственных культур, выращиваемых на них.
Ими могут быть сахарный тростник, табак, сладкий картофель, цветы, овощи
или пшеница. На крутых склонах андосоли оставляют под лесом, на низменностях
при близких грунтовых водах используют под рис.
Флювисоли (от лат. fluvius – река) – особый класс почв на аллювии. Условия образования, в первую очередь осаждение взвесей из полых вод, неизбежно
приводят к слоистости материнской породы аллювиальных почв. Именно стратификация является главным признаком, отделяющим флювисоли от всех других
почв. Во многих случаях она легко определяется по гранулометрическому составу
и содержанию органического вещества. Флювисоли не обнаруживают ясной
дифференциации на горизонты, в них отчетливы признаки окисления/восстановления и хорошо выражен верхний горизонт (рис. 13.8).
191
По химическим характеристикам их можно отнести к богатым почвам
с близкой к нейтральной реакцией. В приморских флювисолях возможно засоление и солонцеватость, что ограничивает возможности их использования. Близкое
к поверхности залегание грунтовых вод и паводки вызывают частое переувлажнение флювисолей.
По определению, флювисоли приурочены к субстратам, отложенным
в водной среде. Флювисоли встречаются на всех континентах и в любом климате,
чаще всего в речных долинах, дельтах, на конусах выноса. В верховьях рек они
образуют узкие приречные полосы, в приморских ландшафтах занимают бары,
приливные зоны и вдающиеся в море низкие берега. Общая площадь флювисолей составляет 350 млн. га, причем они распределены сравнительно равномерно.
Тем не менее самые большие их ареалы встречаются в крупных дельтах рек,
вдоль больших и малых рек и озер.
Ни один почвообразовательный процесс, за исключением накопления
органического вещества в верхнем горизонте, не оставляет своих следов в профилях флювисолей. Глубже 25 см в молодых флювисолях обнаруживается только
оглеение. Постоянное или временное избыточное увлажнение в сочетании с низкой биологической активностью способствовали сохранению в почвах исходной
стратификации отложений, поэтому флювисоли генетически связаны с другими
не очень развитыми почвами – камбисолями, регосолями, ареносолями, лептосолями, глейсолями и солончаками. Исходные свойства толщи флювисолей нарушаются почвенными животными, проникновением и развитием корней, циклами
увлажнения/иссушения. Нарушения приводят к формированию горизонта камбик,
выраженного в той или иной мере, и флювисоли в зависимости от условий
увлажнения могут эволюционировать в камбисоли или глейсоли.
На многих поймах сохраняется естественная болотная растительность,
в частности, мангры в приливной полосе тропических морских побережий.
Рекомендуется оставлять их в естественном состоянии с ограниченным использованием на дрова, для рыбной ловли и охоты.
Флювисоли используются как луговые земли или как пашни с широким
набором культур. Как правило, флювисоли плодородны, но требуют контроля
режима увлажнения (польдеры, плотины и пр.).
В Юго-Восточной Азии флювисоли часто заняты рисовыми чеками, что
очень выгодно, тем более что на них собирают три урожая в год. При возделывании риса необходим период сброса воды из рисовых чеков и просыхания почвы
по меньшей мере на несколько недель в году. В сухое время активизируется
микробиологическая активность, следовательно, идет трансформация органических остатков с высвобождением из них элементов питания.
Глейсоли (от народного русского слова глей, означающего вязкую переувлажненную землю) испытывают постоянное или временное избыточное увлажнение от грунтовых вод, и в них развиваются восстановительные процессы.
192
По этой причине окраска верхней части профиля становится неоднородной, пятнистой (при наличии периода аэрации), либо горизонт приобретает цвет, обусловленный восстановительными процессами (рис. 13.8). Глеевые свойства развиваются в тот период, когда почва полностью насыщена водой вследствие
близкого залегания грунтовых вод. Этот период должен быть достаточно продолжительным, чтобы могли развиться восстановительные процессы: в тропиках
это может быть несколько дней, в других районах – несколько недель.
Почвенный материал, находящийся в восстановительных условиях, в водонасыщенном состоянии имеет характерные глеевые тона окраски основной массы
(от белых к черным и от голубоватых к зеленоватым). Голубовато-зеленые оттенки преобладают в суглинистых и глинистых субстратах, черные пятна свидетельствуют о присутствии сульфидов железа. Пески отличаются светло-серым
до белого цветом вследствие обеднения их соединениями железа и марганца.
Верхняя часть слоя с восстановительной обстановкой обычно испещрена ржавыми пятнами по ходам корней или роющих животных.
Окислительные признаки проявляются в случае чередования окислительных и восстановительных условий, например, в зоне капиллярной каймы или
в верхних горизонтах почв с сильно колеблющимся уровнем грунтовых вод.
К признакам окислительных обстановок относится пятнистость окраски, причем
цвету пятен в общем виде соответствует преобладание той или иной минералогической формы оксидов железа. Наиболее обычны в почвах красновато-бурые
пятна (ферригидрит), оранжевые (лепидокрокит) или желтовато-бурые (гетит).
Для кислых сульфатных почв характерны еще и светло-желтые пятна (ярозит).
Глейсоли тяготеют к понижениям, днищам долин и находятся под постоянным влиянием грунтовых вод. Они существенно различаются по экологии и
возможностям хозяйственного использования. Глейсоли отличаются умеренным
плодородием, связанным с их химическими свойствами, средним или тяжелым
гранулометрическим составом и положением в области аккумуляции продуктов
геохимического стока. Разложение органических остатков в них происходит
медленно. Большую часть года глейсоли насыщены водой. Чередование циклов
переувлажнения – высыхания также может способствовать уплотнению благодаря ослаблению связей между частицами во время насыщения влагой и сжатию
частиц при высыхании. В профилях почв ряда реферативных групп наблюдаются
признаки грунтового оглеения глубже, чем это требуется диагностикой глейсолей.
Такие почвы являются переходными от глейсолей к почвам других реферативных групп.
Глейсоли встречаются в любых климатических условиях – от избыточно
влажных до аридных как азональные почвы; они занимают площадь около
720 млн. га. Наиболее крупные ареалы глейсолей находятся в бореальных областях; около 200 млн. га глейсолей были обнаружены в тропиках – в Амазонии,
экваториальной Африке и прибрежных районах Юго-Восточной Азии.
193
Глейсоли чаще всего находятся под естественной болотной растительностью или используются под пастбища. В тропиках и субтропиках на глейсолях часто выращивают рис. Глейсоли с искусственным дренажем успешно
используют в земледелии, молочном животноводстве и садоводстве. Одна
из проблем, возникающих при использовании глейсолей, – неудобства
передвижения по ним сельскохозяйственного и прочего транспорта. Не
следует обрабатывать эти почвы при слишком высокой влажности, так как
они подвержены обесструктуриванию.
Стагносоли (псевдоглеи, от лат. stagnare – затоплять) – почвы с периодическим застоем верховодки, следовательно, со стагниковой (окислительно-восстановительной) цветовой гаммой. Они сильно увлажнены по всему профилю и
могут быть отбеленными и/или содержать конкреции (рис. 13.9). Стагносоли
формируются на различных рыхлых отложениях, включая моренные, суглинистые эоловые, аллювиальные и делювиальные, а также на аргиллитах и алевролитах, подвергшихся физическому выветриванию. Наиболее характерными условиями являются плоские или волнистые равнины, влажный и сильно влажный
умеренный или субтропический климат.
Стагносоли занимают 150–200 млн. га в мире. Больше всего их во влажных и избыточно влажных районах Европы, Северной Америки, Юго-Восточной
Австралии и в Аргентине. Они встречаются в сочетаниях с лювисолями, а также
суглинистыми или глинистыми камбисолями и умбрисолями. Во влажных субтропических районах они входят в почвенные комбинации с акрисолями и планосолями.
Возможности сельскохозяйственного использования стагносолей ограничены дефицитом кислорода, что связано с застаиванием атмосферной влаги
в верхней части профиля на плотном срединном горизонте, следовательно, рекомендуется искусственное осушение. Однако в отличие от глейсолей, то есть
грунтово оглеенных почв, успешно осушаемых открытым или закрытым дренажем, в случае стагносолей – поверхностно-огленных почв – необходимо дополнительное глубокое рыхление или глубокая вспашка для улучшения водопроницаемости. Осушенные стагносоли достаточно плодородны, поскольку они в значительной степени сохранили свои минеральные резервы при умеренных или
слабых процессах выщелачивания.
Техносоли – новая реферативная почвенная группа, объединяющая почвы,
почвенные процессы; их свойства определяются преимущественно их индустриальным (техническим) происхождением. Они содержат значительное количество
артефактов или запечатаны плотным техногенным материалом (материал, созданный человеком и резко отличающийся своими свойствами от природного). К техносолям отнесены почвы промышленных свалок и отходов (шахтных, хвостохранилищ, грунты насыпей, золы и шлаки), мостовые с рыхлыми отложениями под
ними, почвы с геомембранами и искусственные почвы из рукотворных материалов.
194
Техносоли формируются на любом субстрате, созданном искусственно
или оказавшемся на поверхности, только в результате индустриальной деятельности и никаким другим образом. Они обычно не имеют профиля, хотя на старых
отвалах (например, древнеримских) обнаруживаются признаки природных почвенных процессов, например, перемещения ила. Техносоли с сильным химическим
загрязнением имеют морфологический профиль исходной природной почвы.
Техносоли встречаются во всем мире, там, где люди сконструировали
искусственные почвы, запечатали естественные или извлекли на поверхность
глубинные породы, не имевшие признаков гипергенных процессов. В результате
города, дороги, свалки, нефтяные разливы и прочие тела включены в техносоли.
Техносоли обычно сильнее загрязнены, чем почвы других реферативных групп;
рекомендуется обращаться с ними осторожно, поскольку они могут содержать
токсичные или вредные вещества.
Многие техносоли, особенно на насыпных субстратах, рекультивируются –
перекрываются слоем природного материала, на котором может существовать
растительность. Такие слои являются частью толщи техносолей, поскольку соблюдаются диагностические критерии техносолей в отношении артефактов (20%
по объему в верхних 100 см).
Под антросолями понимаются почвы, в которых антропогенные воздействия настолько сильно изменили исходный профиль, что он стал практически
неузнаваемым, либо исходный профиль погребен под отложениями, связанными
с действиями человека. Выделено несколько «антропедогенных процессов»: глубокая вспашка, внесение навоза в системе «плагген», поступление чужеродных
материалов, орошение мутными водами, длительное выращивание риса. Обычно
антросоли приурочены к территориям с достаточно давним земледелием и
к любым породам. Влияние человека чаще всего ограничивается верхним горизонтом (рис. 13.9), что служит основанием для определения горизонта как антропогенного (антрик). В насыпном материале часто встречаются артефакты –
обломки кирпича и керамики – и он содержит много фосфора.
Особым вариантом антросолей являются почвы плагген. Их профиль состоит из мощного искусственного слоя с высоким содержанием гумуса, созданного длительным внесением навоза с минеральными примесями. Расчеты показывают, что самые мощные плаггены формируются не менее чем за тысячу лет.
Химические и физические свойства антросолей крайне неоднородны.
Однако главные общие черты их генезиса связаны с состоянием органического
вещества. Следовательно, антропедогенные горизонты, кроме рисовых почв,
содержат достаточно или много органического углерода. Отношение C/N обычно
узкое (<10), что свидетельствует о высокой микробиологической активности.
Большая часть антропогенных горизонтов содержит много элементов питания и
имеет благоприятные для культурных растений физические свойства (хорошо
сформированную структуру, высокую пористость, высокую водоудерживающую
способность).
195
Антропогенные воздействия на почвы резко усилились в последние десятилетия, стали повсеместными и интенсивными. Антросоли занимают около
0,5 млн. га в Западной Европе (преимущественно в Нидерландах, Бельгии, Германии, Великобритании и Ирландии). Большие ареалы антросолей в Юго-Восточной Азии связаны с культурой риса, мелкие участки с антросолями можно найти
практически в любой стране мира.
Поскольку свойства антросолей сильно варьируют, и к почвам предъявляются совершенно разные требования, единой оценки их использования и рекомендаций быть не может. Самыми плодородными можно считать почвы плагген
Западной Европы. Темная окраска поверхности почвы и обеспеченный отток
влаги из профиля позволяют приступить к их обработке в самом начале сельскохозяйственного сезона, что снимает одно из важных для почв Северной Европы
ограничений. На плаггенах всегда выращивали озимую рожь, овес, картофель,
овощи, ячмень и табак, теперь их используют даже под сахарную свеклу и яровую
пшеницу, под питомники для древесных культур.
Оригинальным приемом создания рисовых почв является разминание
(puddling) – интенсивная пахота переувлажненной почвы с целью уменьшения
фильтрации.
Особой группой почв мира являются гистосоли, то есть почвы, сформированные на органогенных породах, начиная от моховых торфяников бореальных тундр до тростниково-осоковых и древесных торфов умеренного пояса, а
также почвы мангровых и болотных лесов влажных тропиков. Гистосоли называют торфяными, перегнойными, болотными и органическими почвами.
Гистосоли выделяются наличием горизонта гистик, сформированного
в органическом субстрате (т. е. преимущественно в торфе), благодаря чему его
физические, химические и механические свойства резко отличаются от свойств
минеральных почвенных горизонтов. Почвы развиваются в результате накопления органического вещества, продуцируемого растительностью, хорошо приспособленной к условиям переувлажнения. Биохимические процессы преобразования органических остатков заторможены низкими температурами и/или длительным затоплением, высокой кислотностью и олиготрофностью среды. Степень
разложения органического вещества сильно варьирует и представляет собой
один из важных критериев разделения гистосолей.
Большая часть химических свойств гистосолей, их ЕКО, механические характеристики определяются количеством и свойствами органического вещества.
Плотность и объемная масса имеют особое значение для гистосолей, поскольку они
определяют общий объем пор, следовательно, возможности строительства и передвижения по территориям, в почвенном покрове которых преобладают гистосоли.
Оба показателя сильно влияют на масштабы усадки и сработки торфа при проведении искусственного дренажа. Обычно гистосоли в естественном состоянии отличаются высокой пористостью, рыхлым сложением и обводненностью торфа.
196
В гистосолях велики колебания значений рН. Так, щелочные торфы с рН = 7,8
были описаны на Мальдивских островах; исключительно кислые торфы с рН
ниже 2 встречаются в тех случаях, когда они содержали пирит и были осушены.
Обычно эвтрофные низинные торфы имеют близкую к нейтральной реакцию,
а верховые олиготрофные торфы обычно кислые или сильно кислые.
Площадь, занимаемая в мире гистосолями, оценивается в 325–375 млн. га,
около половины приходится на бореальную, субарктическую и арктическую зоны
северного полушария, и только 10% составляют болота тропических низменностей. Гистосоли образуют фон в почвенном покрове центральной Канады, северной Финляндии, западной Шотландии и Западной Сибири. Обычно они сочетаются с другими слабодренированными почвами, например, глейсолями на Аляске
и на севере России. Около 20 млн. га кислых лесных болот окаймляют Зондский
пролив в Юго-Восточной Азии, небольшие массивы приурочены к дельтам,
например, Ориноко и Меконга.
Бореальные гистосоли на вечной мерзлоте встречаются в сочетаниях
с почвами, имеющими стагниковые или глейиковые признаки. При переходе
к территориям с умеренно-холодным климатом в почвенных сочетаниях начинают
участвовать подзолы.
Гистосоли с близким уровнем грунтовых вод («низинные торфяники»)
встречаются в понижениях, в речных долинах, озерных котловинах, приморских
ландшафтах умеренного пояса, но иногда и в тропиках. Им сопутствуют флювисоли, глейсоли, солончаки в приморских районах (рядом с мангровыми болотами).
Свойства гистосолей, способы и перспективы их использования определяются, кроме всего прочего, характером органического материала (стратификация, степень разложения, ботанический состав, плотность сложения, содержание древесных фрагментов) и типом болота (верховое, низинное), а также положением поверхности по отношению к существующей и будущей гидросети.
Направления и технологии использования гистосолей в значительной мере определяются такими их специфическими свойствами, как малая объемная масса и
сопротивление сжатию (служащие ограничениями для движения транспорта и
недостаточно устойчивого закрепления корней деревьев), быстрая минерализация органического вещества в результате осушения (сработка и усадка).
При освоении под сельскохозяйственные культуры необходимо внесение
удобрений. В странах с умеренным климатом активно проводилось осушение
торфяников, в результате чего многие болота деградировали и ценнейшие торфяные залежи исчезли. В случаях успешного освоения тропические болота превратились в маломощные низинные торфяники, в последние годы на них стали
разводить масличную пальму, акации и эвкалипты.
В последние годы изменилось отношение к освоению болот: считается
необходимым сохранение этих хрупких экосистем как глобальных регуляторов
потоков вещества и местообитаний ценных видов животных при том, что сельско197
хозяйственные проекты малоэффективны. Если гистосоли оказывается необходимым использовать, то предпочтительнее ведение лесного хозяйства или создание многолетних плантаций, чем возделывание однолетников или овощей и
тем более совершенно абсурдное по нецелесообразности расходование торфа
как горючего материала для электростанций или торфяных горшочков или парниковой земли.
При тщательно спланированном осушении, предусматривающем минимизацию сработки, т. е. мелком дренаже, при внесении удобрений и известковании
гистосоли можно ограниченно использовать в земледелии.
Различные азональные почвы доминируют в горных районах, занимающих больше 20% всей поверхности суши. В горных районах в основных чертах
повторяется та же комбинация факторов почвообразования, что и на равнинах,
поэтому в горах распространены многие почвы, похожие на автоморфные почвы
равнинных территорий: подзолы, каштаноземы, черноземы, камбисоли и др.
Вместе с тем формирование почв в условиях горных и равнинных областей имеет
определенные отличия. В результате однотипные почвы, образованные в равнинных и горных областях, явно различаются. В русскоязычном почвоведении
традиционно выделяли горно-подзолистые, горные черноземы и т. д.
Для покрова горных стран типична закономерная смена почв с изменением
высоты – вертикальная зональность (поясность). Это явление обусловлено закономерным изменением гидротермических условий и состава растительности.
Нижний пояс горных почв определяется условиями той природной зоны, на
площади которой находятся горы.
Структура вертикальной зональности почвенного покрова горной страны
зависит не только от типа равнинной почвы, на площади распространения которой расположена горная страна, но и от местных, провинциальных, биоклиматических особенностей. Так, например, в горных системах Центральной и отчасти
Средней Азии развита горно-степная зона, преходящая в горно-луговую, а зоны
горно-лесных почв нет (явление выпадения зон). Это обусловлено резкой засушливостью климата Азии. Границы горных почвенных зон в зависимости от местных
условий могут повышаться и понижаться над уровнем моря. В некоторых случаях
порядок смены нарушается. Происходит инверсия почвенных зон, когда одна зона
оказывается выше, чем следовало по аналогии с горизонтальными. Так, например,
в Лорийской степи в Закавказье черноземы расположены выше лесных почв.
Широко распространено проникновение одних зон в другие по горным долинам
и ущельям (миграция), выпадение отдельных зон (интерферренция).
В горных системах мира встречаются весьма разнообразные структуры
вертикальной зональности, которые часто существенно отличаются на склонах
разной экспозиции.
В Известняковых Альпах ниже нивального пояса развиваются камбик лептосоли (2200–2800 м), сменяемые в субальпийском поясе (1800–2200 м) фолик
198
гистосолями, затем подзолами или рендзик лептосолями (700–1800 м) и глейсолями на северном склоне или эутрик камбисолями на южном склоне (до 700 м).
Последовательность смены почв в Центральных Альпах: регосоль – дистрикт камбисоль – подзол – глейсоль – фолик гистисоль – скелетик лептосоль – гелик регосоль.
Катена горного леса в Эфиопии: вертисоль (нижний пояс саванн) – моллик
нитисоль (лес) – гумик умбрисоль (лес) – моллик камбисоль (верхний пояс саванн) –
нитик-умбрик алисоль (лес) – гумик умбрисоль (кустарниковый пояс, 3200 м).
Катена в Андах Эквадора начинается регосолями у океана, далее следуют:
литик лептосоль – криосоль – каштанозем – файозем (межгорная котловина –
Влажная Пуна) – снег – лептосоль – гумик умбрисоль (горный лес) – акрисоль
(нижняя часть восточного склона гор).
Вертикальную зональность почв Большого Кавказа в Азербайджане характеризует следующая смена почвенных зон: каштаноземы до 400 м – черноземы
(степи) или камбисоли (дубово-буковые леса) от 400 до 900 м – моллик лептосоли
(альпийские и субальпийские луга) от 900 до 2700 м – лептосоли под разряженной
лишайниково-кустарниковой растительностью до 3200 м – вечные снега и льды.
Для более увлажненного западного склона Большого Кавказа характерна
следующая последовательность: акрисоли до 500 м – камбисоли до 1200 м –
подзолы до 1600 м – моллик лептосоли до 2000 м – фрагментарные лептосоли
до 2800 м – пояс вечных снегов и льдов.
Катена в горах Суматры начинается с гистосолей (мангровые леса), далее
глейсоль – ареносоль – подзол – плинтик акрисоль – ферральсоль – умбрик
андосоль – гумик умбрисоль.
Соотношение процессов аккумуляции и сноса мелкоземистого материала
обусловливает морфологическую особенность горных почв – маломощность генетических горизонтов и всего почвенного профиля (сплюснутость профиля). Наиболее общей особенностью почвенного покрова горных стран служит преобладание примитивных почв – лептосолей. Это обусловлено тем, что почвенный
покров беспрестанно смывается и состав почв обновляется за счет обломочного
материала коренных пород. Наиболее типичными именно для горных стран
являются также регосоли и андосоли.
Среди специфических горных почв в первую очередь необходимо отметить
горно-луговые (моллик лептосоли в WRB). Они образуются в условиях холодного
и влажного климата высокогорий и большой солнечной радиации. Пышная растительность альпийских и субальпийских лугов обусловливает значительное
количество растительных остатков, как надземных, так и корневых. Вегетационный период непродолжителен (2–3 месяца), количество осадков значительное
(от 800 до 1200–1500 мм). Вследствие малой продолжительности теплого сезона
и высокой влажности почв, подавляющей микробиологические процессы, полного разложения органических остатков не происходит. В результате в верхней
части профиля формируется дерновый гумусовый горизонт, богатый грубым
199
гумусом с преобладанием фульвокислот. Почвы альпийских лугов кислые, часто
имеют небольшой торфянистый горизонт.
В восточной половине Памира и во внутренней части Тянь-Шаня
в условиях холодного и аридного климата развиты своеобразные кальцисоли.
Они малогумусны, карбонатны и часто засолены.
Большое влияние на характер горных почв оказывает химизм горных пород.
В горно-таежных районах Центральной и Восточной Сибири под влиянием горных пород, богатых карбонатом кальция, формируются рендзик лептосоли, в то
время как на породах, состоящих в основном из кварца и полевых шпатов, развиты горные криосоли.
Разнообразные структуры вертикальной зональности, сильное влияние
рельефа и геологического строения, специфические особенности строения почв –
все это сказывается на большой сложности строения почвенного покрова.
200
ЛЕКЦИЯ 14. ПОЧВА КАК ЗЕМЕЛЬНЫЙ РЕСУРС
14.1. Плодородие почв
Почва является земельным ресурсом в первую очередь потому, что обладает
плодородием – неотъемлемым свойством почвы, от которого зависит жизнь растений и животных. Под плодородием в современной научной литературе принято
понимать способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми
необходимыми им условиями. Часто пишут, что плодородие – уникальное свойство почвы, что не совсем правильно, так как плодородием обладают многие
покровные суглинки, особенно лёссы, аллювиальные депозиты, дно озер и морей.
Растения нуждаются в воде, элементах питания, свете, тепле, кислороде,
углекислом газе. Все это (кроме света) в той или иной мере дает почва.
К. Маркс в «Капитале» различал три категории плодородия почвы: естественное (природное), искусственное (эффективное) и экономическое. Естественное
плодородие определяется свойствами природных почв, формирующихся в процессе их эволюции под влиянием природных факторов почвообразования. Естественным плодородием обладают целинные почвы.
Эффективное плодородие свойственно почвам сельскохозяйственного
использования и проявляется в виде способности поддерживать некоторый уровень урожая культурных растений. Эффективное плодородие – та часть потенциального плодородия, которая реализовывается в виде урожая растений при
данных погодных и агротехнических условиях.
Экономическое плодородие связано с разной оценкой конкретных земельных участков в зависимости от их расположения и удобства использования.
Экономическое плодородие – экономическая оценка почвы в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими характеристиками земельного участка.
Потенциальное плодородие – суммарное плодородие почвы, определяемое
ее свойствами, как естественными, так и измененными человеком.
Относительное плодородие – плодородие почвы по отношению к определенной группе или виду растений. Плодородная для одних культур почва может
быть неплодородна для других.
Воспроизводство плодородия – совокупность природных почвенных процессов и целенаправленных антропогенных воздействий для поддержания эффективного плодородия почв на уровне, приближающемся к потенциальному плодородию.
Рост и продуктивность растений зависят от плодородия почвы, но и плодородие зависит от количества поступающего органического вещества и направленности биологического круговорота. В этой связи на Земле растительные и
почвенные зоны находятся в естественной связи. В природных биогеоценозах
устанавливается динамическое равновесие между почвой и растительностью,
почве любого плодородия находится свой вид растительности, по отношению
к которому она наиболее плодородна. Болотные или лесные растения не могут
расти на черноземе, например.
201
Плодородие формируется в процессе образования самой почвы и формируется всей совокупностью свойств почвы, а не только верхним ее слоем, где
находится большая часть гумуса, корней, питательных веществ.
Важнейшими свойствами почв, определяющими ряд соподчиненных
свойств и в конечном счете плодородия, являются гранулометрический состав,
структурность, водно-физические свойства, тепловые свойства, содержание органического вещества, поглотительная способность, биологическая активность почв.
Гранулометрический состав почвы определяет тепловой, воздушный,
водный и пищевой режимы. Легкие почвы прогреваются раньше тяжелых, и их
называют «теплыми почвами». Они имеют хорошую водо- и воздухопроницаемость. Благодаря высокой аэрации органическое вещество в таких почвах быстро
минерализуется, а гумификация ослаблена. Из-за малой влагоемкости влага
не накапливается, а элементы питания активно вымываются. Их поглотительная
способность и буферность низка.
Тяжелые почвы более «холодные», слабопроницаемы, значительная часть
их влаги недоступна растениям. При сезонном переувлажнении возможен дефицит воздуха и развивается оглеение.
Экологическое значение гранулометрического состава почв в первую
очередь в том, что с ним связано богатство или бедность почв. Обычно чем
легче гранулометрический состав, тем меньше гумуса и питательных элементов. С увеличением содержания ила эти параметры растут, но плодородие снижается с какого-то момента из-за ухудшения физических свойств. Негативное
действие избытка глинистых частиц может компенсировать структурность
почвы. Для большинства почв (подзолов, альбелювисолей, алисолей) оптимальным является легко- и среднесуглинистый либо (для файоземов, черноземов, каштаноземов, кальцисолей) тяжелосуглинистый состав почв. Для почв
Беларуси в большинстве случаев максимальные урожаи обеспечивают легкосуглинистые почвы. Для картофеля, арахиса, маниока, дыни, тыквы и черешни
оптимальны еще более легкие почвы.
Структурность определяет плотность почвы, ее физические свойства и
связанные с ними тепловой, водный, воздушный и пищевой режим, что
в конечном счете сказывается на величине урожая. В бесструктурной почве
обычно наблюдается дефицит либо воды, либо воздуха. В структурных почвах
вода удерживается в капиллярах, а воздух – в межагрегатных пустотах, обеспечивая постоянный газообмен с атмосферой, удаляя углекислый газ. Структурность почв обеспечивает одновременное наличие в почве и аэробных, и анаэробных микроорганизмов. Для плодородия почвы очень важны размеры структурных агрегатов. При величине агрегатов менее 0,5 мм резко падает порозность
аэрации, имеется явный недостаток кислорода. Уже при величине агрегатов 1–2 мм
порозность аэрации увеличивается до оптимальных 30%, а содержание нитратов,
например, увеличивается в 4 раза.
202
Тепловые свойства почв, то есть их способность поглощать и отражать
лучистую энергию солнца, проводить и удерживать тепло, также во многом
определяют рост и развитие растений. Тепловой режим почвы зависит от цвета
почвы, водно-воздушных свойств, теплоемкости заполняющей ее воды или воздуха.
Органическое вещество почв содержит основную массу азота, 80% серы,
60% фосфора, много других элементов питания. Эти элементы не вымываются,
но постепенно могут использоваться растениями. Органическое вещество – источник энергии для микроорганизмов, мобилизующих элементы питания для
растений из растительных остатков и минеральной части почвы. С количеством
и качественным составом гумуса связано образование водопрочной структуры и
формирование благоприятных водно-физических и технологических свойств
почв. Органические коллоиды вносят существенный вклад в создание поглотительной способности почв.
Поглотительная способность почв обуславливает ряд жизненно важных
для растений свойств почвы – пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элементы питания удерживаются почвой и меньше вымываются осадками, оставаясь доступными для растений. От емкости и состава обменных
катионов зависит реакция почв, дисперсность, способность к агрегированию, водопрочность. Поглощенные водород, алюминий, железо разрушительно действуют
на структуру почв и поглощающий комплекс в целом, а «кальций» называют
стражем плодородия. Натрий способствует формированию таких негативных
свойств, как плотная столбчатая структура и щелочная реакция среды.
Биологическая активность почвы определяется численностью, составом
и активностью почвенной фауны, микроорганизмов, ферментов. Они непосредственно участвуют в трансформации недоступных растениям элементов питания,
участвуют в образовании гумуса, биологически удерживают элементы питания.
В биомассе отмирающих микроорганизмов (а их количество может достигать 6 т/га)
содержится около 12% азота, 3% фосфора, 2,2% калия. Биологическая активность определяет фиксацию атмосферного азота и образование углекислоты для
процессов фотосинтеза.
Те или иные свойства почв могут иметь положительную или отрицательную роль в формировании почвенного плодородия. В агрономии и агрохимии
известен закон минимума, согласно которому урожай растений определяется тем
фактором, который находится в минимуме в данный момент. «Бочка» Либиха
в настоящее время не считается вещью абсолютно бесспорной, но такая закономерность в почве, несомненно, есть.
В почвоведении основная практическая задача – ликвидация или минимизация лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиораций и агротехнологических приемов. Основными приемами являются:
– известкование (повышенная кислотность);
– гипсование, кислотование (засоленность, щелочность);
– промывка и дренаж вод (избыток солей);
203
– пескование, оструктуривание и глубокое рыхление (глинистость);
– оструктуривание, рыхление, травосеяние (высокая плотность);
– тепловые мелиорации (недостаток тепла);
– орошение, агротехнические приемы накопления воды (недостаток влаги);
– минеральные и органические удобрения (недостаток питательных элементов);
– осушительный дренаж (избыток влаги);
– дренаж, щелевание, оструктуривание (недостаток аэрации);
– планировка поверхности (микрорельеф);
– террасирование, полосно-контурная обработка (значительный уклон).
В отношении требований к плодородию почвы естественных фитоценозов
и агроценозов существенно отличаются. В естественной среде растительный
покров представлен растениями разных видов, которые отличаются по
биологической стойкости и требовательности к потреблению элементов питания
и воды как в количественном аспекте, так и в плане периодичности потребления
в течение вегетации. Ярусность растительности позволяет полнее использовать
свет и тепло. В целом природный фитоценоз – устойчивое растительное
сообщество, приспособленное к климатическим и иным условиям местности и
к почве.
Агроценоз обычно представлен популяцией одного вида. Этот вид растений
потребляет много воды и пищи, причем периоды максимального потребления
резко совпадают. Человек постоянно стремился создавать оптимальные условия
для наиболее нужных ему популяций растений, подбирал и видоизменял сорта
в расчете на максимальную продуктивность в значительной мере за счет утраты
устойчивости к неблагоприятным условиям среды. Культурные растения хуже
естественных способны извлекать питательные элементы из труднодоступных
соединений, их продуктивность подвержена капризам погоды, они без помощи
человека не способны справиться с сорняками.
Свойства большинства почв не соответствуют тем высоким требованиям,
которые предъявляют современные культурные растения. Почти все культурные
растения нуждаются в почве с умеренной плотностью и такой аэрацией, чтобы
был хороший газообмен и не было чрезмерной минерализации органического
вещества. При плотности сложения почвы выше 1,45–1,60 г/см3 продуктивность
многих растений резко снижается. При высоком уровне урожая отдельные виды
культурных растений могут потреблять до 500 кг/га азота и кальция, 350 кг/га
калия, 120 кг/га фосфора. Суммарное отчуждение элементов питания составляет
в среднем для разных почв 300–600 кг/га. Огромную роль играет и наличие микроорганизмов, высокая активность которых крайне важна для высокой продуктивности. В пахотных почвах обычно численность и активность бактерий и других
микроорганизмов значительно выше, чем в целинной. Культурные растения
предъявляют высокие требования к содержанию и составу гумуса почвы. Гумус
в пахотных почвах активно минерализуется, и для поддержания баланса гумуса
даже на среднем для Беларуси уровне (2,0–2,5%) необходимо по разным данным
вносить от 8 до 12 т/га навоза в среднем за год.
204
Культурные растения предъявляют повышенные требования и к наличию
воды, в них не отработана система экономного водопотребления и влагоудержания, высокая транспирация. Плодородная почва должна обладать высокой влагоемкостью, то есть быть структурной и иметь достаточное количество коллоидных частиц.
Большинство культурных растений хорошо растет лишь в определенном
диапазоне кислотности среды, они крайне негативно относятся к сильнокислой
или щелочной реакции среды. Важную роль играет и буферность, так как угнетение растений может быть и после кратковременного подкисления, например,
в результате применения физиологически кислых удобрений. Плодородные почвы
обычно имеют высокую емкость катионного обмена, насыщенную преимущественно кальцием.
Культурные растения произрастают лишь в определенном тепловом режиме,
в гораздо более узком интервале, чем естественная растительность, отдельные
представители которых могут переносить и очень высокие, и очень низкие температуры. С тепловым режимом связаны сроки сева и тем самым урожаи культур.
В целом плодородная почва должна обладать мощным, оструктуренным,
биологически активным, богатым гумусом слоем с большими запасами элементов
питания, благоприятным водно-воздушным, тепловым и пищевым режимом. Преобразование почв в соответствии с требованиями культурных растений называется
окультуриванием, а степень соответствия почв требованиям культурных растений –
окультуренностью. По мнению ряда авторов, в плодородных почвах идет своеобразный, отличный от природного культурный почвообразовательный процесс.
Плодородие почвы растет вместе с уровнем развития науки и носит относительный характер, оно не может быть выражено какой-то отдельной величиной.
Параметры свойств почв разной степени окультуренности одновременно являются
мерой уровня плодородия почвы на данной ступени развития науки и техники.
После вовлечения целинной почвы в сельскохозяйственную культуру ее
плодородие меняется в зависимости от степени окультуривания почвы, оно может
иметь направление улучшения и деградации. Основными факторами воздействия на почву являются: обработка почвы, удобрения и сами культурные растения. Все они действуют на почву двояко, зачастую негативно. Механическая обработка разрушает структуру, способствует минерализации гумуса, с урожаями
выносятся элементы питания. Длительное применение кислых минеральных
удобрений может существенно подкислить почву, и она начнет деградировать.
Почва при длительной монокультуре, особенно люцерны, льна, сахарной свеклы,
начинает страдать от почвоутомления, поэтому непременным приемом использования плодородных почв должно быть чередование культур.
При культурном земледелии все негативные последствия предусмотрены:
возмещается вынос элементов, оструктуривается почва, проводится известкование и т. п. Особенно важное значение имеют гуматы кальция, то есть оптимизация
состава обменных катионов и внесение навоза – важнейшие факторы окультуривания.
205
Почва – основное и незаменимое средство производства, обеспечивающее
существование человечества. Вопросы плодородия почв всегда имели социальноэкономическое значение, его нельзя рассматривать без контекста социальноэкономических отношений. При правильном использовании почва постоянно
улучшается, хотя в мире популярна точка зрения, высказанная еще в 1766 г.
французом А. Тюрго о наличии закона убывающего плодородия почвы.
С экономической точки зрения наибольшее влияние на продуктивность
обрабатываемых земель влияют достигнутое плодородие используемых земель и
их местоположение по отдельным регионам и странам мира, а также внутри них.
При использовании более плодородных земель образуется земельная рента. Ее
источниками выступают труд, земля, капитал и предпринимательские способности.
Причиной образования дифференциальной ренты I, обусловленной различиями
в плодородии и местоположении земельных участков, является монополия на
землю как объект хозяйства, абсолютной земельной ренты – монополия частной
собственности на землю, а монопольной земельной ренты – монопольная собственность на особо ценные по своим свойствам земли. Убыточность и низкая
рентабельность большинства сельскохозяйственных предприятий в Никарагуа,
Бурунди и других отсталых в аграрном отношении странах не позволяет осуществлять инвестиции в повышение плодородия земель и, соответственно, получать дифференциальную земельную ренту II рода, обусловленную различиями
в уровне капиталовложений. Ее систематически получают высокоразвитые страны
и некоторые землепользователи в других странах, ведущие интенсивное сельскохозяйственное производство, осуществляющие инвестиции в земледелии и
в других отраслях аграрной экономики.
14.2. Рациональное землепользование
Почва, почвенный покров – место поселения человека, средство и материал
труда, «базис коллектива». Почва – это одно из основных средств производства
и объект труда в сельском хозяйстве. Земледелие, животноводство и другие
отрасли сельскохозяйственного и лесохозяйственного производства прямо или
косвенно базируются на утилизации потенциальных возможностей почвенного
плодородия и воздействуют через технику и труд на сущность, особенности и
направления современных почвенных процессов.
Почвенные ресурсы используются, кроме сельского хозяйства, в различных
отраслях хозяйственной деятельности человека. Значительные площади плодородных почв ежегодно отторгаются под городское, промышленное, транспортное
строительство, являются материалом и основанием при любом строительстве.
Почвенные ресурсы и их рациональное использование выступают
в области удовлетворения спроса на продовольствие, корма, местное топливо,
древесину и биологические сырьевые материалы в качестве наиболее сущест-
206
венного фактора. «Идеальным» типом землепользования можно считать то, которое, отражая экономические потребности региона и его социально-экономические
и технические возможности, согласуется с природной спецификой территории.
Почва – ресурс широкомасштабного освоения, она может быть сохранена
при условии рационального использования различными отраслями хозяйства,
в особенности сельскохозяйственным производством. Большинство произошедших сельскохозяйственных бед было порождено прежде всего недостаточным
учетом конкретных свойств эксплуатируемых земель, слабой заботой об их сохранении и восстановлении. При определении путей рационального сельскохозяйственного использования земель надо учитывать конкретные свойства почв,
прежде всего назвать повышенную пространственно-временную изменчивость
почв. Это свойство проявляется в разнообразных формах и, прежде всего, в высокой пестроте и сложности почвенного покрова, в сильных различиях почв,
формирующихся в пределах одной и той же зоны, но не в одинаковых физикогеографических районах, провинциях, ландшафтах, биогеоценозах.
Установление высокой пространственной изменчивости почв привело и
приводит к выделению их новых генетических типов. Если в период становления докучаевского почвоведения выделялось лишь около 10 типов почв, то сейчас их насчитывают более 100. Естественно, что каждая почва требует специфических приемов сельскохозяйственного использования. Но данное требование
не выполнялось, и нередко до сих пор на практике продолжает действовать устаревшая концепция зонального типа, согласно которой каждой природной зоне
соответствует свой тип почвы, предполагающий однотипность сельскохозяйственного использования в пределах всего ареала распространения. Однако в настоящее время в почвоведении принято положение множественности генетических типов в каждой природной зоне.
Необходимо помнить, что любая многообещающая технология неприменима на огромных территориях, нуждается в конкретизации, а также в специальных почво- и природоохранных мероприятиях. Это относится и к интенсивной
технологии. Имеются хозяйства, где урожайность пшеницы при интенсивной
технологии достигает 60 ц/га. При распространении этой технологии на весь административный район урожай снижается до 40 ц/га, а на всю область – 20 ц/га.
Успешное решение практических мер с учетом специфики местных условий должно опираться на более совершенные теоретические основы земледелия.
В большинстве работ отмечается, что системы земледелия следует строить
на зональной основе. Однако этого недостаточно: системы земледелия должны
быть как минимум трехуровневыми – зонально-регионально-ландшафтными
(биогеоценотическими) с адаптивной направленностью.
Кроме того, необходимо в полной мере принимать в расчет временной
фактор. Ведь одна и та же земля, взятая в разные годы, будет разной по ряду
сельскохозяйственных показателей. Однако этот важнейший аспект до сих пор
207
весьма слабо осмыслен, и при разработке стратегии использования почв природных зон их продолжают разграничивать по грубой схеме, например, на зоны избыточного и недостаточного увлажнения.
Между тем именно такое, предельно схематизированное, разграничение
привело ко многим нарушениям в регулировании водного режима почв. Ведь если
лесную территорию относят к избыточно влажной, то тем самым здесь обосновывается и широкое распространение осушения болот без двойного водорегулирования. Зачем сберегать воду и тратить средства на более дорогостоящие мелиоративные системы с двойным водорегулированием, если воды в зоне и так в избытке?
Отнесение целых регионов к зонам недостаточного увлажнения на практике также
во многих случаях сказывалось отрицательно. Так, в зоне черноземов при близости
засоленных грунтов полив неуместен, иначе почвы превращаются в солончаки.
Шаблонный подход, игнорирование специфики почв конкретного района,
хозяйства, участка – одна из главных причин недостаточной эффективности различных мероприятий по повышению урожайности полей в различных регионах.
Так, известкование иногда проводится без должного учета свойств различных почв
и не только на кислых почвах, но и нейтральных черноземных, например, в России.
Другая существенная особенность почвы, которую необходимо принимать
в расчет в процессе ее использования, – незамкнутость потоков веществ, их
трансформация и аккумуляция в почвенном профиле. С этим свойством почвы
земледелие сталкивается постоянно во всех природных зонах и регионах. Но о нем
часто забывают, как забывают и о многих других законах жизни и функционирования почв, делая тем самым использование земли несовершенным. До сих пор
расточительно используются удобрения; из-за нерационального внесения значительная часть их выносится из почвы поверхностными или грунтово-почвенными водами, вызывая загрязнение гидросферы и эвтрофирование водоемов.
В регионах интенсивного земледелия лишь около половины азотных удобрений
аккумулируется в агробиоценозах, а до 40–50% азота в дальнейшем может попадать
в грунтовые воды. В настоящее время потребность в азотных удобрениях в мировом
земледелии составляет около 120 млн. т, а глобальные потери азота в результате
эрозии и смыва почвы, испарения, денитрификации и вымывания – около 60 млн. т.
Велики также потери фосфора. Несмотря на то, что этот элемент
в биосфере находится в дефиците, в водоемы попадает более 10 млн. т фосфора
в год в результате хозяйственной деятельности, прежде всего вследствие нерационального применения фосфорных удобрений.
Чтобы существенно снизить потери и отрицательное влияние удобрений
на биосферу, необходимы их строгая дозировка и внедрение в практику соответствующих технологий внесения, в полной мере учитывающих незамкнутость
потоков вещества в почвах, особенно с промывным и периодически промывным
водным режимом. Для этого требуется прежде всего преодолеть технократическое
мышление, которое проистекает из-за профессиональной узости специалистов,
их неспособности оценить проблему в целом.
208
Другой бич, наказывающий земледельца и потребителя сельскохозяйственной продукции, – это неучет аккумуляции в почвах вследствие их высокой
поглотительной способности тяжелых металлов и токсических соединений, которые накапливаются в почвенных горизонтах при длительном применении минеральных удобрений и при использовании сточных вод и их осадков. Зарубежными
учеными установлено, что за последние 70 лет в результате применения фосфорных удобрений содержание кадмия, присутствующего в них в виде микропримеси, возросло в почвах в 10 раз. Это с особой остротой ставит проблему
качества удобрений и регулярного «отдыха» почв от агрохимикатов.
Нельзя не сказать о применении для удобрения почв различных побочных
отходов промышленности и городского хозяйства, которое, как правило, ведет
к плачевным результатам. Примером может служить использование сточных вод
в сельском хозяйстве, которые не только удобряют почву биофильными элементами, но и загрязняют ее из-за несовершенных способов очистки.
Польскими исследователями показано, что в верхних горизонтах почв,
поливавшихся сточными водами, содержание свинца, кадмия, мышьяка возросло
в 10 раз и более. К аналогичным последствиям приводит и применение в качестве
удобрения городских отбросов и осадков сточных вод. По данным Дж. Кука,
овощи, выращенные на почве, в которую был внесен осадок сточных вод, содержали в 2–4 раза больше меди, никеля, цинка. На загрязненных почвах снижается
не только качество, но и количество получаемой продукции (табл. 14.1).
Важнейшее условие недопущения деградации почв – это поддержание
на должном уровне физических свойств и режимов корнеобитаемого слоя. Особое
значение имеют структурное состояние и плотность сложения. Суглинистые и
глинистые почвы должны содержать в пахотном слое 70–80% механически
прочных почвенных агрегатов размером 0,25–10 мм и 40–60% водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм. Оптимальная плотность пахотного горизонта для культур
сплошного сева колеблется в пределах 1,1–1,3 г/см3, а для пропашных – 1–1,2 г/см3.
Однако в результате переуплотнения продуктивного слоя почвы ходовыми системами сельскохозяйственных машин плотность почвы возрастает до 1,5–1,8 г/см3.
Это снижает урожайность зерновых в среднем 20%, уменьшает эффективность
удобрений на 40%, повышает суммарный расход горючего на 18%.
Таблица 14.1 – Снижение растительной продукции в зависимости от степени
загрязнения почв (Вальков и др., 1996)
Степень
загрязнения
1
2
3
4
5
6
Показатель снижения растительной
Оценка степени загрязнения продукции по сравнению с получаемой
на таких же, но незагрязненных почвах, %
Практически не загрязнена
<5
Слабо загрязнена
6–10
Умеренно загрязнена
11–25
Сильно загрязнена
26–50
Очень сильно загрязнена
51–75
Чрезмерно загрязнена
>75
209
Последствия уплотнения могут сохраняться в почве в течение нескольких
лет. Свести к минимуму уплотнение почв, а в перспективе его полностью исключить можно путем максимального уменьшения проходов техники по полям,
облегчения ее веса, внесения высоких доз органических удобрений с целью саморазуплотнения почв.
К фундаментальным свойствам относятся также тесная взаимозависимость почв и биоценозов и их экологическая полифункциональность.
К сожалению, сельское хозяйство в мире, выполняя благороднейшую задачу обеспечения людей хлебом насущным, ведется в основном в экологически
ущербных формах. В результате блага, которые оно приносит, обходятся очень
дорого и чреваты серьезными последствиями для биосферы. С точки зрения экологии следует сократить применение гербицидов и инсектицидов в результате
последовательного применения методов интегрированной защиты растений;
вводить виды культурных растений, поставляющих энергию; оптимизировать
воздействие на почву сельскохозяйственных машин и орудий и в целом воспринимать обрабатываемые почвы не только как объект сельскохозяйственного
труда, но и как важнейший компонент биосферы со своими многочисленными
незаменимыми экологическими функциями.
Главный путь к реализации экологического земледелия на практике – поддержание плодородия почв на нужном уровне за счет оптимизации естественных
почвообразовательных процессов, наиболее ответственных за почвенное плодородие, особенно гумусообразования. Особую роль играет регулярное внесение
органических удобрений и прежде всего навоза. При систематическом внесении
навоз оказывает благотворное влияние на почву: увеличивает содержание в ней
гумуса, улучшает ее физико-химические свойства (емкость поглощения, буферность), способствует росту численности полезных микроорганизмов и дождевых
червей, улучшает структуру почвы. Однако не внесенный вовремя и хранящийся
неправильно навоз подвергается разложению и загрязняет воздушную оболочку
газообразными недоокисленными соединениями, которые, попадая в атмосферу,
тратят на свое дальнейшее окисление и без того сокращающиеся запасы кислорода.
В требования экологического земледелия входит и использование для
защиты растений биологических средств, которые, к сожалению, применяются
в существенно меньшем объеме, чем химические. Часто химические средства
защиты вносятся без крайней необходимости, нередко ими подменяется биологическая и интегрированная защита, чем причиняется огромный ущерб окружающей среде и здоровью людей.
Все большее число специалистов считают, что приоритетными средствами
борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур должны стать:
комплексная и особенно биологическая их защита, повышение общей культуры
земледелия, поддержание на должном уровне плодородия почв, максимально
полный учет местных почвенно-климатических особенностей конкретных полей
210
каждого хозяйства. Лишь создание специальных систем борьбы с каждым конкретным вредителем каждой конкретной культуры в каждом конкретном хозяйстве может принести желаемый успех.
Попытки решить проблему повышения урожая за счет одностороннего
насыщения почвы агрохимикатами опасны еще и потому, что они резко снижают
численность и видовое разнообразие почвообитающих организмов, работающих
на урожай, прежде всего полезных микроорганизмов и дождевых червей. Не случайно, что сейчас все большую актуальность приобретает разработка конкретных приемов увеличения численности и видового разнообразия дождевых червей на полях. Один из приемов – сохранение среди пашни небольших участков
с естественной растительностью (резерватов) для этих и других полезных организмов. Небольшие участки под кустарниками (0,5–2 га) на пашне являются
резервным местом для люмбрицидов, откуда они могут распространяться и способствовать большому разнообразию видового состава червей на обрабатываемых
площадях, где численность дождевых червей в результате различных агротехнических мероприятий уменьшается.
Самостоятельным звеном рационального использования почвенного покрова
является реализация принципов гармоничного землеустройства территории.
В проектах землеустройства ряда ландшафтно-территориальных зон целесообразно помимо доминирующей зоны гармоничных, используемых сельскохозяйственных, лесных, промышленных и других культурных ландшафтов, занимающей в рациональном землепользовании 52–65%, иметь 2–3% территории в виде
эталонных резерватов и 20% в виде охраняемых консервативных ландшафтов –
поймы рек, озер, лесов, болот.
Различия видов землепользования определяются двумя группами факторов – природными и социально-экономическими. Среди природных факторов,
формирующих необходимые предпосылки развития разнообразных видов землепользования, следует прежде всего назвать климат, рельеф, почвы и растительность. В каждом конкретном регионе факторы, представляющие важные характеристики ландшафтов, в различной степени влияют на тип землепользования.
Чем сложнее внутреннее устройство ландшафтной системы, тем больше она
может представить потенциальных вариантов организации землепользования,
в том числе сельскохозяйственного производства.
Современный уровень развития науки и техники позволяет успешно
организовывать сельскохозяйственное производство в районах, мало пригодных по своим природным предпосылкам для такого рода деятельности.
Однако это связано либо с перестройкой природной среды, либо с созданием
искусственной среды обитания. Оба этих пути требуют значительных капиталовложений и часто сопровождаются негативными последствиями техногенных перестроек природных систем (вторичное засоление, ускоренная эрозия, загрязнение и т. д.).
211
Климат чаще всего определяет эколого-географические параметры распространения культурных растений и животноводства, важнейших типов землепользования. Вторым важным эколого-географическим фактором землепользования выступают морфолитологические особенности территории.
Недостаток тепла кладет предел растениеводству открытого грунта, хотя
в отдельных холодных районах существуют очаги земледелия, как это имеет место
в субарктическом и в северных районах бореального пояса. Другой лимитирующий
климатический фактор – недостаток влаги. При снижении гидротермического
коэффициента (по Селянинову) до 0,5 и при дефиците увлажнения более 400–
600 мм богарное земледелие становится нерентабельным. Растениеводство в этих
случаях базируется на орошении и полностью контролируется объемом водозапасов местности. В аридных и субаридных регионах земного шара водозапасы,
как правило, невелики и поэтому орошаемое земледелие ограничено. Основным
типом землепользования становится в этих регионах пастбищное хозяйство.
Интегральным показателем качества земель, принципиально пригодных
или непригодных для обработки, являются значения господствующих углов
наклона поверхности. Распашка возможна лишь до крутизны склонов около 8º.
В отличие от земледелия пастбищное хозяйство не так сильно зависит от рельефа
местности. Скот можно выпасать на равнинах и в горах, причем на пастбищных
землях смыв веществ не происходит в таких масштабах, как с пахотных земель,
а их баланс более уравновешен.
Природный потенциал горных ландшафтов определяет абсолютная высота
гор, их расположение по отношению к влагонесущим потокам воздуха и крутизна
склонов. Горные склоны, занятые лесами, как правило, должны исключаться
из сельскохозяйственного пользования из-за их очень высокой уязвимости. Пастбища в горах располагаются в высотных поясах с травянистыми (луговая, степная,
полупустынная) либо с кустарничковыми формациями или с редкослойными
лесами. В тропических и экваториальных горных районах травянистые и кустарниковые формации субальпийского пояса появляются слишком высоко и не могут
использоваться даже для выпаса мелкого рогатого скота. В то же время субальпийские луга умеренного пояса – прекрасная база для откорма не только овец и
коз, но и крупного рогатого скота.
Специфика землепользования на плоскогорьях состоит в том, что их экологические условия позволяют развивать и земледелие, и животноводство. В зависимости от преобладающих высот, почвенных и местных климатических условий
земли некоторых плоскогорий освоены под земледелие (Эфиопское нагорье,
плато Юньнань, Высокий Вельд южной Африки, отдельные районы Тибета), а
других – преимущественно под пастбища (Альтипланос Анд Южной Америки,
Памиро-Алай).
Агроландшафты чисто земледельческого или чисто пастбищного использования встречаются на сравнительно ограниченной территории земного шара.
Шире распространены ландшафты, где по экологическим условиям имеет место
212
чередование пригодных для земледелия плоских или слабовсхолмленных поверхностей и эрозионных склонов, где возможен только выпас скота. Частая смена
высоко- и низкопродуктивных почв, обусловленная сложностью структуры почвенного покрова, особенностями водного режима почв и микроклимата, вызывает разнообразные сочетания земледельческого и пастбищного использования территории.
Значительная часть суши земного шара (около 60%) обладает экологическими характеристиками, делающими ее мало или совершенно непригодной для
сельского хозяйства. Более половины таких территорий (33% площади суши)
приходится на пустыни, где земледелие развито очагово, на базе искусственных,
реже естественных оазисов. Прогнозы рисуют большие перспективы возможного освоения территории пустынь, но это потребует огромных средств и коренного
улучшения техники и технологии оросительных и химических мелиораций почв.
Большинство типов землепользования не встречается в чистом виде
на значительных территориях. Обычно сочетание двух, а то и трех типов землепользования в пределах ландшафтной либо административной единицы. Как
правило, набор типов землепользования складывается исторически, как продукт
многолетнего опыта, в котором учтены местные почвенные, растительные, водные и климатические ресурсы.
В век научно-технической революции и роста народонаселения, когда
на поля и фермы, плантации и сады выходит все более мощная и совершенная
техника, внедряются индустриальные технологии сельскохозяйственного производства и остро стоит продовольственная проблема, важен с теоретической и
практической точек зрения вопрос о рациональной структуре землепользования.
Для вовлечения каждого нового гектара в сельскохозяйственное производство требуется затратить большой капитал, причем освоение и использование
новых территорий под монокультуры со временем требует все новых затрат
на получение единицы продукции ввиду постепенного изменения и ухудшения
свойств почв при скачкообразном изменении их роли в агроценозах, при постоянном, часто невосполняемом, отчуждении значительных количеств элементов
питания, разрушения структуры от механической обработки, потери органического вещества почв.
Основная современная тенденция при освоении новой территории: застройки наступают на сельскохозяйственные земли, а последние теснят пастбища
и леса. При этом значительно усиливается антропогенное «давление» на природную среду, уменьшается количество обрабатываемой земли на душу населения (за последние два десятилетия в целом мире – в 1,5 раза), сокращаются площади лесов. В последнее время особенно усилилось давление на горные леса
тропиков: в Гималаях за 30 лет площадь лесов сократилась на 40%.
Вовлечение в распашку пастбищ снижает кормообеспеченность животноводства, а сведение лесов вызывает целую цепь негативных последствий:
уменьшение продуцирования кислорода, увеличение концентраций СО2, изменение климата, усиление различных видов эрозии и дефляции почв, снос в реки
213
и водоемы значительных количеств наиболее плодородных верхних горизонтов
почв, увеличение количества взвешенных частиц в водотоках, заиление водоемов.
Интенсивное сведение лесов, как это имеет место в тропиках, приводит к развитию катастрофической эрозии из-за большой неустойчивости экосистем тропических районов.
Новой технологией может стать «аграрно-лесное» хозяйство, смешанное
использование земли, при котором лесное хозяйство сочетается с земледелием,
скотоводством, рыборазведением. Но массовый переход на новую технологию
требует разъяснительной работы и социально-экономических преобразований.
Проблема номер один субаридных и аридных регионов мира – опустынивание. Основные причины этого явления – неконтролируемая нагрузка на пастбища и отсутствие каких-либо пастбищеоборотов, излишнее стравливание растительности. В годы с повышенным увлажнением земли окраины пустынь на
60–90% распахиваются. Разрушение ландшафтов усугубляется сбором на топливо
всех одревесневающих растений. Незащищенные почвы подвергаются раздуванию и распылению, и происходит опустынивание территории. Особенно велики
масштабы опустынивания в Африке (1,2 млрд. га) и Азии (1,1 млрд. га). Площадь
Сахары только за последние 50 лет увеличилась на 6,5 млн. га. В Судане пустыня
движется к югу со скоростью примерно 6 км в год. Антропогенные пустыни,
по некоторым подсчетам, занимают 91 млн. га, т. е. по площади немногим уступают
территории Китая.
Основным направлением работ по предотвращению опустынивания является разработка новой стратегии использования земель, перестройка традиционных хозяйственных навыков населения и создание охраняемых территорий.
Приоритет должен отдаваться экологическим принципам борьбы с опустыниванием, изложенным в специальном плане действий с опустыниванием, принятым
Генеральной Ассамблеей ООН в 1977 г.
Для большей части сельскохозяйственных угодий мира характерны явления ускоренной эрозии почв. Особенно она интенсивна в тропиках, чему способствуют преобладание пересеченного рельефа, сплошная рубка лесов, наличие
на обширных территориях мощных кор выветривания, легко поддающихся размыву
и эрозионному разрушению, ливневый характер осадков в сочетании с резкой
сезонностью увлажнения. Ускоренная эрозия характерна для сельскохозяйственных земель Латинской Америки (до 80% страдают от эрозии). В странах Африки
плоскостной смыв сочетается с овражной эрозией. Часто причиной истощения
почв тропиков является практика монокультурного земледелия, отсутствие севооборотов или их неправильный состав, а также необоснованное применение
новых технических приемов и средств возделывания сельскохозяйственных
культур, разработанных для стран умеренного пояса. Борьба с эрозией почв
должна включать комплекс мероприятий: улучшение структуры и водно-физических свойств почв, применение противоэрозионных методов обработки почв,
сохранение и расширение противоэрозионного лесонасаждения.
214
Срочных мер по предотвращению вредных побочных последствий и разработке принципов и методов рационального и экологически обоснованного
землепользования требует развивающееся бурными темпами орошение. Опаснейшим из его последствий является вторичное засоление. Из 220 млн. га орошаемых земель мира 75% приходится на развивающиеся страны с традиционной
технологией орошения. Ежегодно значительные площади выпадают из орошаемого фонда в результате вторичного засоления, накопления токсичных солей,
слитогенеза. По данным ФАО, засолено около 50% орошаемых почв, и по этой
причине ежегодно выпадают из использования 125 тыс. га. Потери воды на
фильтрацию и испарение с полей и каналов составляют до 70% от водосбора,
что ведет к быстрому подъему грунтовых вод при плохом дренаже и накоплению солей в орошаемых почвах. Для предотвращения вредных последствий
орошения необходимо строительство закрытых трубопроводов, облицовка оросительных каналов для уменьшения потерь воды, а также сооружение дренажноколлекторной сети и соблюдение норм и сроков полива.
Рационализация землепользования на основе точного учета региональных
и локальных особенностей почвенного покрова – одна из важнейших задач
борьбы за здоровую окружающую среду, за решение продовольственной проблемы мира, за обеспечение благополучия современного и грядущих поколений
людей на земле.
215
ЛЕКЦИЯ 15. ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ МИРА
15.1. Структура и распределение земельных ресурсов мира
Земельные ресурсы мира – это сельскохозяйственные и другие земли, которые используются или могут быть использованы при данном уровне развития
производительных сил общества в разных отраслях деятельности человека (сельское, лесное, водное хозяйство, строительство населенных пунктов, дорог и т. д.).
Из-за быстрого роста населения и его нерациональной хозяйственной
деятельности, находящей выражение в ежегодной потере 6–7 млн. га продуктивных почв (В. А. Ковда, 1981), обеспеченность человечества земельными ресурсами быстро уменьшается (ежегодно на 2% на одного человека). В настоящее
время до миллиарда людей голодают. Ежегодный прирост населения составляет
около 80 млн. человек, и даже при нынешнем уровне питания мировое земледелие должно ежегодно увеличивать производство на 24–30 млн. т. Каждый
новый житель планеты требует 0,3 га для производства продуктов питания и
0,07–0,09 га для жизни. В этой связи главная проблема мирового земельного
фонда – рост населения в сочетании с деградацией сельскохозяйственных земель,
в результате чего происходит заметное сокращение обрабатываемых земель,
приходящихся на душу населения, а «нагрузка» на них все время возрастает.
В ряде стран обеспеченность пашней на душу населения ничтожна: Китай –
0,09 га, Египет – 0,05 га.
Продовольственную проблему возможно решить только с использованием
комплексного, экологически сбалансированного подхода к оценке, охране и
использованию земельных ресурсов.
Среди земельных ресурсов можно различать три большие группы:
1) продуктивные земли;
2) малопродуктивные земли;
3) непродуктивные земли.
К продуктивным земельным ресурсам относятся пахотные угодья, сады и
плантации, луга и пастбища, леса и кустарники; в группу непродуктивных земель
входят застроенные и нарушенные человеком земли, пески, овраги, ледники и
снежники.
В настоящее время распахано лишь 11% суши (рис. 15.1). По отдельным
континентам распаханность почв и их использование в земледелии варьирует
следующим образом: Европа – 29,5%; Азия – 16,9%; Северная и Центральная
Америка – 12,8%; Южная Америка – 7,9%; Африка – 6,2%; Австралия и Океания – 5,8% (табл. 15.1). По географическим поясам площадь пахотных земель
определяется так: субтропики – 730 млн. га, суббореальный пояс – 720 млн. га и
тропики – 657 млн. га. В пределах поясов степень использования почв обусловлена характером увлажнения.
216
Рисунок 15.1 – Структура общей территории Земли
Таблица 15.1 – Структура земельных ресурсов мира, %
Регион
Европа
Азия
Африка
Северная Америка
Южная Америка
Австралия и Океания
Весь мир
Земельный
фонд
8
33
23
17
13
6
100
Доля от мирового значения
Пахотные
Луга и
Леса
земли
пастбища
27
16
10
32
18
28
15
24
18
15
10
17
8
17
24
3
15
3
100
100
100
Прочие
земли
16
34
22
14
9
5
100
На Земле имеются еще значительные ресурсы пахотнопригодных земель.
Их суммарная площадь составляет по максимальным оценкам 3200 млн. га,
или 24%. Это означает, что площадь пахотных земель можно увеличить вдвое.
Получается, что люди использовали еще не все возможные резервы расширения
полеводческих и животноводческих культурных ландшафтов. Это так, но сами
природные факторы довольно сильно ограничивают возможности такого расширения. Было установлено, что на территориях, занимающих в общей сложности
78% всей площади суши (без Антарктиды), для развития земледелия существуют
те или иные природные ограничения (табл. 15.2). Да и из остальных 22% земель
13% отличаются низкой, 6% – средней и лишь 3% – высокой продуктивностью.
По данным российских ученых, к непродуктивным землям, на которых не
может производиться биологическая продукция (ледники, безжизненные пустыни,
217
реки, озера, города, антропогенный бедленд и др.), относятся 5,4 млрд. га, или
более 36% всей площади суши. На долю продуктивных, но пахотно непригодных
земель (тундра, лесотундра, болота, засушливые и полупустынные пастбища,
горные леса и др.) приходится 7 млрд. га, или 47% всей площади суши. В результате пахотнопригодные земли занимают территории в 2,5 млрд. га, составляющие
около 17% площади суши.
Таблица 15.2 – Природные факторы, ограничивающие развитие сельскохозяйственного производства
Вид ограничения,
препятствующий распашке земель
Ледниковое покрытие
Низкие температуры
Сухость климата
Крутизна склонов
Свойства почв:
– маломощность
– бедность питательными веществами
– переувлажненность
Всего
1 490
2 235
2 533
2 682
Доля от общей
земельной площади, %
10
15
17
18
1 341
795
596
11672
9
5
4
78
Площадь, млн. га
В целом лучшие почвы уже давно распаханы, а резерв составляют территории,
для которых требуются значительные капиталовложения для улучшения их свойств,
мелиорации, ирригации и других агротехнических приемов. В настоящее время
больше всего используются камбисоли, файоземы, акрисоли, черноземы, флювисоли.
Каждый континент и каждая страна имеют свою специфику земельных
ресурсов и их географии. В наше время использование земель очень динамично
и общая картина распространения антропогенных ландшафтов постоянно меняется. Своеобразное землепользование имеет и каждый ландшафтно-географический пояс Земли.
Землепользование в холодном поясе. От арктических пустынь до среднетаежных лесов ограничивающий фактор – дефицит тепла.
Вегетация в открытом грунте невозможна за исключением отдельных
участков с благоприятным микроклиматом и «теплыми» почвами. Возможно
землепользование пригородного подсобного типа возделыванием скороспелых
огородных и кормовых культур на базе теплиц. Среди культур преобладают скороспелые, не требовательные к теплу и переносящие кратковременное понижение температуры ниже 0 ºС. Низкая продуктивность кормовых растений ограничивает развитие в холодном поясе пастбищного хозяйства. Животноводство
здесь имеет очаговый характер и приурочено к отдельным районам с более мягким
морским климатом (Западная Европа). Особая роль в землепользовании этого
пояса принадлежит оленеводству, основному местному источнику продовольствия и животного сырья.
218
Землепользование в умеренном поясе. Для агроландшафтов умеренного
климатического пояса характерно четко выраженное разделение сезонов года
по условиям теплообеспеченности: холодный и теплый сезон. В пределах этого
пояса господствуют растительные сообщества, приспособившиеся к перенесению
суровых и холодных зим. Основная особенность культур умеренного пояса –
в их довольно строгих требованиях к условиям термо- и фотопериодизма. Большая часть яровых и озимых злаков – растения длинного дня, которые в более
южных районах затягивают свою вегетацию. Растения короткого дня типичны
для южных районов умеренного пояса (подсолнечник, конопля и т. д.).
В пределах рассматриваемого пояса широко представлены ландшафты
континентального сектора с высокими значениями годовых, месячных и суточных амплитуд температур. Для этих регионов характерны суровые зимы с крайне
низкими температурами, ограничивающими произрастание многих многолетних
культурных и диких растений.
Севернее изотермы сумм активных температур 1000 очаговый характер
приобретают не только пахотные угодья, но и пастбища, располагающиеся
на более сухих, естественно дренированных склонах речных долин. Южнее районов
с суммой активных температур 1000 располагаются территории, благоприятные
для использования в земледелии и для организации высокопродуктивного
животноводства товарного направления на базе культурных лугов и улучшенных
пастбищ. Основной лимитирующий фактор здесь – рельеф местности, к которому
в континентальных частях пояса добавляется дефицит атмосферного увлажнения
в вегетационный период.
В Евразии земледельческие территории образуют самый обширный на планете массив этого пояса на равнинах Восточной и Западной Европы. Эти регионы
отличаются высокой степенью распаханности земель (до 60–70%), а пастбища
по площади довольно ограничены. Тем не менее, здесь наряду с зерновым хозяйством развивается и животноводство, базирующееся не на пастбищах и выгонах,
а на культурных лугах и кормовых культурах при стойловом содержании скота.
В Северной Америке, в восточном приокеаническом секторе умеренного пояса
находится массив земледельческих территорий, лишь немного уступающий
подобному массиву Евразии. При достаточном увлажнении в теплый сезон здесь
хорошо растут зерновые, бобовые, овощные культуры, корнеплоды, многолетние плодовые культуры.
Земледельческое использование территории умеренного пояса становится
нерациональным или нерентабельным в горах и в условиях значительного дефицита атмосферного увлажнения. Поэтому пастбищное хозяйство этого пояса
сосредоточено на равнинах в пределах континентального сектора (зоны сухих
степей, полупустынь, пустынь и ксерофитных редколесий) либо на плоскогорьях,
недостаточно влажных или теплых для выращивания сельскохозяйственных
культур. Пастбищные угодья занимают равнины Центральной Азии, котловины,
219
горы и холмы Внутренней Монголии, сухие степи и полупустыни Казахстана и
Прикаспия, аридные области запада США. Периоды выпаса приходятся на месяцы
с большим количеством осадков, когда начинается вегетация трав или кустарников. Для полупустынных пастбищ характерно отгонное скотоводство, при котором
пастбища используются строго ограниченное время. Ландшафты полупустынь
с коротким периодом вегетации эфемеров, с низкой биопродуктивностью могут
быть отнесены к непродуктивным землям, хотя при организации искусственного
водоснабжения в таких ландшафтах возникают очаги земледелия.
Землепользование в субтропиках. В Северном полушарии длительность
вегетационного периода – около 200 дней в северных районах, в южных – круглогодичная. В этих регионах бывают вегетационные зимы, когда температура
не опускается зимой ниже +10 °С.
Возможна круглогодичная вегетация. В континентальном секторе теплого
пояса гидротермический коэффициент (по Селянинову) не выше 0,3, поэтому
земледелие возможно только при орошении. В районах муссонного климата из-за
неравномерности выпадения осадков (летом избыток в северном полушарии) необходимо при земледельческом освоении сооружение дренажной сети. На восточных окраинах материков имеются регионы с одинаково хорошей влагообеспеченностью в течение всего года, что наиболее благоприятно для земледелия.
В субтропиках почти повсеместно существуют два вегетационных периода:
в Европе – весенний и осенний, в остальных регионах – летний и зимний. В зимний период возделывают зерновые и овощные – малотребовательные к теплу,
в летний период – многолетние культуры, хлопчатник, поздние сорта риса и
кукурузы, цитрусовые, чай, инжир, маслины и однолетники тропического пояса.
В самых теплых районах – в северной Сахаре, в Аравии, на юге Ирака,
Ирана, в Калифорнии – плодоносят финиковая пальма, поздние сорта хлопчатника. Примером хорошей адаптации к термическому и влажностному режиму
субтропиков может служить пшеница, которая произрастает в различных экологических условиях этого пояса. Важнейшей сельскохозяйственной культурой
субтропиков, особенно на востоке Азии (а также в Мексике, Калифорнии и некоторых других районах), является рис – растение летней вегетации в условиях
обильного полива.
Сочетание горного и равнинного рельефа в субтропиках обусловливает
чередование здесь земледельческих и пастбищных угодий, а также наличие
смешанных земледельческо-пастбищных угодий. Пастбищные угодья теплого
климатического пояса расположены в засушливых районах, где базируются
на скудных фитоценозах пустынь и полупустынь. Рост поголовья животных,
увеличение нагрузки на пастбища приводят к внедрению пастбищного хозяйства
в лесные ландшафты горных склонов, что крайне вредит этим ландшафтам. Второй
важной особенностью современного состояния пастбищного хозяйства субтропиков является то, что кочевое скотоводство уступает место отгонному пастбищному.
220
Землепользование в тропиках. Значительные ресурсы тепла (сумма активных температур более 8000 ºС) в жарком климатическом поясе обеспечивают
непрерывную вегетацию растений в течение всего года при почти неизменной
напряженности биологических процессов. Земледелие в этих условиях основывается на многолетних древесно-кустарничковых культурах и однолетних скороспелых растениях, позволяющих получать несколько урожаев в год. В пределах
этого пояса можно выделить три зоны по увлажнению: избыточного увлажнения, достаточного увлажнения большей части года при наличии сухого сезона,
недостаточного увлажнения в течение всего года. Земледельческие территории
приурочены здесь к районам избыточного и достаточного увлажнения, а пастбищные – к сухим районам, где нет мухи цеце. Ферраллитные почвы районов,
пригодных для земледелия, характеризуются низким естественным плодородием.
После сведения леса и в результате применения переложного (подсечно-огневого) земледелия эти почвы быстро теряют органическое вещество и подвергаются интенсивной эрозии.
Лимитирующим фактором землепользования в тропиках является рельеф –
значительные площади заняты горами и высокими нагорьями. Состав сельскохозяйственных культур в этих районах меняется с высотой от тропических культур к культурам умеренного пояса. Наиболее высоко в горах Азии, Африки,
Южной Америки выращиваются ячмень и пшеница, однако большая часть горных районов жаркого пояса – это пастбища (в сухих районах) или леса (приэкваториальные области).
В районах избыточного увлажнения (Филиппины, Малайзия, Большие
Зондские острова, впадина Конго, западная Амазония) некоторые растения плодоносят в течение всего года. Здесь же распространены культуры, не переносящие сухого сезона (масличная пальма, гевея, маниок). Другие культуры – кофе,
хлопчатник, какао, табак – нуждаются в сухом периоде созревания. Растянутый
характер плодоношения большинства культур удобен для мелкого потребительского хозяйства, но мало устраивает товарное производство, где экономически
выгодны более сжатые сроки плодоношения. Большинство растений во влажных
районах экваториального пояса очень чувствительны к прямому солнечному
свету, богатому инфракрасными лучами, и саженцы теплолюбивых растений
(масличная пальма, хинное дерево) гибнут от ожогов. При выращивании целого
ряда культур требуется затемнение.
Наиболее рациональное направление землепользования влажных тропиков – возделывание многолетних плантационных древесно-кустарниковых культур. Перспективны плантации, имитирующие природные экосистемы влажнотропических лесов (смешанные посевы). Довольно широко распространено возделывание риса.
Зона достаточного увлажнения (с 2–5 сухими или засушливыми месяцами)
соответствует субэкваториальному географическому поясу. Эти районы – наиболее благоприятная экологическая среда для животноводства и земледелия.
221
Но проблема эрозии ликсисолей, акрисолей, камбисолей и других почв стоит
здесь очень остро, особенно ввиду того, что в данных регионах преобладают
традиционные формы сельского хозяйства. Равнины этих регионов, где могут
выращиваться даже влаголюбивые культуры (рис, гевея), представляют собой
основную часть пахотных угодий жаркого пояса. Напряженность и характер
сельскохозяйственных работ регулируются чередованием сухих и влажных
периодов. Даже для районов, наиболее обеспеченных осадками, нужны системы
орошения на случай засух или других неблагоприятных климатических явлений.
Муссонные тропики Азии характеризуются наивысшей плотностью населения
среди тропических районов.
По мере приближения от экватора к тропикам с увеличением сухости
климата земледелие сменяется пастбищным хозяйством. Пастбища расположены
на равнинах в пределах континентального сектора в зоне саванн и редколесий
субэкваториального пояса. Это обширные территории Аравийского полуострова,
юга Иранского нагорья, северо-запада Индии, Сахель, окраины Калахари и
Намиб. Часто пастбища мозаично переплетаются с земледелием.
Биопродуктивность пастбищ континентальных районов тропического пояса
низкая, а нагрузки значительны, что и является одной из основных причин усиливающегося опустынивания. Растительный покров разрежен и флористически
беден, в растительных сообществах мало эфемеров, особенно ценных в скотоводстве. Время выпаса ограничено, обычно не превышает 5–6 месяцев.
В аридных районах тропиков орошаемые земли, используемые в земледелии, всегда будут составлять лишь небольшую часть общей площади, пригодной далеко не полностью для пастбищного животноводства. Аридные кальцисоли,
гипсисоли, лептосоли и ареносоли по большей части, в той или иной степени
засолены. Эти районы характеризуются небольшим числом видов животных
организмов, слабой защитной способностью растительности, нерегулярным
характером колебаний климатических условий, низкой биологической продуктивностью, бедным органическим веществом, почвами, подверженными всем
видам деградации. Наиболее экологически адаптировано к подобным условиям
кочевое скотоводство.
Отличительная особенность экологической среды тропиков состоит в том,
что отрицательное влияние хозяйственной деятельности распространяется на
большие территории, вызывая такие явления, как обезлесение, осаваннивание и
опустынивание на обширных территориях. Вредные последствия подсечной системы земледелия ощущаются далеко за пределами районов, где она практикуется,
и выражаются в истощении водных ресурсов, загрязнении речных вод, усилении
наводнений, заилении и эвтрофикации водоемов.
Земельные ресурсы распределены на Земле неравномерно не только
по зонам, но и по частям света.
На долю обрабатываемых земель в Западной Европе приходится 30%
земельных ресурсов. В сельскохозяйственное пользование в большей степени
222
вовлекались почвы широколиственных лесов и жестколистных лесов субтропиков,
серые лесные почвы и черноземы степей.
Два обширных региона распаханных земель выделяются в Азии: Северный Казахстан и Южная Сибирь и равнины, низменности и плато муссонной
Азии от Индии до Китая. В Индии под пашни используется половина территории.
В тропических районах Азии агроландшафты имеют вид культурной саванны:
травянистый покров заменен огородными и полевыми культурами, а древесная
растительность представлена группами фруктовых деревьев и пальм среди полей
и вокруг деревень. Для обрабатываемых земель тропической Азии характерна
монокультура риса, отсутствие разрывов между поселениями, высокая концентрация сельскохозяйственного производства.
В сухих районах Азии, на ближнем и Среднем Востоке, земледелие издревле основано на ирригации, а обрабатываемые земли встречаются пятнами.
Большая часть этих районов – пастбища, протянувшиеся непрерывным поясом
от Малой Азии до Монголии. Для Азии характерно наличие значительных территорий, отнесенных к категории прочих земель (пустыни, высокогорья и др.)
В Африке основным видом использования земельных ресурсов являются
пастбища (27% территории). Во многих частях Африки плужное земледелие
отсутствует в силу исторических причин. Во влажно-лесном поясе господствует
подсечно-огневая система земледелия с мотыжной обработкой небольших делянок. Полевые агроландшафты распространены на северной и южной окраинах
Африки и в Эфиопии. Из-за присутствия мухи цеце в экваториальной Африке
в первую очередь осваивались водоразделы, а долины – прибежища мухи цеце –
почти безлюдны и заняты галерейными лесами. Огромные территории в Африке
относятся к категории прочих земель (44%), которые представлены пустынями
(Сахара, Калахари и Намиб). Более половины земель используется в сельском
хозяйстве Восточной (50,3%, в том числе пашни – 8,6%) и Южной Африки (54,6%
и 5,8%), тогда как в Северной и Центральной Африке – менее 20%.
Равнины востока США и юга Канады характеризуются высокой степенью
освоенности: зона прерий используется на 80%, а зона широколиственных лесов –
на 60%. И это при общей сравнительно небольшой общей освоенности США
(20% территорий) и Канады (около 7%). Господствуют монокультурные полевые
ландшафты, образующие почти сплошные ареалы. В последнее время все настойчивее пробивают себе дорогу смешанные посевы, расширяются рекреационные
и городские ландшафты. Большая часть пастбищных угодий США (до 70%) расположена в западной и южной части страны. Обширные пространства севера
Канады отнесены к категории прочих земель.
Более половины площади Латинской Америки приходится на долю лесов,
обрабатываемые земли занимают 7% территории, а пастбища – 26%. При неуклонном возрастании доли пастбищных и пахотных земель отмечается уменьшение лесных территорий. Значителен ущерб лесному фонду от практики подсечно-огневого
земледелия, которую использует половина сельского населения Латинской Америки.
223
К настоящему времени в Австралии не освоено только 25% территории
(песчаные и каменистые пустыни и переувлажненные леса севера). Полевые и
садово-плантационные ландшафты занимают всего около 6% площади континента (столько же, сколько и лесные), а остальное – пастбища и прочие земли.
Наряду с естественными пастбищами полупустынь и редколесий большие площади находятся под искусственными пастбищами сухих степей и саванн, на которых проводятся перепашка, орошение, внесение удобрений, засевание травами
и другие мелиоративные и агротехнические мероприятия. Эти пастбища во многом напоминают земледельческие ландшафты.
Среди прочих земель мира велика доля территорий, выпадающих
из хозяйственного использования в результате нерационального непродуманного
использования: бедленды, области антропогенного карста, заброшенные нерекультивируемые карьеры, засоленные и заболоченные земли, подвижные пески и
районы сброса промышленно-бытовых отходов. В категории прочих земель,
по данным ФАО, находится около 200 млн. га продуктивных, резервных для
сельскохозяйственного освоения земель. В Азии таких земель около 60 млн. га,
в Африке – 70 млн. га, на Американском континенте – также около 70 млн. га.
Освоение этих земель потребует значительных капиталовложений.
В настоящее время четко прослеживается тенденция в изменении земельных
ресурсов мира, выражающаяся в наступлении городских и сельских территорий
и горно-промышленно-транспортных комплексов на пахотные земли, которые
в свою очередь расширяются за счет пастбищ, а площади последних растут за счет
лесов и пустынь. В США, например, от расширения городов ежегодно теряется
350 тыс. га пашни. Отсюда постоянное сокращение площади лесов на Земле
(за последние 300 лет уменьшение более чем наполовину), а также рост пустынь.
15.2. Степень земледельческого использования почв мира
Средняя степень земледельческого освоения почв мира составляет около 11%,
а по континентам колеблется от 4 до 18%. Степень земледельческой освоенности
почв оценивается по коэффициенту земледельческого использования (КЗИ),
представляющему собой отношение площади данной почвы, занятой в земледелии, к общей площади данной почвы, выраженное в процентах. Если судить
по этому коэффициенту, равнинные территории Евразии обрабатываются в 4 раза
интенсивней, чем горные, а равнины Северной Америки – в 2 раза интенсивней,
чем горные. В Южной Америке и Австралии КЗИ равнинных и горных почв
приблизительно одинаковы, а горные почвы Африки имеют КЗИ в 2 раза больше,
чем равнинные.
Согласно подсчетам Н. Н. Розова и М. Н. Строгановой (1979), кислые сиаллитные почвы, составляющие 10% мирового земельного фонда, характеризуются
среднемировым КЗИ 14,5%; в Евразии КЗИ этих почв 24%, В Австралии – 6%.
224
Наиболее интенсивно в земледелие вовлечены камбисоли, лювисоли и альбелювисоли, которые составляют половину почв данного класса. Вторая половина
площади этих почв в земледелии практически не используется.
Нейтральные смектит-сиаллитные почвы составляют 8% земельного фонда
мира, а степень их земледельческого освоения самая высокая в мире (КЗИ
около 33%). Черноземы, файоземы почвы имеют среднемировой КЗИ более 50%.
Засоленные и щелочные почвы составляют около 1,5% мирового земельного фонда, а среднемировой КЗИ для них около 5%. Большая часть обрабатываемых почв этого класса приходится на Евразию, где КЗИ этих почв – 6,2%.
На других континентах (за исключением небольших площадей в Австралии)
почвы этого класса не используются.
Слабо используются в земледелии аридные известковые и гипсоносные
почвы (среднемировой КЗИ менее 7%). Исключение составляет Евразия, где
находится около 90% обрабатываемых почв данного класса (КЗИ 11%).
По этому показателю в данном классе особенно выделяются кальцисоли (КЗИ
в Евразии 19%).
Ферсиаллитные почвы, составляющие 13% земельного фонда мира, используются в земледелии сравнительно интенсивно (среднемировой КЗИ около 13%).
Среди почв этого класса по степени земледельческого освоения выделяются
хромик камбисоли (КЗИ 38%) и акрисоли, алисоли Евразии и Северной Америки.
Менее интенсивно в земледелии используются значительные пространства ликсисолей (среднемировой КЗИ 9%), которые располагаются в зоне недостаточного увлажнения, а в Евразии и Африке в последние десятилетия эти почвы подверглись интенсивному опустыниванию.
Ферральсоли почвы занимают почти 15% территории суши, но их среднемировой КЗИ всего около 9%. Только для Евразии и Северной Америки характерно сравнительно высокое земледельческое освоение этого класса почв (средний
КЗИ 25%). В Африке, Южной Америке и Австралии эти почвы слабо используются в земледелии. На двух первых континентах это связано с традиционной
практикой подсечно-огневой системы земледелия, бедностью этих почв питательными веществами, деградацией ферраллитных почв при неумеренном введении интенсивных форм земледелия.
На долю горных почв приходится от 21% (Африка) до 7% (Северная Америка) земледельческих угодий. В общемировом балансе земельных ресурсов
горные почвы занимают около 20%, но их КЗИ всего около 6%. Возможности
горного земледелия в настоящее время использованы не полностью.
Пахотнопригодный земельный фонд мира. По самым минимальным
оценкам площадь земледелия может быть доведена до 2,5 млрд. га, т. е. возможен прирост пашни в 1 млрд. га. Этот прирост земледельческих угодий, может
быть достигнут при вовлечении в интенсивное земледелие с тремя урожаями
в год (один из них сидеральный) значительных площадей тропических почв
(около 400 млн. га). Для этого необходимо поднять КЗИ ферральсолей до 20%
и обеспечить некоторый прирост земледельческого фонда за счет других почв.
225
Важным резервом земледелия являются почвы засушливых и сухих тропиков при условии регулярного или частичного орошения. КЗИ ликсисолей может
быть повышен до 30%. При этом будут сохранены многие площади наиболее
продуктивных лесов и обширные площади сухих саванн как база отгонного
животноводства, а подсечно-огневая система земледелия будет заменена более
прогрессивными формами земледелия. Резерв земледелия представляют вертисоли (современный КЗИ для Африки всего 3%), которые возможно вовлекать
в земледелие с интенсивными мелиорациями и орошением. Пустынные и полупустынные почвы тропиков имеют незначительные земледельческие резервы, и
их средний КЗИ сохранится на уровне 8–9% при условии обоснованного орошения
с предотвращением явлений вторичного засоления и ирригационной эрозии почв.
Для влажных субтропиков с интенсивными формами земледелия в настоящее время прирост площадей возможен в пределах 10 млн. га. Существующие
здесь леса должны охраняться, а пойменные почвы интенсивно использоваться
в земледелии (КЗИ до 50%). В засушливых и сухих субтропиках возможны две
формы земледелия: интенсивное при орошении (2 урожая в год) и менее интенсивное без орошения с использованием в качестве главных резервов земледелия
камбик кальцисолей (КЗИ может быть доведен до 40%), коричневых почв и вертисолей (КЗИ может быть доведен до 60%).
В субтропических пустынях и полупустынях расположены древние очаги
орошаемого земледелия. В настоящее время здесь около 60 млн. га орошаемых
земель, что составляет 80% площади пустынного земледелия. КЗИ кальцисолей
Африки и некоторых районов Азии возможно довести до 25%, а глейик и лювик
кальцисолей – до 50% при достаточном обеспечении водой для орошения.
Главной задачей в суббореальных лесных областях, где в настоящее время
находятся центры высокоразвитого многоотраслевого земледелия, является поддержание оптимальных экологических соотношений пашни, пастбищ и лесов.
Резервами для расширения земледелия могут здесь служить серые и бурые лесные почвы. Для последних КЗИ возможно довести до 40%.
Суббореальные лесные области уже широко освоены в Евразии и Северной Америке. Рост площадей земледелия здесь возможен за счет коренных
мелиораций солонцов и более интенсивного вовлечения в земледелие каштаноземов (современный КЗИ этих почв в Евразии – 21%). Ограниченность возможностей орошения приводит к существованию двух форм земледелия: а) с источниками орошения в засушливые годы; б) менее интенсивная с агролесомелиорациями и неустойчивым характером земледелия.
Суббореальные полупустынные и пустынные территории Евразии и
Северной Америки с кальцисолями – это центры пастбищного животноводства.
На этих обширных пространствах нет крупных источников орошения, поэтому
рациональным можно считать для этих почв КЗИ около 10%.
Бореальные таежно-лесные области – прежде всего районы лесного хозяйства. В земледелие вовлечены альбелювисоли, где на ограниченных площадях
226
рационально развивать высокоинтенсивное земледелие с высокими дозами
удобрений и мелиорациями. Дальнейший рост земледелия в этих областях возможен за счет более интенсивного использования альбелювисолей и лювисолей
(средний КЗИ до 25%). Для мерзлотно-таежных областей резерв земледелия
оценивается в 1,1 млн. га. Все эти резервы земледелия бореально-таежных областей
могут быть использованы при решении проблем теплообеспечения почв, пищевого режима и переувлажнения почв, а также проблемы почвенной кислотности.
Пастбищный фонд мира составляет около 3 млрд. га. Это важнейший
вид землепользования, имеющий большое значение для многих стран и народов
в сухих районах тропиков, субтропиков и умеренного пояса, а также в тундре.
Более 1,6 млрд. га пастбищ сосредоточенно в Австралии, СНГ, США, КНР, Аргентине, Монголии и Бразилии. Низкопродуктивные пустынные, полупустынные и
сухостепные пастбища, выдерживающие исключительно низкую нагрузку, преобладают в Азии и Африке. Более высокого качества пастбищные угодья
Южной Америки и Австралии. Но в целом выход массовых единиц кормов с 1 га
пастбищ в несколько раз ниже, чем с 1 га пашни. В экономически развитых
странах происходит замена пастбищ и естественных лугов культурными лугами,
на которых проводится комплекс мелиораций (водная, химическая, агрохимическая). Их биологическая продуктивность часто выше, чем на пашне.
В Африке, в Латинской Америке, во многих странах Азии пастбищный
фонд страдает от перевыпаса, пастбищной эрозии и других негативных процессов. Перегрузка пастбищ пасущимися животными, большое и безвозвратное
отчуждение животной продуктивности приводит к деградации растительности,
к уничтожению дернины и разрушению почв.
Основные скотоводческие районы мира – сухие тропики и субтропики, где
находится более половины поголовья крупного рогатого скота. Почти на всех
пастбищах здесь наблюдаются проблемы перевыпаса. В северо-западной части
Индии, на бурых и серо-бурых полупустынных почвах нагрузка составляет 175
голов при норме 13–30 голов на 100 га, в зоне полупустынь – до 200 голов,
в Курдистане – 400–700 голов, а на востоке Малой Азии, в Турции – до 2000 голов
на 100 га. В последнем случае козы выпасаются в лесах, превратившихся в низкорослые угнетенные заросли сухих кустарников и находящихся на грани уничтожения. Современный облик пустынь и полупустынь Аравии, Индии, Северной
Африки, Месопотамии, Ирана, Австралии, Центральной Азии создан в значительной степени скотоводством. Следствием этого является распыление, выдувание, засоление почв. Территория потенциально пригодных для использования
земель, подвергшихся опустыниванию, составляет 19% площади суши.
Значительное влияние пастбищное хозяйство оказало на ландшафты сухих
субтропиков. Длительный интенсивный выпас в сочетании с сухостью климата и
широким распространением карстующихся известняков привели к почти полному
обезлесиванию Средиземноморья. В муссонных тропиках значительное количество
скота содержится на ограниченных площадях. В середине сухого сезона травы
227
натуральных пастбищ по кормовой ценности уступают даже рисовой соломе.
На больших территориях в подобных условиях гораздо выгоднее вольное разведение диких копытных и другой дичи с различной степенью одомашнивания.
В тундрах и лесотундрах северного полушария распространено оленеводство, причем 70% мирового поголовья северных оленей находится в России.
Общая площадь тундровых пастбищ составляет 320 млн. га при поголовье оленей 2,2 млн. голов. Вредное влияние перевыпаса особенно сильно проявляется
на зимних (лишайниковых) оленьих пастбищах. Летние (травянистые) пастбища
страдают меньше. Продуктивность оленьих пастбищ уменьшается из-за современной техники, оставляющей глубокие и многолетние отметины в тундре. Разрушение изреженной, но играющей теплоизолирующую роль растительности
в тундре приводит к чрезмерному таянию почв, их оседанию и развитию термокарста, появлению оврагов. Эрозия, термокарст и солифлюкция делают восстановление растительности на нарушенных участках невозможным. Главными мероприятиями по предотвращению негативных последствий перевыпаса должны
стать пастбищеобороты и максимальное сокращение выпаса, и выбивание грунтов.
Уровень цен на земельные ресурсы мира имеет четко выраженную тенденцию к росту ввиду снижения удельной обеспеченности земельными ресурсами
в большинстве стран мира.
Существует земля различных категорий (сельскохозяйственная, леса,
населенных пунктов и проч.). Различные страны по-разному подходят к регулированию рынка земельных ресурсов мира. Некоторые предоставляют право собственности на землю своим и иностранным гражданам, некоторые не предоставляют совсем или только с определенными ограничениями. При этом сам «кадастровый» (по категориям и стоимости) учет земельных ресурсов мира ведется не
во всех странах. Тем не менее существуют внутренние методики статистических
органов стран и методики Всемирного банка, которые позволяют вести учет и
сопоставление уровней стоимости совокупных земельных ресурсов различных
стран, а также отдельных категорий земельных ресурсов мира.
Вероятно, наиболее корректным для достижения цели сравнения стоимости
земли в разных странах будет провести сравнение уровней стоимости сельскохозяйственной земли, так как цены на нее более однородны (по сравнению с ценами
на землю в населенных пунктах или в зонах отдыха), она занимает существенную
часть территории практически каждой страны, в отличие от обширных территорий лесов активно эксплуатируется населением и является источником обеспечения «продовольственной безопасности» каждого государства (рис. 15.2).
В соответствии с кадастровыми оценками отдельных государств, обобщенными в материалах Всемирного банка, уровень цен на сельскохозяйственную
землю в мире отличается весьма существенно.
По рисунку 15.2 можно проследить недостаточно однозначную, но все же
зависимость между национальной оценкой стоимости пахотных земельных ресурсов и их размерами, приходящихся на 1 жителя страны. Чем меньше пахотной
228
земли приходится на душу населения, тем она дороже. К тому же, чем меньший
удельный вес занимает сельскохозяйственная земля в общем объеме территории
государства, тем она дороже. При этом стоит обратить внимание, что даже в так
называемых «развивающихся» странах с низким уровнем ВВП на 1 жителя (например, Индия) оценка стоимости земли все равно является достаточно высокой
и находится на уровне развитых стран (Германия, Франция, Испания, Италия).
Интересным является сопоставление оценки стоимости 1 га пашни с объемом
ВВП, производимым в сельскохозяйственном секторе страны на 1 га пашни.
Рисунок 15.2 – Оценка стоимости 1 га пашни и площадь пашни на 1 жителя
В представленной таблице 15.3 сравниваемые страны проранжированы
по уровню ВВП, производимого на 1 га пашни. Беларусь имеет сравнительно
невысокие показатели (доля сельского хозяйства в ВВП существенно выше, чем
в развитых странах), но удельная производительность пашни в нашей стране
выше, чем в ряде развитых стран (США, Канада), в 4,5 раз выше, чем в России.
Россия имеет крайне низкий показатель объема производства ВВП. Хуже показатель только у Аргентины (при том, что оценка стоимости пашни у Аргентины
в 2,5 раза больше российского показателя). Россию часто сравнивают с Бразилией,
т. к. экономики государств сопоставимы. Доля сельскохозяйственного ВВП
в бразильской экономике выше, чем у России (7,4% против 5,5%), бразильский
ВВП с 1 га пашни превосходит российский в 3 раза, а стоимость 1 га пашни
в Бразилии в 4 раза выше российской.
229
Таблица 15.3 – Доля продукции сельского хозяйства, рыболовства и охоты
в ВВП страны
Доля с/х производства
Объем с/х
С/х производв ВВП страны
производства ство на 1 га
Страны
на 1 жителя, пашни, долл.
млрд. долл.
%
долл. США
США
США
Беларусь
19,4
8,8
920
1552
Аргентина
5,1
9,3
260
278
Россия
5,5
42,0
288
340
Австралия
3,5
24,5
1 277
489
Канада
2,6
29,0
942
635
Бразилия
7,4
58,8
345
1 014
США
1,6
199,3
706
1 127
Индия
24,9
195,5
192
1 213
Турция
14,5
52,6
781
2 043
Китай
15,9
354,3
281
2 455
Германия
1,2
33,4
406
2 845
Испания
3,5
39,3
970
2 931
Финляндия
3,6
7,0
1 345
3 193
Франция
2,8
59,1
1 003
3 219
Великобритания
1,1
24,1
410
4 298
Италия
2,7
46,5
806
5 558
Япония
1,3
58,6
462
13 250
Стоимость
1 га пашни,
долл. США
–
3 872
1 488
1 670
1 905
5 863
4 392
8 446
5 940
12 285
8 242
8 474
2 002
8 815
6 119
18 189
20 380
В таблице 15.4 представлены показатели эффективности деятельности
персонала, занятого в сельскохозяйственном производстве некоторых государств. Производительность труда в белорусском сельскохозяйственном производстве не слишком высокая и, соответственно, низкий уровень производимого
ВВП. Этот показатель в 3,5 раз ниже, чем, например, в Канаде, которая имеет сопоставимые природно-климатические условия, но выше, чем в России.
Таблица 15.4 – Эффективность деятельности персонала с/х производства
Страна
Беларусь
Канада
Италия
Испания
Финляндия
Германия
Россия
Численность занятых в с/х производстве
% от численности
тыс. чел.
населения
438
4,60
389
1,27
636
1,10
622
1,54
120
2,32
715
0,87
2 952
2,03
Объем с/х производства
на 1 занятого в отрасли,
долл. США
Беларусь
Канада
Италия
Испания
Финляндия
Германия
Россия
Самый высокий показатель объема производства сельскохозяйственной продукции в расчете на 100 долларов стоимости пашни особенно высок в Финляндии (табл. 15.5).
230
Таблица 15.5 – Объем производства с/х продукции по странам, долл. США
Страна
Финляндия
Великобритания
Япония
Турция
Канада
Италия
Австралия
США
Объем производства
ВВП на 100 долл. США
стоимости пашни
160
70
65
34
33
31
29
26
Страна
Франция
Германия
Испания
Россия
Китай
Бразилия
Индия
Аргентина
Объем производства
ВВП на 100 долл. США
стоимости пашни
37
35
35
23
20
17
14
7
Таким образом, земельные ресурсы мира составляют 13,4 млрд. га (26%
территории планеты), или 2 га на 1 человека. Примерно 95–97% всех продуктов
питания в мире производится на сельскохозяйственных землях. Площади, на которых производится основная масса продовольствия, составляют лишь 9%
поверхности Земли. При условии сохранения существующих технологий обработки земли и мировых темпов роста населения потенциал сельскохозяйственных земель для производства продуктов питания для человечества может достигнуть своего предела уже к 2050 г. Стоимость земли в различных странах значительно различается. Чем меньше земли приходится на душу населения страны,
тем земля дороже. Стоимость белорусской и российской земли является самой
низкой по сравнению с развитыми и ведущими развивающимися странами. С учетом ограниченности земельных ресурсов мира, ежегодного роста населения планеты, а также высокой степени освоенности пригодных для производства продуктов питания территорий наибольшим в мире потенциалом развития сельскохозяйственного производства для обеспечения продовольственной безопасности
планеты обладает Россия.
231
ЛЕКЦИИ 16. ИСТОРИЯ ПОЧВОВЕДЕНИЯ В БЕЛАРУСИ
Важной составляющей почвенно-географического образования является
изучение почвенного покрова родной страны, в которой большинству будущих специалистов придется жить и работать, применяя полученные знания и
умения на практике. Почвы Беларуси изучены далеко не полностью, но
к настоящему времени многочисленными исследователями выявлены основные закономерности формирования почв, разработаны классификационные
подходы, изучены основные свойства, пригодность различных почв под разные виды землепользования, приемы улучшения почв, созданы крупно- и
среднемасштабные почвенные карты сельскохозяйственных и лесных земель,
что нашло отражение в существенном росте урожаев сельскохозяйственных
культур за последние полвека, в период активного изучения почвы и воздействия на нее.
Основные результаты исследований почв Беларуси нашли свое отражение
в таких фундаментальных научных трудах, как «Почвы БССР» (1952, под ред.
И. С. Лупиновича, П. П. Рогового), «Почвы Белорусской ССР» (1974, под ред.
Т. Н. Кулаковской, П. П. Рогового, Н. И. Смеяна), «Почвы Беларуси и их классификация в системе ФАО-WRB (2004, Т.А. Романова). Учебников для вузов
по почвам Беларуси долгое время не было вообще, в 1997 г. появилось первое
пособие «Почвы Республики Беларусь» под редакцией А. И. Горбылевой, в 2007 г.
переизданное в дополненном виде. В этом пособии, однако, почвы Беларуси
трактуются с аграрных позиций, и особенности почвенного покрова территории,
что так важно с позиций географа, раскрыты недостаточно.
Примерно 7–10 тыс. лет назад на территории Беларуси были перигляциальные условия, доминировала тундра. Почвы Беларуси начали использоваться и
стихийно изучаться примерно 5–6 тыс. лет назад, когда было мощное потепление
и на территории Беларуси была лесная, а на юге даже степная зоны. С началом
суббореального периода степь отступала на юг и облесилась вся территория.
Окончательно границы современных лесной, лесостепной и степной зон сформировались 2–3 тыс. лет назад, и в последующий период серьезных изменений
в проявлении факторов почвообразования не было.
Почвы Беларуси долгое время использовались крайне экстенсивно, и научного познания почв практически не было. Подсечно-огневая и переложная
системы земледелия не требовали серьезных знаний о почве. Около тысячи лет
назад появились севообороты, дифференциация способов обработки земли,
использование навоза и золы. Период накопления первичных разрозненных сведений о почве был очень продолжительным, а сколько-нибудь серьезное ее научное
изучение началось лишь в XIX в., хотя докучаевский всплеск почвенной науки
слабо затронул непосредственно Беларусь.
232
Первые сведения о почвах современной территории Беларуси содержатся
в работе В. М. Севергина «Опыт минералогического землеописания Российского
государства» (1820–1821 гг.).
Важнейшим событием XIX в. можно считать создание Горы-Горецкой
сельскохозяйственной школы (26 апреля 1836 г.), превращенной в 1848 г.
в сельскохозяйственный институт. Обучение носило агрономический характер,
чистого почвоведения не читалось, но был курс «Кадастр и люстрации земель»
(96 часов), «Практикум по созданию сельскохозяйственных планов и проектов»
(160 часов – второе место в учебном плане по объему).
Считается, что вся русская сельскохозяйственная наука XIX в. вышла
из Горы-Горецкого Земледельческого института в первую очередь благодаря
работам Советова и Стебута. А. В. Советов (1826–1901 гг.), выпускник ГорыГорецкого института (1850 г.), изучал сельское хозяйство России и многих стран
Европы (Германии, Голландии, Дании, Австрии и др.), заведовал кафедрой
в родном институте, а в 1859 г. в Петербургском университете организовал и
возглавил первую в России кафедру сельскохозяйственных технологий. Его докторская диссертация «О системах земледелия» (1867 г.) была первой работой
в мире, где систематизированы вопросы истории земледелия, показавшей не
только вчерашний, но и завтрашний день земледелия. Его учениками были
В. В. Докучаев, С. П. Кравков и другие известные почвоведы-естествоиспытатели. А. В. Советов был первым в России доктором сельскохозяйственных наук
по разделу агрономия.
В эти годы в Горках работал профессор Иван Александрович Стебут
(1833–1923 гг.) – основатель теории известкования почв в России, написавший
фундаментальный труд «Известкование почв», где впервые на научной основе
подробно проанализированы причины положительного действия извести на почву
и культурные растения. Он писал: «Свойства нашего климата ... представляют
условия, самые благоприятные для успешного применения известкования, способствующего процессу выветривания, пополняющего содержание извести в почве,
содействующего разложению органических веществ, разрыхляющего почву и
мобилизующего в почве питательные вещества». Он создал в Петербурге женские
сельскохозяйственные курсы («стебутовские»), из которых вырос впоследствии
Ленинградский сельхозинститут. Его основные труды: «Основы полевой культуры и меры по ее улучшению в России», «Настольная книга для сельских хозяев»,
«Полеводство» – воспитали многие поколения русских агрономов. И. А. Стебуту
принадлежит идея выделения в России климатических и почвенных зон, чтобы
вести хозяйство в соответствии с природными условиями. Он первым проводит
районирование сортов сельскохозяйственных культур.
В магистерской диссертации Богдана Андреевича Телинского (1812–1886 гг.),
посвященной классификации земель в фискальных целях, уже рассматривались
физико-химические свойства почв, органическое вещество, способы оценки земель.
Под его руководством поставлены первые опыты с удобрениями, сортами культур.
233
Большое значение для изучения почв территории Беларуси имели работы
Западной экспедиции по осушению болот Полесья, руководимой И. И. Жилинским. За время работы экспедиции (1873–1898 гг.) были детально изучены природные условия Полесья. Особое внимание уделялось болотам и заболоченным
почвам. Исследование этих почв было продолжено на Минской болотной станции, которая открылась в 1911 г. на Комаровском болоте.
Новые возможности изучения почв Беларуси появились с возрождением
Горы-Горецкого сельскохозяйственного института (1919 г.), особенно когда
в 1921 г. при нем была открыта кафедра почвоведения, которую возглавил
Я. Н. Афанасьев (1877–1937 гг.). В 1922 г. открылся институт сельского и лесного
хозяйства в Минске, где кафедру почвоведения возглавлял В. Г. Касаткин, который составил первую почвенную карту части Минской губернии. Этот институт
был в 1925 г. объединен с Горецким – и образована Белорусская сельскохозяйственная академия.
В 1933 г. по инициативе Якова Никитича Афанасьева, одного из самых
первых белорусских академиков, всемирно известного ученого, на которого до
сих пор ссылаются в мировой литературе, открыта кафедра почвоведения в БГУ.
С 1951 по 1953 г. на базе этой кафедры существовало почвенное отделение
в рамках почвенно-биологического факультета, выпустившее 73 почвоведа, многие из которых стали основой современной школы почвоведов Беларуси.
Первым обобщением научных исследований почв Беларуси была работа
Я. Н. Афанасьева «Этюды о покровных породах Белоруссии» (1925 г.), где автор
детально рассматривает вопросы генезиса, строения и распространения четвертичных отложений на территории Беларуси. Другая крупная научная монография «Основные черты почвенного лика земли» принесла автору мировую
известность. Велик вклад Я. Н. Афанасьева в решение таких проблем, как классификация и систематика почв, процессы почвообразования, зональность почвенного покрова и др.
Иван Степанович Лупинович (1900–1968 гг.) – уроженец Шацка, выпускник института сельского и лесного хозяйства в Минске. Он исполнял обязанности Президента Академии наук, был президентом академии сельскохозяйственных наук Беларуси. Иван Степанович – основатель лаборатории физики и биохимии торфяно-болотных почв в НИИ мелиорации и водного хозяйства. Важнейшие труды – «Торфяно-болотные почвы Белорусской ССР и их плодородие»,
«Микроэлементы в почвах БССР и эффективность микроудобрений». Его имя
с 1970 г. носит белорусская сельскохозяйственная библиотека.
Андрей Григорьевич Медведев (1897–1985 гг.), выпускник Горецкого
сельскохозяйственного института. С 1951 г. – доктор сельскохозяйственных наук
(тема диссертации – «Характеристика почвенного покрова Белорусской ССР
в сельскохозяйственных целях»), с 1961 г. – член-корреспондент Академии наук.
Он считается основателем таких отраслей почвоведения в Беларуси, как эрозия и
234
бонитировка почв. Труды: «Почвы БССР», «Почвы Белорусской ССР», «Оценка
качества земель в Белорусской ССР», «Качественная оценка земель в колхозах и
совхозах Белорусской ССР», «Эволюция мелиорированных почв и ее итоги».
В 1931 г. на базе почвенно-геологической комиссии и кафедры почвоведения Инбелкульта был организован Институт почвоведения и удобрений, а
в 1939 г. преобразован в Институт социалистического сельского хозяйства
с отделом почвоведения. НИИ почвоведения был восстановлен в 1958 г. (директор – П. П. Роговой) и в настоящее время называется НИИ почвоведения и агрохимии НАН Беларуси (директором является В. В. Лапа).
В конце сороковых – начале пятидесятых годов XX в. были обобщены
результаты работы белорусских почвоведов, составлена карта почв БССР (1949 г.)
а также издана монография «Почвы БССР» (1952 г.) под редакцией И. С. Лупиновича и П. П. Рогового.
Результаты крупномасштабных исследований почв (1957–1963 гг.) дали
толчок для развития новых направлений в белорусском почвоведении: противоэрозионной организации территории, качественной оценки почв, эволюции почв
при окультуривании, мелиорации земель, агрохимии почв, активизировалось
исследование почв лесов, которое было начато в 1930-е годы в Институте леса,
а затем продолжено в лесотехническом институте и Белгипролесе.
Очередное подведение итогов работы белорусских почвоведов нашло
отражение в монографии «Почвы Белорусской ССР (1974 г.) под редакцией
Т. Н. Кулаковской, П. П. Рогового, Н. И. Смеяна; а также в карте почв Белоруской ССР (М 1: 600 000).
На протяжении всей истории своего развития почвоведение непрерывно
связано с агрохимией. Здесь следует назвать, прежде всего, школу агрохимиков
БСХА, где агрохимическая наука развивается с момента образования учебного
заведения. В последующие годы агрохимия стала занимать все большее место
ввиду преобладания в стране небогатых почв, в которых в первом минимуме
часто оказываются именно элементы питания. Крупнейшими представителями
данного направления явились академики Кулаковская Т. Н. (1918–1986 гг.) и
Богдевич И. М. (род. в 1937 г.), долгие годы возглавлявшие институт почвоведения
и агрохимии – крупнейший современный центр почвоведческой науки в стране.
В настоящее время почвоведение в Беларуси развивается также в БГТУ,
ГГАУ, БСХА, ряде научно-исследовательских организаций.
235
ЛЕКЦИЯ 17. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
НА ТЕРРИТОРИИ БЕЛАРУСИ
На территории Беларуси формируется умеренно континентальный климат.
Его особенности обусловлены размещением территории республики в умеренных широтах, близостью Атлантического океана, преобладанием равнинного
рельефа, отсутствием крупных горных преград на путях воздушных масс на соседних с республикой территориях.
Основные черты климата Беларуси – мягкость, относительно небольшие
амплитуды температур, достаточное количество осадков, неустойчивый характер погоды.
Климат прямо или косвенно управляет всеми явлениями, процессами и
факторами почвообразования, являясь важнейшим фактором глобальной дифференциации почвенного покрова. Основным источником энергии для большинства
процессов является солнечная радиация. В сочетании с увлажнением она определяет интенсивность и глубину выветривания породы и почвы, синтез почвенных
минералов, интенсивность роста растительности и направление разложения органических остатков, функционирование почвенной биоты. Различные сочетания
поступающего тепла и влаги в почву формируют тепловой и водный режимы почв.
Годовой приход суммарной солнечной радиации изменяется от 3500 МДж/м2
на севере до 4050 МДж/м2 на юге. Радиационный баланс за год положительный
(1500–1800 МДж/м2).
Средние параметры температурных показателей постепенно повышаются
с северо-востока на юго-запад. В противоположном направлении изменяются
показатели увлажнения.
Изменение температуры и увлажнения в пределах республики плавное,
поэтому скорость процессов почвообразования протекает умеренно. Тепловой
режим определяет интенсивность механических, геохимических и биологических процессов.
При замерзании и оттаивании почвы с поверхности происходит образование
трещин и глыб разного размера, что содействует формированию структурных
отдельностей.
Минералы и породы подвергаются физическому выветриванию из-за различия их коэффициентов линейного расширения.
Капиллярное давление в тонких порах и давление замерзающей воды
в крупных трещинах приводит к механическому разрушению минералов. Тающий
снег вовлекает в миграцию питательные вещества с поверхности почвы, способствует линейной эрозии.
При среднесуточной температуре воздуха 10 °С начинается активная вегетация всей растительности и активизируются все почвенные процессы, что приводит к перераспределению химических элементов между генетическими горизонтами. Так, в большинстве минеральных почв при регулярном выпадении
236
осадков химические элементы выносятся в иллювиальный горизонт, формируется
подзолистый горизонт. Максимума развития почвенные процессы достигают
при температуре 20–30 °С.
Повышенная влажность воздуха и высокая облачность приводят к выпадению значительного количества осадков. Беларусь относится к зоне достаточного увлажнения. Определенную роль играет рельеф, в связи с чем центральная
часть Беларуси, где преобладают возвышенности, получает 650–750 мм осадков.
Сумма осадков за период вегетации составляет 400–500 мм (70% от годовой суммы).
Для оценки влагообеспеченности почв используется коэффициент увлажнения (отношение количества осадков к величине испаряемости), который изменяется
от 0,9 на крайнем юге до 1,2 на севере, и гидротермический коэффициент (отношение количества осадков к сумме активных температур, уменьшенной в 10 раз) Селянинова (ГТК). За период с температурой выше 10 °С ГТК колеблется в пределах
1,3–1,8. Он выше (1,6–1,8) в северной и центральной части республики и ниже (1,3–
1,5) на юге. Крайние пределы его варьируют от 0,5 до 2,5 (повторяемость один раз
в 20 лет). Наименее обеспечены влагой песчаные почвы южной части республики.
По термическим ресурсам вегетационного периода и условиям обеспеченности его влагой территория Беларуси делится на три агроклиматические области:
северную, центральную и южную (А. Х. Шкляр, 1962).
Северная агроклиматическая область характеризуется умеренно холодной
зимой, устойчивым снежным покровом, умеренно теплым вегетационным периодом, устойчивым увлажнением. Годовое количество осадков – около 660 мм,
тепловые ресурсы составляют примерно 1760 МДж/м2 в год. Влажность метрового слоя почвы выше наименьшей влагоемкости в средний год за вегетационный период. Во влажные годы почвы избыточно увлажнены весной и осенью.
Летом может быть недостаток влаги в пахотном горизонте. Суммарное испарение за год составляет 570–610 мм.
Центральная агроклиматическая область характеризуется умеренной и
с частыми оттепелями зимой, теплым вегетационным периодом, умеренным
увлажнением. Этой области присуще оптимальное увлажнение в средний год и
некоторый избыток влаги в мае-августе во влажный год. Годовое количество
осадков – около 630 мм в год, суммарное испарение – 570–590 мм. Тепловые
ресурсы области составляют около 1800 МДж/м2.
Южная область характеризуется мягкой и короткой зимой, наиболее длительным теплым вегетационным периодом с неустойчивым увлажнением. Область
не испытывает избытка влаги даже во влажный год. Увлажнение недостаточное,
особенно в сухие годы. Годовое количество осадков – около 600 мм, суммарное
испарение – 545–590 мм. Тепловые ресурсы составляют 1930 МДж/м2 в год.
В сухие годы влажность метрового слоя почвы в мае-августе опускается ниже
70% наименьшей влагоемкости.
Основное влияние климата на почву проявляется через количество поступающей на поверхность почвы солнечной радиации и количество выпадающих
237
осадков. Лучистая солнечная энергия у поверхности почвы превращается в тепловую. Она нагревает почву, активизирует почвенные процессы, идет на испарение
влаги. В результате этого формируется тепловой режим почвы, который будет
зависеть от экспозиции склонов (рельефа).
Независимо от количества тепла без воды в почве не могут активно протекать химические, физико-химические и биологические процессы. С движением
воды в почвенном профиле связана миграция ионов, коллоидов, молекул, что
приводит к расчленению почвы на генетические горизонты, а на поверхности –
к проявлению водной эрозии и переотложению смытого ценного гумусового
горизонта. Условия увлажнения в республике приводят к формированию слабопромывного водного режима. Повышенное увлажнение приводит к выносу за
пределы почвенного профиля легко- и даже труднорастворимых соединений, так
что формируется сильно кислая или кислая среда. Часть растворимого гумуса
(фульвокислоты) выносится вместе с глинистыми минералами вниз по профилю
или за его пределы. Такие условия приводят к снижению величины емкости
катионного обмена в почвах, формируется обедненный подзолистый горизонт.
На гидротермические условия почв влияет смена сезонов года, отклонение
погодных условий от нормы (смена длительного сухого или дождливого сезона
в течение вегетационного периода), что становится нормой в настоящее время
в республике.
Основная роль рельефа в почвообразовании заключается в перераспределении теплоты (солнечной радиации), влаги и растворенных в ней веществ в виде
молекулярных и коллоидных растворов и твердых взвесей, а также твердых
веществ (вынос и аккумуляция выносимых веществ). Поэтому в почвоведении
очень важно знать как количественные, так и генетические особенности рельефа
той или иной территории. По особенностям залегания почв относительно рельефа
В. В. Докучаев разделил почвы на нормальные, переходные и анормальные.
В целом в рельефе территории Беларуси преобладают плоские и пологоволнистые равнины и низины, которые смыкаются речными долинами и грядовохолмистыми комплексами. Низинные пространства имеют слабую расчлененность
(глубина – не более 5 м, густота – 0–0,2 км/км2), что благоприятно для формирования и использования почв. На приподнятых равнинах глубина расчленения
составляет 5–10 м, а густота – 0,3–0,5 км/км2, на склонах возвышенности эти
показатели возрастают соответственно до 40 м и более и до 0,5 км/ км2 и более.
Существуют определенные закономерности морфологических и генетических особенностей рельефа территории Беларуси, сказывающихся на процессах
почвообразования и формировании почвенного покрова.
В северной части территории Беларуси преобладает ледниково-аккумулятивный рельеф поозерского оледенения. Для него характерны озера, плоские
заболоченные низины, бессточные котловины.
Это способствует образованию сложных почвенных комплексов, включающих практически все типы почв, встречающихся на территории Беларуси.
238
Наиболее четко эти особенности аккумулятивного рельефа проявляются на Полоцкой и Чашникской низинах, в долине Западной Двины, на Шумилинской, Лучесской и Сенненской моренных равнинах, где они представлены отложениями
ледников, покрывавших территорию Беларуси.
Другой особенностью ледниково-аккумулятивного рельефа является большое
количество краевых ледниковых возвышенностей (Городокская, Браславская,
Ушачская и Витебская) и гряд (Освейская, Свирская и Свентянская), для которых
характерно наличие большого количества камовых холмов, друмлинов, озовых
гряд, ледниковых ложбин, озер ложбинного и эрозионного происхождения,
большая завалуненность. Гряды чаще имеют крутые склоны, выпуклые вершины,
дугообразную форму, обращенную выпуклой стороной чаще к югу. Глубина
расчленения поверхности здесь составляет 20–40 м/км2, а густота – 0,3–0,4 км/км2,
что способствует развитию водно-эрозионных процессов.
Равнины Белорусского Поозерья представлены водно-ледниковыми (Заборская, Нарочанская, Лучосская, Суражская) и моренными (Шумилинская, Сенненская) равнинами. Водно-ледниковые равнины характеризуются абсолютными высотами в пределах 170–200 м, глубина расчленения – преимущественно 5–10 м/км2,
густота расчленения – менее 0,5 км/км2. В качестве почвообразующих преобладают
флювиогляциальные образования, реже моренные. Моренные равнины имеют пологоволнистый и мелковолнистый рельеф с относительными высотами 5–7 м.
В центральной части Беларуси преобладает ледниково-аккумулятивный
рельеф, образованный Сожским оледенением. Здесь рельеф более древнего возраста
по сравнению с северной частью республики, с большой денудационной преобразованностью, что отражается в его морфометрических и морфологических параметрах. Широко распространен грядово-холмистый рельеф с пологими вершинами,
территория имеет глубокое эрозионное расчленение, в зонах залегания лёссовидных пород много суффозионных западин («блюдец») и крупных оврагов. Типичны
для этих условий денудационные ложбины и сквозные долины, которые хорошо
разработаны и представлены относительно устойчивыми формами рельефа, благоприятными для формирования полнопрофильных зональных почв. Для центральной части Беларуси характерны наибольшие абсолютные и относительные высоты.
При продвижении к востоку абсолютная высота поверхности снижается,
преобладают платообразные поднятия, уменьшается горизонтальная и вертикальная расчлененность территории, что в сочетании с другими факторами (почвообразующие породы, климат) благоприятно для формирования почв с относительно высоким оценочным баллом. Основная причина значительного различия
рельефа, а соответственно и почвенного покрова в западных и восточных территориях, по мнению белорусских ученых (Г. И. Горецкий, А. В. Матвеев и др.),
не в экзогенных процессах, а в геологическом строении (на востоке – Оршанская
впадина, на западе – Белорусская антеклиза). Иными словами, дочетвертичная
поверхность территории в значительной степени проявляется на современном
рельефе и мощности четвертичных отложений.
239
Западная территория центральной части Беларуси представлена крупнейшими ледниковыми возвышенностями (Гродненская, Минская, Новогрудская,
Волковысская, Ошмянская, Копыльская) и равнинами (Вороновская, Лидская,
Кривичская, Столбцовская), а также водно-ледниковыми низинами (Любчанская,
Вилейская, Скидельская). Характерной особенностью возвышенностей является
наличие краевого ледникового рельефа, сформированного в результате деятельности Сожского, реже Поозерского ледника на разных этапах его развития, а
также камов и озов, иногда образующих целые системы.
К краевым ледниковым формам рельефа приурочены высшие топографические отметки поверхности, а также наибольшие показатели глубины и густоты расчленения рельефа. По мере удаления от высших отметок уменьшается и степень расчлененности территории. К этим формам рельефа, как правило, примыкают моренные образования, которые довольно часто (Новогрудская, Оршанская, частично
Минская возвышенности) перекрыты лёссовидными отложениями, что благоприятно
для развития эрозионных процессов. Для краевых образований характерен крупнохолмистый, холмисто-увалистый, средне- и мелкохолмистый увалистый рельеф.
Равнины западных территорий центральной части Беларуси представлены
моренными и водно-ледниковыми образованиями. Моренные равнины преимущественно сожского возраста, имеют пологоволнистый рельеф с пологими
моренными холмами с довольно крутыми склонами (до 10–20°), множеством
термокарстовых западин, которые в настоящее время заболочены, долинами
стока ледниковых вод и ледникового выпахивания. На поверхности равнин
встречаются камы, участки краевых ледниковых образований с относительными
высотами 10–20 м. Поверхность расчленена долинами стока, много термокарстовых западин. Понижения сильно заболочены.
Равнины восточных районов центральной части Беларуси представлены
Верхнеберезинской водно-ледниковой и Горецкой моренной, которые имеют
полого-холмистую или мелкоувалистую поверхность. Глубина расчленения территории Верхнеберезинской равнины редко превышает 5 м/км2, а густота –
менее 0,4 км/км2. Поверхность Горецкой моренной равнины из-за наличия лёссовых отложений (мощность 10–12 м) очень сильно разрезана оврагами, балками,
промоинами, которые врезаются на глубину до 20 м и более. Здесь имеется много
суффозионных западин, достигающих 100 м и более в диаметре и глубины 5 м.
Глубина расчленения составляет до 20 м/км2, а густота – более 0,5 км/км2.
Типичными для восточных районов центральной части Беларуси с точки
зрения почвенно-геоморфологических параметров являются Центральноберезинская, Могилевская, Славгородская и Костюковичская водно-ледниковые равнины,
преимущественно Поозерского оледенения. На фоне преобладающих форм водноледникового рельефа хорошо выражены участки моренных равнин, которые приподняты и расчленены ложбинами стока, а на Костюковичской равнине моренные
формы даже доминируют. Водно-ледниковые равнины имеют пологоволнистую
240
поверхность с колебанием высот 2–4 м. Поверхность расчленена речными долинами,
ложбинами стока талых ледниковых вод и овражно-балочной сетью. Понижение
сильно заболочены, что привело к образованию крупных болотных массивов.
Низины центральной части Беларуси представлены водно-ледниковым
рельефом. Это чаще всего пологоволнистые флювиогляциальные поверхности,
имеют наклон при продвижении с севера на юг и на юго-запад. Если в северных
частях абсолютные высоты преобладают в пределах 150–170 м, то на юге – 135–
140 м. На поверхности часто встречаются эоловые гряды, дюны, бугры, которые
состоят из песчаных водно-ледниковых отложений и вытянуты вдоль речных
долин. Понижения заболочены, мощность торфа достигает 7 м.
Таким образом, между северной (поозерской) и центральной частями
имеются существенные отличия в рельефе как по генетическим, так и
по морфологическим признакам. Граница между ними выражена четко и
в основном совпадает с предельной границей распространения Поозерского ледника. Этот рубеж хорошо проявляется в почвенном покрове, что подчеркивает
неразрывную связь между почвой и рельефом.
При сравнении почвенно-геоморфологических характеристик центральной и южной (Полесской) частей территории Беларуси также наблюдаются значительные различия. Вместе с тем четкой границы, как в почвах, так и в рельефе
между этими частями нет. Это вызвано прежде всего тектоническими особенностями территории и палеографической обстановкой в четвертичном периоде –
отсутствием четкой территориальной выраженности эрозионно-денудационного
преобразования поверхности в голоценовом периоде. В переходной зоне находятся водно-ледниковые равнины (Пружанская, Солигорская, Чечерская, Высоковская) и водно-ледниковые низины (Светлогорская, Стрешинская), где формы
и типы рельефа, а также их параметры могут быть близки к аналогичным в центральной и южной частях территории Беларуси.
В южной части Беларуси (Полесская низменность) преобладают водноледниковые и озерно-аллювиальные низины. Из водно-ледниковых низин выделяяются Брестская, Житковичская, Озаричская, Василевичская, Хойникская. Абсолютные отметки поверхности здесь находятся преимущественно в переделах 140–160 м,
опускаются по речным долинам, увеличиваются в пределах краевых ледниковых
образований и отдельных холмов до 170–180 м. Преобладающая глубина расчленения рельефа – 1–2 м/км2 (в отдельных местах – до 5–7 м/км2), густота расчленения
редко превышает 0,2 км/км2. Приподнятые участки территории имеют эоловые
форы рельефа в виде отдельных холмов с котловинами выдувания или невысоких
гряд, имеющих превышения 2–3 м. Понижения сильно заболочены. Среди заболоченных и заторфованных территорий встречаются песчаные острова.
Озерно-аллювиальные и аллювиальные низины (Наревско-Ясельдинская,
Слуцко-Оресская, Верхнеприпятская, Комаринская) имеют плоский рельеф, густота
расчленения – менее 0,2 км/ км2. Множество ложбин сильно заторфованы, а их
самые низкие участки заняты небольшими озерами. Озерные котловины имеют
241
преимущественно карстовое происхождение, округлой формы, по берегам часто
образуются песчаные валы и гряды. Наиболее повышенные участки низин заняты
песчаными эоловыми образованиями, пески слабо закреплены и часто перевеваются.
Водно-ледниковые равнины Полесья (Логишинская, Столинская, Лельчицкая, Малоритская), образованы преимущественно днепровским оледенением.
Поверхность их плоская, в отдельных местах нарушается эоловыми образованиями. Колебания относительных высот редко превышают 3 м. Много эоловых
форм рельефа в виде гряд шириной несколько десятков метров, длиной до 200 м
и высотой до 5–10 м, а также котловин выдувания, которые почти повсеместно
заболочены. Болота занимают до 50% и более.
В рельефе Полесья выделяются равнина Загородье и Мозырская ледниковая возвышенность. Загородье представлено краевыми ледниковыми образованиями в виде гряд с относительными высотами до 15 м, шириной около 50 м
и протяженностью до 500 м, с густотой расчленения в до 1,0 км/км2, глубиной
до 3–5 м/км2, а также пологоволнистой флювиогляциальной равниной в южной
пониженной части с большим количеством крупных болотных массивов.
Мозырская ледниковая возвышенность (220,7 м) представлена краевым
ледниковым рельефом, переходящим в зандровую, местами заболоченную равнину. Определяющее значение в формировании поверхности Мозырской возвышенности имеют лёссовидные отложения, покрывающие моренные породы.
Глубина расчленения изменяется от 2–3 м/км2 на зандрах до 80 м/км2 на вершинах,
густота расчленения – 2–8 км/км2. Возвышенность сильно изрезана овражнобалочной сетью (до 30 шт./км2).
Важное место в почвообразовании территории Беларуси занимает долинный рельеф, так как речные долины занимают значительные площади и к ним
приурочены основные площади болотных и заболоченных почв. Долины крупнейших рек имеют хорошо выработанные аккумулятивные поймы преимущественно двух уровней (Неман – четыре уровня).
Таким образом, рельеф как фактор почвообразования на территории Беларуси характеризуется большим разнообразием. Однако несмотря на это, имеется
четкая закономерность в территориальном распределении типов и форм рельефа,
определена характером распределения основных рельефообразующих факторов
(структурно-тектонические особенности территории, генетический тип четвертичных отложений, эндо- и экзогенные процессы). Эти закономерности рельефа отражаются и на процессах почвообразования, что позволяет использовать их в почвенных классификациях и почвенно-географическом районировании территории.
Почвообразующие породы играют важную роль в формировании почв. Они
являются частью твердой фазы почвы и определяют ее исходные текстурные, минеральные, химические, физико-химические, общие физические, физико-механические, водно-воздушные, тепловые параметры. Велико влияние почвообразующих
пород на структуру почвенного покрова. Почвообразующие породы страны проще
242
делить на ледниковые (моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые, лёссовидные) и современные (озерные, органогенные, эоловые, аллювиальные), или,
другими словами, на отложения плейстоцена, которые являются следствием пяти
оледенений и разделяющих их межледниковий, и голоцена. Мощность четвертичных отложений составляет в среднем 75–80 м, с колебанием от нескольких до 325 м.
В составе четвертичных пород преобладают отложения, связанные с деятельностью ледников. Среднечетвертичные отложения на территории Беларуси
представлены в основном отложениями Сожского оледенения – моренными глинами, суглинками и супесями, реже крупнозернистыми песками. Территория их
распространения находится между южными границами максимального продвижения Поозерского и Сожского ледников. С поверхности они перекрыты песчаными и супесчаными водно-ледниковыми отложениями Поозерского, а на юге –
Сожского ледника. Верхнечетвертичные отложения своим происхождением обязаны деятельности последнего поозерского ледника, который покрывал практически все Белорусское Поозерье. Почвообразующие породы здесь имеют очень
сложный состав (моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые) и характер
залегания, определяемые разными стадиями наступления ледника и межстадиальными эпохами. Моренные отложения севера Беларуси представлены в основном грубыми супесями, суглинками и глинами, включают большое количество
валунов, гравия и гальки. На значительной площади моренные отложения выходят
на дневную поверхность и являются почвообразующими породами.
Белорусское Поозерье является районом максимального распространения
озерных отложений в виде песков, песчано-гравийных образований, глин, мергелей,
органоминеральных илов и сапропелей. Их мощность может достигать 20 м и более.
Из других пород голоценового возраста следует отметить аллювиальные
и болотные (органогенные) отложения. Аллювиальные отложения встречаются
в виде руслового, пойменного и старичного аллювия. Русловой аллювий представлен чаще отмытым, сортированным песком, пойменный аллювий содержит
иловатые песчаные и глинистые породы, а в старичном аллювии, кроме минеральных отложений (песков, супесей, суглинков), встречаются органоминеральные (сапропели, мергель) и органогенные (торф) породы.
Болотные отложения территории Беларуси представлены низинными, переходными и верховыми торфами. В их распространении имеется определенная
закономерность. Основные массивы низинных торфяных болот приурочены
к Белорусскому Полесью. Переходные и верховые торфяники часто распространены в Белорусском Поозерье и равнинах центральной части Беларуси.
Значительная часть (около 9%) территории Беларуси занята лёссами и
лёссовидными породами. Лёсс – пылеватая, часто карбонатная порода суглинистого гранулометрического состава, сложного до конца не выясненного генезиса. Особенностями этих пород являются: буроватая окраска, рыхлое сложение,
высокая поглотительная способность, низкая водопропускная способность. Эти
243
особенности определяются преимущественно высоким содержанием (40–70%)
крупнопылеватых (0,05–0,01 мм) частиц. У лёссовидных пород на 10–20% ниже
содержание пыли, но они похожи на лёссы. На этих породах образуются дерновопалево-подзолистые почвы, которые имеют более высокое естественное плодородие, большие запасы питательных веществ и лучшие водно-физические свойства
среди почв дерново-подзолистого типа.
Таким образом, геологическое строение и история формирования территории Беларуси предопределили состав и характер распределения почвообразующих пород. В целом почвообразующие породы отличаются в Беларуси
большим разнообразием.
По минеральному составу почвы и почвообразующие породы имеют определенные различия как литогенного, так и педогенного происхождения. Почвенный субстрат на всей территории Беларуси является элювием кристаллических
пород, испытавшим частичное допочвенное преобразование под действием ледниковых вод, и часто трудно решить, какие минералы и в каком количестве
унаследованы от прошлых эпох, а какие являются результатом педогенеза.
Существует явная связь минералогического состава почв с размером элементарных частиц почвы. Обычно песчаные фракции содержат кварца 65–80%,
полевых шпатов – 7–12%, слюд и оксидов – по 3–5%, до 6% отдельных других
минералов и не содержат глинистых минералов; пылеватые фракции содержат
кварца 15–35%, полевых шпатов – 5–12%, слюд – 5–45%, оксидов – 5–6%,
до 20% глинистых минералов; в илистой фракции доминируют глинистые
минералы – до 50% и более, может быть много слюд – до 40%, 6–8% оксидов, 5–
15% кварца, незначительное количество полевых шпатов и других минералов.
Уже в середине ХХ в. были получены первые данные о минеральном
составе почв Беларуси (Лупинович И. С., Самодуров П. С., 1952). В лёссовых
отложениях Минской возвышенности фракции более 0,01 мм содержали 75–86%
кварца, 1–6% слюд, 5–14% полевых шпатов, 1% глауконита, 2% халцедона,
на Оршано-Могилевском плато – 73–83%, 1–7%, 4–8%, 1%, 3% соответственно,
на Мозырской возвышенности – 77–95%, 1–3%, 4–14%, 1%, 1%. Вновь образованных (почвенных) минералов, как правило, не было, иногда в крупной пыли 1–2%.
Фракции 0,01–0,005 мм содержали 69–80% кварца, 17–31% почвенных минералов (опала, халцедона, гидрослюд – 6–13%) в Минской возвышенности, резкая
дифференциация по кварцу в двух других: А1 и А2 – 41–59%, В и С – 70–81%; 5–13%
гидрослюд, до 35% опала. В мелкой пыли преобладает вторичный кремнезем
в виде опала или халцедона, гидрослюд – 6–10%.
Номенклатура и классификация глинистых минералов неоднозначна. Чаще
всего выделяют три основные группы глинистых минералов: каолинит, монтмориллонит и гидрослюды. Особняком стоит аллофан – совокупность аморфных
глинистых минералов, особенно частый в андосолях, с ЕКО до 70 смоль(+)/кг.
Применительно к почвам Беларуси логично рассматривать глинистые минералы
5 главных групп, кроме трех указанных, еще вермикулит и хлорит.
244
В основе строения глинистых минералов лежат кремне-кислородные тетраэдры и кислород-гидроксил-алюминиевые октаэдры. Тетраэдр состоит из атома
кремния, который окружают 4 атома кислорода. В октаэдрах атомы алюминия
или магния окружены 6 атомами кислорода или группами ОН. Диоктаэдрическими называют минералы, если в октаэдрах заселены катионами 2/3 всех возможных позиций (монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, галлуазит, иллит)
или, иными словами, когда определяющий ион – алюминий. Если катионы занимают все возможные позиции, когда октаэдры образует магний – минералы триоктаэдрические (биотит, вермикулит, часть хлоритов). Для глинистых минералов
характерны изоморфные замещения, формирующие избыточный отрицательный
(реже положительный) заряд, например, замещение алюминия магнием в монтмориллоните, кремния – на алюминий в тетраэдрах бейделлита. В зависимости
от характера замещений выделяются диоктаэдрические и триоктаэдрические
минералы. Совокупный отрицательный заряд возникает при замещениях в октаэдрическом слое и уравновешивается обменными катионами в межслоевых промежутках (до 80% у монтмориллонита и лишь 20% катионообменных мест
сосредоточено у краев пакетов).
Основные минералы группы каолинита – каолинит, накрит, галлуазит,
диккит. Они являются гидратированными силикатами с вариабельностью в строении и гидратированности. Состоят из слоя октаэдров и слоя тетраэдров. Каолинит образуется из полевых шпатов, слюд и других минералов, ЕКО – не более
25 смоль(+)/кг. В почвах Беларуси его мало, в основном в элювиальных слоях.
Галлуазит состоит из каолинитовых слоев, разделенных слоями воды, которой содержится до 6–8% против 0,5–1,0% в каолините. ЕКО – 40–60 смоль (+)/кг.
Диккит состоит из двух слоев каолинитового типа, накрит – из шести слоев.
Слюды – мусковит, флогопит, биотит, парагонит. Обычно считаются первичными минералами.
Гидрослюды – совокупность слюдоподобных глинистых минералов. Состоят
из двух тетраэдрических и одного октаэдрического слоя, соединенных общими
атомами кислорода. В отличие от монтмориллонита часть атомов кремния,
обычно 1/4, замещена алюминием, а избыточный отрицательный заряд компенсируется калием, который оказывается в гексагональных пустотах кислородного
слоя. Заряд -8 Аl-октаэдра компенсируется двумя зарядами +3 Si-тетраэдров и двумя
зарядами +1 межслоевого калия. В гидрослюдах по сравнению со слюдами лишь
1/6 часть кремния замещена алюминием. ЕКО – 40–60 смоль(+)/кг, иногда выше.
Иллит – группа минералов, переходных от каолинита к слюдам.
Монтмориллонит (смектит) – водный алюмосиликат с отношением кремнезема к полуторным оксидам, равным 4, и незначительным содержанием щелочных и щелочно-земельных катионов. Он близок к слюдам, но связи между слоями
слабее, и характерна гидратация, часто сильная. Это самый мелкодисперсный
из глинистых минералов.
245
Бейделлит – отличается от монтмориллонита изоморфным замещением
части кремния в тетраэдрах на алюминий, поэтому отношение кремния к алюминию снижается с 4 до 3. Встречается в аллювиальных почвах Беларуси.
Хлорит – группа зеленых водных силикатов, правильное чередование биотитовых и бруситовых слоев. Тип их структуры часто называют 2:1:1. Основной
вид замещений – алюминия на кремний, частично компенсируемый заменой
алюминия или железа на магний. Он не раздвигается молекулами воды, и катионы
промежуточных слоев не являются обменными. ЕКО – 10–40 смоль(+)/кг.
Вермикулит похож на слюду, имеет нестабильный химический состав.
Изоморфные замещения происходят в основном в тетраэдрических слоях, и отрицательный заряд накапливается на поверхности. Слои вермикулита раздвигаются
молекулами воды, но расширение не превышает 4,98 Å, что соответствует
толщине двух слоев воды.
Часть глины представлена смешаннослойными минералами с регулярным
или нерегулярным чередованием слоев разных минералов.
Рентгендифрактометрические исследования позволяют составить довольно
полную картину минеральных характеристик глинистого вещества различных
почв Беларуси.
Бурые лесные почвы отличаются вермикулитизацией гидрослюд и слабым
изменением заряда решетки: от +0,75 у иллита до +0,66 у вермикулита. Преобладающим материалом ила материнских пород являются диоктаэдрические гидрослюды (70–80%), каолинит, вермикулит, хлорит содержатся в количествах 4–9%
каждый. Результатом буроземного процесса является накопление в профиле вермикулита, монтмориллонита, хлорита (40–60% ила) против 12% в материнской породе.
В дерново-подзолистых почвах на суглинистых породах (табл. 16.1) преобладающими в илистой фракции являются гидрослюда (63–77%) и каолинит
(16–25%) при незначительной доле вермикулита (5–8%) и хлорита (3–5%).
В дерново-подзолистых почвах на двучленных породах и песках преобладающими
в илистой фракции также являются гидрослюда и каолинит (в сумме 44–89%),
но значительно возрастает доля вермикулита (до 44% в гумусовом горизонте),
хлорита мало (3–12%).
Таблица 16.1 – Содержание глинистых минералов в дерново-подзолистых почвах
Беларуси (числитель – % к илу, знаменатель – % к почве)
Почва
На легком пылеватом суглинке
Горизонт
(глубина, см)
А1 (2–7)
А2 (10–20)
В1 (45–52)
С (150–160)
Монтмориллонит
–
–
–
–
246
Минералы
Верми- Гидрокулит
слюда
9/0,4
70/3,6
8/0,4
63/3,2
5/0,7
75/10,9
5/0,3
75/4,1
Каолинит
16/0,8
25/1,3
17/2,5
20/1,1
Хлорит
5/0,2
4/0,2
–
–
Окончание таблицы 16.1
Почва
На легком лёссовидном суглинке
На связном песке,
подстилаемом
мореной
На рыхлом водноледниковом песке
На рыхлом
древнеаллювиальном песке
Слабоглееватая
на моренном
суглинке
Слабоглееватая
на лёссовидном
суглинке
Глееватая на
лёссовидном
суглинке
Глеевая на лёссовидном суглинке
Глеевая на
древнеаллювиальном песке
Горизонт
(глубина, см)
Ап (5–15)
А2 (35–45)
А2В1 (45–55)
В2 (65–75)
С (125–135)
Ап (5–15)
А1 (7–17)
А2 (30–40)
В1 (62–72)
С (150–160)
А1 (2–7)
А2 (12–22)
В1 (35–45)
С (185–195)
Ап (10–20)
А2В1 (30–40)
В2С (70–80)
В3С (85–95)
А1 (1–7)
А2g (10–20)
В1 (30–40)
В2С (75–85)
Ск (100–110)
Ап (10–20)
А2g (25–35)
А2В1g (50–60)
В2С (90–100)
А1 (2–5)
А1А2g (5–15)
А2g (20–30)
В1g (90–100)
Сg (200–210)
А1А2 (10–20)
А2g (20–30)
В1 (45–55)
В2С (80–90)
Сg (150–160)
А1А2g (15–25)
В1hg (30–40)
В2g (50–60)
G (100–110)
Монтмориллонит
–
–
–
–
–
–
–
–
6/0,4
15/1,0
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
10/1,7
5/0,2
27/0,7
12/0,4
5/0,5
23/2,3
–
–
17/2,7
19/2,1
33/6,8
17/0,6
6/0,2
11/0,3
22/0,4
247
Минералы
Верми- Гидрокулит
слюда
29/2,8
50/4,8
33/2,6
44/3,4
23/3,1
51/6,9
22/3,7
56/9,5
15/2,1
69/9,8
25/0,7
52/1,4
44/1,1
40/1,0
32/0,7
43/0,9
12/0,7
63/3,8
8/0,4
56/3,8
43/0,3
30/0,3
18/0,3
55/0,8
50,1
78/1,2
–
89/0,5
23/0,5
53/1,1
10/0,3
65/1,7
5/0,1
75/1,3
1/–
76/1,2
15/0,8
64/3,7
17/0,8
63/3,0
16/2,5
66/10,4
9/1,1
80/10,2
–
83/9,9
43/3,6
37/3,1
37/2,8
53/4,0
21/3,1
65/8,0
16/2,7
65/10,9
16/0,6
61/2,2
24/0,2
34/1,0
23/0,8
46/1,6
19/1,9
54/5,5
16/1,6
49/4,9
3/0,1
74/4,8
1/0,06
78/5,2
12/1,9
49/7,9
14/2,3
49/8,1
–
50/9,7
81/3,6
23/0,9
31/1,1
51/1,8
28/0,7
51/1,2
38/0,7
39/0,7
Каолинит
15/1,4
18/1,4
21/2,8
18/3,0
11/1,5
16/0,4
12/0,3
14/0,3
17/0,3
21/0,4
13/0,1
18/0,3
11/0,2
11/0,06
15/0,3
21/0,6
15/0,3
19/0,3
16/0,9
15/0,7
15/7,9
8/1,0
17/2,0
17/1,4
8/0,6
12/1,0
7/1,2
12/0,4
12/0,6
15/0,5
17/1,7
6/0,6
20/1,3
14/0,9
16/2,5
15/3,1
17/3,2
6/0,2
9/0,3
7/0,2
1/–
Хлорит
6/0,5
5/0,4
5/0,6
4/0,6
5/0,7
7/0,2
4/0,1
11/0,2
2/0,1
–
14/0,1
9/0,1
6/0,1
–
9/0,2
4/0,1
5/0,1
4/0,1
5/0,2
5/0,2
3/0,4
3/0,3
–
3/0,2
2/0,1
2/0,2
2/0,3
6/0,2
3/0,1
4/0,1
5/0,5
6/0,6
3/0,1
7/0,4
6/0,9
3/0,5
–
3/0,1
3/0,1
3/0,1
–
Еще одной чертой является снижение активности преобразования почвенных минералов в дерново-подзолистых заболоченных почвах по сравнению с автоморфными. Несколько возрастает роль каолинита при значительном преобладании
гидрослюд, особенно в оглеенных горизонтах. В верхних горизонтах появляются
хлориты и вермикулиты, в глееватых и глеевых почвах заметное количество
монтмориллонита, отсутствующего в менее влажных почвах.
В дерново-подзолистых почвах максимальная трансформация глинистого
компонента, содержится больше всего монтмориллонита (вермикулита) с понижением заряда решетки до +0,33, без видимых признаков хлоритизации, чему
способствует высокая кислотность и промывной водный режим.
В дерновых заболоченных почвах благодаря восстановительным условиям
среды, высокой насыщенности основаниями активно идет процесс преобразования гидрослюд в вермикулит и монтмориллонит.
Характерной чертой минерального состава почв Беларуси можно считать
соотношение минералов с расширяющейся решеткой (смектита + вермикулита)
к гидрослюдам, называемое коэффициентом лабилизации.
Оно изменяется в гумусовом горизонте от 0,5 в автоморфных почвах до 3
в подзолах и 2,5 в глейсолях. В иллювиальных горизонтах коэффициент лабилизации изменяется от 0,24 до 0,36 во временно избыточно увлажненных почвах,
0,39–0,45 – в глееватых до 0,63–1,02 в глеевых почвах, то есть является своеобразным диагностическим признаком степени гидроморфизма дерново-подзолистых заболоченных почв. В породе этот показатель снижается до 0,1 и менее,
тогда как в глеевых горизонтах дерновых заболоченных почв возрастает до 5,
в А2 подзола – до 2, падая в Вh до 0,7. В целом низкую долю минералов с расширяющейся решеткой (смектита + вермикулита) можно считать исходной характерной особенностью ледниковых отложений Беларуси.
Наибольшему преобразованию в ходе педогенеза на территории Беларуси
подвергся слюдистый компонент.
Изначально он составляет около 10% крупных и 80–90% тонкодисперсных
фракций. Именно слюды, являясь малоустойчивым компонентом, дают начало
многим вторичным минералам и обогащают почвенные растворы элементами
питания. Основным направлением трансформации биотита является его вермикулитизация с двумя промежуточными фазами: слюдовермикулитовые и хлоритвермикулитовые образования. Биотит выветривается легче мусковита вследствие
окисления Fe+2 до Fe+3 в октаэдрических позициях, что приводит к нарушению
всех связей в кристаллической решетке. Небольшая часть биотита в ходе педогенеза трансформируется в каолинит.
При доминировании процессов деградации минералов в большинстве
почв, особенно в окультуренных, имеют место и процессы аградации, связанные
с фиксацией калия почвенными минералами. При высокой концентрации калия
248
в почвенном растворе он фиксируется вермикулитом, слои сжимаются и образуются диоктаэдрические гидрослюды. В нижней части профиля преобладают
процессы вермикулитизации – начальные стадии деградации, а выше степень
зрелости вермикулитовых компонентов заметно возрастает.
Вода играет огромную роль на Земле – без нее не было бы жизни. Условия
увлажнения являются важным фактором выветривания и почвообразования. Вода
обладает большой подвижностью, благодаря которой она передвигается даже
в твердом состоянии, и способностью переносить различные вещества, играет
большую роль в обмене веществ.
Вода на своем пути неизбежно попадает в почву. Именно почва играет
огромную роль в круговороте воды, преобразуя ее в парообразную воду и воду,
усвоенную растениями (транспирация), поверхностный и подземный сток. Водный
режим почв любой территории – важнейшее звено водного режима всей суши.
Большое влияние оказывает вода на формирование почвы. Основатель
гидрологии почв Г. Н. Высоцкий сравнивал почвенную влагу с кровью организма,
так как она обеспечивает передвижение веществ и снабжение растений влагой,
то есть вода – основной агент почвообразования. Если глобальная дифференциация почвенного покрова на Земле определяется преимущественно количеством
поступающей солнечной энергии, то разнообразие условий почвообразования и
типов почв в пределах почвенно-климатических поясов и в том числе на территории Беларуси определяется именно условиями увлажнения.
Воды, как поверхностные, так и грунтовые, играют огромную роль в почвообразовании Беларуси. Воды влияют на формирование растительных сообществ
со свойственным им количеством и составом растительного опада, а также
на формирование окислительно-восстановительного режима почв.
При глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии застоя поверхностных
вод в почвенном профиле создаются аэробные условия и протекают окислительные явления, которые сопровождаются интенсивной минерализацией органического вещества. В таких условиях формируются автоморфные почвы, не имеющие признаков заболачивания. Автоморфные почвы всегда содержат значительно
меньше гумуса, различия их с полугидроморфными по этому показателю могут
достигать 2 раз. Например, в автоморфных дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах на лёссовидных суглинках обычное содержание гумуса составляет
1,5–2,0%, а в глееватых и глеевых – 3,0–4,0%. В дерново-подзолистых песчаных
эти показатели составляют соответственно 1,0–1,5 и 2,0–2,5%.
При избыточном увлажнении, обусловленном близким залеганием грунтовых вод и застоем поверхностных вод в пониженных элементах рельефа, реже
при наличии водоупорных слоев, развивается болотный процесс почвообразования и формируются гидроморфные и полугидроморфные почвы. Особенностью
болотного процесса почвообразования являются анаэробные условия и восстановительные процессы. В анаэробных условиях уменьшается активность окис249
лительных процессов, что приводит к ослаблению минерализации органического
вещества. На поверхности почвы накапливаются полуразложившиеся органические
остатки в виде торфа, которому свойственна высокая гидрофильность и влагоемкость, а также низкая аэрация при избыточном увлажнении, что ведет
к дальнейшему развитию процессов заболачивания. В целом можно констатировать, что вода является основным фактором формирования морфологического
облика почв Беларуси.
В условиях Беларуси переувлажнение почв может быть временным или
постоянным. Временное переувлажнение обычно обусловлено понижением рельефа,
что способствует сквозному промачиванию почвы в отдельные периоды года:
весной – в период снеготаяния, летом – после обильных длительных дождей,
реже после осенних дождей. В автоморфных песчаных почвах Полесья, например, период избыточного увлажнения полуметрового слоя почвы (влажность
выше наименьшей влагоемкости) длится всего 5–6 дней, во временно избыточно
увлажненных – 17–18 дней, в глееватых – 50 дней, глеевых – 56 дней (Т. С. Попова, 1977).
При временном переувлажнении в почвах развивается процесс оглеения
минеральной породы, характерной особенностью которого является превращение
окисного железа в закисное, более подвижное соединение, которое окрашивает
горизонты почв в синий цвет. При временном избыточном увлажнении почв
в них происходит периодическая смена окислительных и восстановительных условий и соединения железа могут переходить то в окисную, то в закисную форму.
При подсыхании почвы в ней улучшается воздушный режим, а следовательно, и преобладают окислительные явления, что ведет к образованию гидроксида железа. Присутствие гидроксидов железа проявляется в окраске почв Беларуси в виде ржавых и охристых пятен, примазок и других железистых образований – ортштейновых конкреций, прожилок, ржавых трубочек по корневым
ходам. Эти новообразования – неопровержимые свидетели временного избыточного переувлажнения почв.
При длительном или постоянном избыточном переувлажнении катионы
закисного железа вступают в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя
вторичные глинистые минералы – алюмоферрисиликаты. Они и придают сизую,
грязно-зеленую или голубоватую окраску глеевым горизонтам почвы.
Снижение количества влаги ведет к уменьшению количества растительного
опада и замедлению процессов почвообразования в целом.
В засушливые периоды вода в почве может двигаться по направлению
к поверхности (выпотной водный режим), что приводит при значительной минерализации грунтовых вод к солончаковым явлениям. Такие явления на территории Беларуси проявляются локально на юге страны, особенно в поймах рек.
Однако доминирующим направлением передвижения воды в почвах Беларуси является нисходящее, что обусловлено высоким уровнем увлажненности
250
территории и преобладанием промывного водного режима. Вода является главным агентом подзолистого процесса почвообразования, доминирующего в автоморфных почвах Беларуси. Вода прямо и косвенно (через формирование кислой
реакции среды в результате выщелачивания) влияет на разрушение минеральной
и органической части почвы, переносит продукты разрушения вниз по профилю.
В результате таких явлений формируются обедненные и осветленные элювиальные и сравнительно более обогащенные биофильными элементами более темные
иллювиальные горизонты.
Почвенная влага – важнейший фактор, определяющий условия выращивания сельскохозяйственных культур и обработки почвы. Вода необходима для
растений в значительно большем количестве, чем другие средства питания растений. Почвенная влага, поступая в растения, является основным компонентом,
участвующим в фотосинтезе. При недостатке влаги и недостаточном ее поступлении в растения резко снижается интенсивность фотосинтеза. Процесс фотосинтеза в условиях Беларуси ограничен обычно не количеством солнечной энергии, а количеством воды. Колебания год от года эффективного плодородия почв
и полученных урожаев чаще всего вызываются именно несоответствием запасов
влаги в почве потребностям в ней растений. Наиболее часто засухи на территории Беларуси наблюдаются в южных и юго-восточных районах. В этом аспекте
выделяют зоны устойчивого (стабильного) и рискованного земледелия.
Значение воды как фактора образования почв Беларуси столь велико, что
некоторые классификации почв страны построены именно на гидрологической
основе (Т. А. Романова, 2004).
Биологический фактор почвообразования способствует формированию
гумуса, торфа почвы, содействует рыхлению и оструктуриванию. В почвообразовании участвуют три группы организмов: зеленые растения и водоросли – первичные продуценты органического вещества; животные – консументы, потребители органического вещества; микроорганизмы – редуценты, трансформаторы
органического вещества в гумус или торф в зависимости от условий увлажнения. Благодаря живым организмам реализуется синтез и разрушение органического вещества.
Комплексное влияние растительности и связанного с ней животного мира
на формирование почв рассматривается в учении о растительных формациях,
основы которого разработаны В. Р. Вильямсом. Для почвообразования особенно
важны: состав растительности, особенности поступления в почву органического
вещества, характер его разложения, биохимический состав и особенности взаимодействия продуктов разложения с минеральной частью почвы.
Степень участия зеленых растений в почвообразовании зависит от типа
растительности и интенсивности биологического круговорота, сроков и темпов
поступления их в почву в годичном цикле роста и развития. В Беларуси ежегодный
прирост фитомассы составляет от 9 до 22 т/га в лесах, от 7 до 16 т/га на лугах и
251
от 8 до 15 т/га на сельскохозяйственных землях. Ежегодный опад фитомассы
соответственно колеблется в пределах 3–8 т/га, 4–12 и 2,5–6 т/га. В период роста
и развития растительность аккумулирует химические элементы, часть из них
(ежегодный опад) возвращается в почву и является основой формирования гумуса.
В зависимости от вида растительного покрова различаются химический
состав и характер локализации опада. Почвы под хвойной растительностью при
невысокой гумусированности содержат больше фульвокислот и низкомолекулярных соединений, так как опад содержит много лигнина, смол и других трудноминерализуемых соединений. В почвах под луговой растительностью содержится
больше высокомолекулярных органических соединений, много гуминовых кислот.
Среди растительных сообществ в Беларуси преобладают ассоциации сосновых лесов с низкой зольностью фитомассы (1–2%) и растительного опада, что
уменьшает образование гумуса в дерново-подзолистых песчаных и супесчаных
почвах (содержание гумуса – 1–2%). По площади им уступают березняки, ельники,
осинники, дубравы, ольшаники, имеющие более высокую зольность фитомассы
(2–4%), опад которой служит накоплению большего количества гумуса (2–6%).
Многолетняя растительность удерживает до 96% общей фитомассы.
Наиболее интенсивно протекает биологический круговорот в луговых
сообществах, что способствует накоплению химических элементов. В почвах на
болотных лугах аккумулируется торф и формируются торфяно-болотные почвы.
Между видовым составом растительности и генетическими особенностями
почв существует закономерная связь, однако установить ее непросто. В основном состав растительности в условиях Беларуси обусловлен увлажнением почв и
в меньшей степени – богатством почвообразующих пород элементами питания.
По видовому составу произрастающей растительности можно судить о некоторых
физико-химических свойствах почв, а также о характере и степени их увлажнения.
На основании этого составлен перечень растений, являющихся индикаторами
различных почвенных условий: обеспеченности питательными веществами,
кислотности, содержания отдельных химических элементов, характера водного
питания, типа и степени увлажнения и т. д. (Т. А. Романова, 2004).
По отношению к содержанию питательных веществ в почве растения подразделяются на олиготрофы, приспособившиеся к бедным почвам (вереск
обыкновенный, кошачья лапка, белоус торчащий, сфагновые мхи и др.);
мезотрофы, развивающиеся на почвах среднего уровня обеспеченности
питательными веществами (ландыш, костяника, адонис весенний, вероника
дубравная, вейник, майник двулистный и др.); эвтрофы, требующие высокоплодородных почв (крапива, одуванчик лекарственный, сныть обыкновенная,
пролеска, малина обыкновенная и др.). Выделяются также растения кальцефилы,
произрастающие на почвах, насыщенных кальцием (люцерна хмелевидная,
полевица белая, клевер землянистый и др.), нитрофилы, растущие на почвах,
насыщенных азотом (осот огородный, ежа сборная, крапива двудомная и др.).
252
При агрохимическом исследовании почв особое внимание должно уделяться растениям-индикаторам реакции среды почв. Индикаторами щелочных
почв (рН > 7,0) являются мать-и-мачеха обыкновенная, горчица полевая, подлесник европейский, очиток едкий, тимофеевка луговая, осока мохнатая, печеночница благородная и др.; нейтральных почв и близких к ним (рН = 6,5–7,0) –
трясунка средняя, осока просяная, овсяница луговая, черноголовка обыкновенная, астрагал датский и др.; слабокислых почв (рН = 5,5–6,0) – лютик едкий,
щучка, погремок большой, гравилат речной, подмаренник болотный и др.;
повышенной кислотности (рН < 5,5) – ожика многоцветковая, полевица собачья,
осока собачья, вейник ланцетный, погремок малый, хвощ полевой, кукушкин
лен, пикульник (зябра) и др.
По отношению к содержанию влаги в почве растения делятся на гигрофиты – влаголюбивые (сабельник болотный, лютик ползучий, хвощ топяной,
голубика, багульник, клюква, осока бутыльчатая, калужница болотная и др.), мезофиты – среднетребовательные к влаге (черника, брусника, овсяница красная,
подмаренник северный, мхи гипновые, вейник наземный, вороний глаз и др.),
ксерофиты – сухолюбивые (чабрец, ястребинка волосистая, олений мох, тонконог
сизый, тмин песчаный, букашник, очиток едкий и др.).
При описании лесной растительности учитывается, что сосновые леса,
особенно бор-беломошник, предпочитают песчаные и хрящеватые сухие почвы.
Еловые леса чаще приурочены к заболоченным почвам тяжелого гранулометрического состава. Дуб хорошо себя чувствует на карбонатных почвах с близким
уровнем грунтовых вод. Ольха, ива приурочены к заболоченным почвам различного гранулометрического состава.
На почвах нормального увлажнения обычны такие травянистые растения,
как овсяницы, ястребинка волосистая, ракитник русский, луговой василек, клевер
красный, мышиный горошек, полевица тонкая, душистый колосок. В напочвенном
покрове лесной растительности обычны вейгертнерия, овсяница овечья, лишайники, чабрец, кладонии, кислица, ясменник, медуница, ветреница, земляника,
мох Шребера. На почвах с контактным оглеением появляются дикранум, политрихум, марьянник дубравный, вейник наземный и лесной, вереск, брусника, птилиум, хилакомиум, климациум. На бурых лесных почвах часты неморальные
виды трав: перловник поникающий, пролеска, подлесник европейский, чина весенняя, лапчатка белая, осока пальчатая.
На дерново-подзолистых временно избыточно увлажненных почвах обычны
зверобой, икотник, букашник, коровяки, тимофеевка луговая, ежа сборная, бухарник, гребенник, трясунка, короставник, нивяник, клевера красный и ползучий.
В лесах часты мох Шребера, дикранум, политрихум, черника, толокнянка, козлобородник, костяника, орляк, майник, хвощ лесной, вороний глаз, щучка, марьянник, сныть, ландыш.
253
На дерново-подзолистых глееватых почвах часто встречаются белоус,
полевица тонкая, щучка, лютик едкий и ползучий, короставник, молиния, мох
Шребера, дикранум, политрихум, грушанки, кочедыжник, купена, копытень,
крапива, сныть, гравилат, хвощ болотный, вербейник, чина, ятрышник, сивец
луговой, мятлик, гребенник, подорожник, раковые шейки, хвощ луговой, осоки:
лисья, мохнатая, просяная.
На дерново-глеевых почвах обычны полевицы собачья, белая и побегообразующая, трехзубка, вейник ланцетный и незамечаемый, манник, ситник,
калужница болотная, осоки обыкновенная, желтая, мохнатая, просяная и сероватая, щучка, гипновые мхи. В лесах на дерново-подзолитых глеевых почвах часты
политрихум, черника, багульник, сфагнум, орляк, кочедыжник, ожика волосистая, хвощ лесной, таволга, ирис-касатик, камыш лесной, белокрыльник, щитовник.
На торфяно-болотных почвах доминируют осоки (волосистоплодная, бутыльчатая, пузарчатая, дернистая), часто встречается кипрей болотный, пушица,
частуха, багульник, вахта, голубика, подбел, сфагнум, пушица одноколосковая,
гипновые мхи.
Несмотря на то, что отдельные виды растений встречаются в разных группах
почв по увлажнению, амплитуда колебаний достаточно предсказуема. Состав
растений напочвенного покрова может сильно меняться в зависимости от времени
года. Так, весной может доминировать ветреница дубравная, а к концу лета –
кислица. В годы с влажной весной и в лесах, и на лугах много бобовых. Состав
напочвенного покрова может меняться при осушении прилегающей территории,
под влиянием перевыпаса скота. Между соседними растительными ассоциациями
обычно существует переходная полоса шириной 1, 2 или более метров, так называемый экотон, где растительность непостоянна: во влажные периоды влаголюбивая растительность появляется в более сухих местах, и наоборот. Своей
почвы экотон не имеет.
Почвы под сельскохозяйственными культурами (агроландшафты) ежегодно
получают сравнительно мало растительных остатков. Значительная масса органического вещества и химических элементов (200–400 кг/га) выносится с урожаем.
Для обеспечения положительного баланса питательных элементов в агроландшафтах необходимо внесение органических и минеральных удобрений. Включение
в севооборот многолетних трав увеличивает количество гумуса и улучшает его
состав в почве.
Водоросли относятся к автотрофным организмам, они имеют хлорофилл и
способны к фотосинтезу. Их фитомасса увеличивается на почвах с избыточным
увлажнением и может достигать максимальной величины при температуре 25–35 °С
до 1500 кг/га. Обилие водорослей свидетельствует о хорошей обеспеченности
элементами питания. Сине-зеленые водоросли способны фиксировать молекулярный азот, диатомовые участвуют в разложении минеральных соединений. При отмирании они обогащают почву органическим веществом. В болотных почвах водоросли обогащают воду кислородом и улучшают условия развития растений.
254
Лишайники относятся к симбиотическим организмам, состоят из двух
составных частей – гриба и водоросли. Их вклад в почвообразование в Беларуси
был особенно велик в начале голоцена при превращении горной породы в мелкозем и первичном почвообразовании. Они могут существовать в неблагоприятных
температурных и сухих условиях, поглощая влагу из атмосферы. В лишайниках
растворимая органика составляет половину сухой массы и отличается высокой
кислотностью. Органика аккумулирует до 50 кг/га зольных веществ.
Населяющие почву представители животного мира оказывают влияние
на разложение в почве растительных остатков, образование и минерализацию
гумуса, реакцию среды и динамику элементов питания растений. Важную биохимическую роль в почве играют многоклеточные беспозвоночные животные,
общий вес которых достигает 15 ц на га. Общие запасы зоомассы по отношению
к фитомассе составляют не более 1–2%. Животные синтезируют и разрушают
органическое вещество, повышают ферментативную активность почв, ускоряют
темп биологического круговорота веществ. Видовой состав и численность почвенной фауны являются в известной мере показателем типов и свойств почв и могут
служить индикатором их плодородия.
Дождевые черви разрыхляют почву, улучшая ее аэрацию, перерабатывают
растительные остатки, выделяют копролиты – органоминеральные структурные
водопрочные комки. Особенно много копролитов в дерновых заболоченных почвах.
Заметную роль в жизни почвы играют землерои, особенно кроты. Выбросы
крота могут занимать до 50% площади отдельных участков и составлять до 50 т/га.
Обычно на поверхность почвы животные выбрасывают материал более глубоких
горизонтов А2, А2В, В. Внесение веществ животными в верхний горизонт белорусских почв часто превышает поступление аналогичных элементов с остатками
растений (с опадом). В перемещении почвенных масс могут принимать активное
участие такие животные, как кабаны. Так, установлено, что кабаны существенно
(до 2 раз) уменьшают радиоактивность верхнего слоя, «припахав» к нему незагрязненный нижний слой почвы.
Микроорганизмы по свойствам полифункциональны в биохимическом
отношении и способны осуществлять в почвах процессы, которые недоступны
растениям и животным, но которые являются существенной частью биологического
круговорота энергии и веществ. Таковы процессы фиксации азота, окисления
аммиака и сероводорода, восстановление сернокислых и азотнокислых солей,
осаждение солей железа и марганца, микробный синтез гумуса и его минерализация, синтез некоторых витаминов, энзим, аминокислот, антибиотиков и других
физиологически активных соединений. Они являются самыми древними почвообразователями, так как появились задолго до начала развития растительного и
животного царства.
Важной особенностью микроорганизмов в почве является их способность
доводить процессы разложения растительного и животного органического вещества до полной минерализации, т. е. быть санитарами почв и биосферы в целом.
255
В этом заключается принципиальное различие между ролью в биосфере микроорганизмов и ролью растений и животных. Микроорганизмы распространены
по всему профилю почв, однако основная масса их сконцентрирована в гумусовом
горизонте. Общий вес сырой массы различных микроорганизмов может составлять в верхнем 25-сантиметровом слое до 10 т/га. В составе гумуса их масса достигает 2,5%. В 1 г почвы численность их в Беларуси обычно составляет десятки
или сотни миллионов экземпляров.
Микробиомасса на 6 порядков меньше биозоомассы, однако высокая скорость размножения (смена поколения несколько раз в течение суток) микроорганизмов позволяет оценить их деятельность в почве и биосфере как эквивалентную деятельности растений или превышающей ее.
В почвообразовании наиболее активную роль играют бактерии, грибы и
актиномицеты.
Бактерии представляют наиболее многочисленную и наиболее разнообразную группу одноклеточных организмов размером 0,5–2 мк. В составе сухого
вещества бактерий содержится 5–15% золы, в составе которой встречаются все
химические элементы. Клеточные оболочки полупроницаемы и окружены бактериальной слизью, которая разрушает минеральные соединения на контакте.
В клетках бактерий содержатся разнообразные ферменты, которые необходимы
для протекания специфических биохимических реакций. Сильнокислые почвы,
малое количество гумуса, низкие температуры и отсутствие влаги снижают рост
и активность бактерий.
Почвенные бактерии делятся на две группы по условиям питания: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы используют углерод из СО2 и минеральные соединения неорганических веществ, гетеротрофы нуждаются в восстановленных соединениях углерода и усваивают органические соединения. Основная
работа бактерий – синтез и разрушение органического вещества.
Грибы в почве представлены обширной группой нитевидных одноклеточных и многоклеточных гетеротрофных микроорганизмов. Они наиболее распространены в лесной подстилке, кислых и влажных почвах, занимая нишу, свободную от бактерий. Их размеры составляют 2–10 мк, содержание золы – около 5%,
в клеточную оболочку входят некоторые полисахариды, хитин и липоиды. Грибы
могут разлагать стойкие органические соединения и окисляют органическое
вещество до СО2 и Н2О. Под пологом леса при разложении органических остатков
грибы способствуют образованию агрессивных фульвокислот, которые участвуют
в процессе подзолообразования. Часто грибы выделяют токсические соединения,
которые убивают определенные группы бактерий. Последовательный процесс
разложения органического вещества выполняется разными группами грибов,
сменяющими друг друга.
Актиномицеты рассматриваются как организмы, переходные между бактериями и грибами. Это типичные организмы – гетеротрофы. Актиномицеты
256
придают почве запах свежераспаханной земли. Однако их биохимическая деятельность ограничена внешними условиями и поэтому они наиболее активно действуют в нейтральной среде и при температуре 25–30 °С. Некоторые из них выделяют в почвенную среду антибиотики, которые направлены на борьбу с болезнетворными микробами для нормального развития полезных микроорганизмов.
Время как фактор почвообразования оказывает существенное влияние на состояние почвы ввиду длительности процесса формирования полноразвитой почвы.
Под влиянием ритмических изменений факторов почвообразования (суточных, годичных, вековых) почва проходит соответствующие циклы развития.
По завершении каждого из этих циклов почва возвращается не в исходную точку,
а в несколько иное состояние, постепенно изменяясь при неизменности определенного времени условий почвообразования. В условиях Беларуси, например,
происходит постепенное оподзоливание почвы на карбонатной породе или заболачивание дерново-подзолистой почвы вследствие развития уплотненного иллювиального горизонта.
Причиной становления и развития новых процессов могут быть эпейрогенические, геоморфологические и климатические изменения. В течение послеледникового периода в Беларуси происходило превращение части широких пойм
в надпойменные террасы с отрывом почвенного профиля от грунтовых вод.
Почвы Беларуси, сформировавшиеся на моренных отложениях, обычно
имеют возраст не более 10 тыс. лет. Древние почвы разрушены ледником. Однако
почвенный покров, развитый на отложениях перигляциальных областей, более
древний. Процесс почвообразования мог идти синхронно с формированием
наносов, как это имеет место в настоящее время в поймах рек.
В республике встречаются более древние «погребенные» почвы. Однако
они изучены недостаточно.
О возрасте почв в некоторых случаях можно судить по их положению
в рельефе. Это относится к почвам речных долин Беларуси. Известно, что на
ранней стадии развития каждая терраса представляла собой пойму, поверхность
которой испытывала периодическое затопление. С течением времени в связи
с понижением базиса эрозии реки или медленными эпейрогеническими движениями повышенная часть поймы превращается в надпойменную террасу. Если
река переживает несколько циклов развития, то она приобретает серию надпойменных террас. Самыми древними из них будут наиболее высокие террасы. Возраст почв водоразделов будет еще более древним.
Об истории развития современной почвы можно судить по реликтовым
признакам, которыми являются все свойства современной почвы, которые не соответствуют современным условиям почвообразования. Например: железисто-марганцевые конкреции в хорошо аэрируемых почвах; запасы гумуса, не соответствующие современной продуктивности фитоценозов; фракционный состав гумуса,
не соответствующий современным почвенным процессам; наличие железистых,
257
карбонатных и других аккумулятивных горизонтов, где современными процессами такие аккумуляции создаваться не могут, и др.
К единичным остаточным реликтовым признакам относятся валуны, остатки
фауны и флоры. Реликтовыми горизонтами могут быть карбонатный, гумусовый,
железистых отложений и др. Для почв водно-ледниковых равнин Предполесья
могут быть характерны признаки палеогидроморфизма, обусловленные значительно более высокой обводненностью этих равнин водами таявших ледников.
При изменении климата многие свойства почв долгое время остаются
без изменений, и по ним можно судить о предшествующих условиях. К таким
свойствам относится, например, наличие торфяной прослойки или горизонта,
сформировавшегося в условиях похолодания и увлажнения (при доминировании
тундры), присутствие второго гумусового горизонта в дерново-подзолистых
почвах со свойствами гумуса, более близкими к условиям существования широколиственных лесов или степи, которые встречаются в восточной Беларуси.
Таким образом, почва живет в суточных, годовых, многолетних и вековых
гидротермических ритмах. В соответствии с ними изменяется скорость и возможно направление почвенных процессов. Во влажные и теплые периоды активизируются процессы синтеза и разложения органического вещества, ускоряется
разрушение первичных минералов. Во влажные и холодные периоды все процессы замедляются, господствуют восстановительные условия. В сухие и теплые
периоды в профиле почв накапливаются легкорастворимые соединения.
В современных условиях влияние человека (антропогенный фактор)
на почву многостороннее. При обработке, мелиорации, внесении удобрений и
ядохимикатов, а также других видах хозяйственной деятельности происходит
изменение строения естественного профиля почв, их физических и агрохимических свойств. Значительные площади почв используются для выращивания сельскохозяйственных культур, часть почв разрушается и изымается из природного
цикла развития при строительстве различных объектов и дорог, при открытой
добыче строительных полезных ископаемых, занимается под отвалы бытовых и
промышленных отходов.
Почвы сельскохозяйственного назначения претерпевают существенную
трансформацию (агротехногенез), в которой имеют место положительные и
отрицательные моменты. Развивается культурный процесс почвообразования,
изменяются свойства почвы. Сущностью этого процесса является создание мощного, богатого гумусом, биологически активного и структурного гумусового
слоя с благоприятным для культурных растений тепловым, водно-воздушным и
питательным режимом. Если не считать специальных мелиоративных приемов
(осушение, орошение), основными антропогенными факторами воздействия
на почву на всех этапах культурного почвообразования являются смена сельскохозяйственных растений в севообороте, механическая обработка почвы, внесение удобрений, мелиорантов и пестицидов.
258
Освоение почв приводит к изменению роли природных факторов почвообразования: микроклимата приземного слоя атмосферы, гидротермического
режима, иногда микро- и мезорельефа, смене растительности, химического
состава и водно-физических свойств породы.
Влияние культурных растений на почву приводит к изменению свойств
почв. Корневая система, особенно многолетних трав, изменяет структуру и сложение почвы. Растения стимулируют развитие и активность почвенной микрофлоры. Корневые выделения и отмирающие части растений служат главным
источником питательных веществ и энергии для большей части почвенных микроорганизмов. Под всеми видами растений снижается диаметр глыбистых структур
(диаметр – более 10 мм) и увеличивается количество полезных в агрономическом
отношении комковатых и зернистых агрегатов (диаметр 3,0–0,25 мм). Структура
комков становится более водопрочной благодаря выделению слизистых и клеящих
продуктов жизнедеятельности ризосферных микроорганизмов. Корни снижают
плотность почвы, увеличивают порозность, что приводит к улучшению воднофизических свойств. Усиливается выветривание минеральной части почвы,
освобождаются элементы питания для растений. Однако в ходе обработки почвы
положительные качества их свойств могут ослабляться.
Сельскохозяйственные культуры изменяют биологический круговорот
веществ в отличие от круговорота естественных почв. Ежегодно или через
несколько лет изменяется биомасса и количество химических элементов, участвующих в круговороте. При выращивании корнеплодов в почву поступает 18–35 ц/га
растительных остатков, кукурузы – 50–80 ц/га, с пожнивными остатками зерновых – 30–55 ц/га, с корневыми и послеукосными остатками многолетних трав
в почве их остается 50–120 ц/га.
При средней зольности культурных растений около 5% и содержании азота
около 1,3% в биологический круговорот вовлекается от 360 до 2500 кг/га химических элементов. С урожаем в условиях Беларуси выносится из пахотной почвы
и исключается из биологического круговорота (в среднем за 2001–2005 гг.)
70 кг/га азота, 27 кг/га фосфора, 74 кг/га калия, 60 кг/га кальция и магния,
50 кг/га серы. Средние потери от выщелачивания и эрозии составляют 10 кг/га
азота, 10 кг/га калия, 87 кг/га кальция и магния.
В агроценозах в биологический круговорот ежегодно вовлекается больше
органического вещества и химических элементов, чем в лесных сообществах,
то есть круговорот элементов в агроценозах является некомпенсированным
в большей степени. Растительные остатки агроценозов Беларуси за счет высокой
зольности мало способствуют образованию агрессивных фульвокислот и подзолистому процессу. В почвах при окультуривании увеличивается содержание
гумуса, снижается кислотность, повышается степень насыщенности основаниями,
улучшаются физические и биологические свойства почв.
Влияние механической обработки на почву в агроценозах разностороннее.
При вспашке гумусовый горизонт перемешивается с подгумусовыми, образуется
259
новый горизонт – пахотный (Ап), усредняется по горизонту содержание гумуса,
плотность сложения, повышается порозность и аэрация слоя, улучшаются водный,
воздушный и тепловой режимы почв. Механическая обработка, регулируя водновоздушный режим, повышает биологическую активность, улучшает пищевой режим.
Обработка почвы частично разрушает структуру и в то же время образует
новые структурные агрегаты в результате крошения глыб орудиями труда. Механическая обработка сухой почвы сильно разрушает структуру почвы. При правильной обработке увлажненной почвы в «спелом состоянии» образование почвенных агрегатов преобладает над их разрушением.
В почву вносят органические, известковые и минеральные удобрения.
Органические удобрения пополняют запасы гумуса, улучшают структуру почвы,
улучшают питание растений рядом макро- и микроэлементов. Известковые
мелиоранты – а в Беларуси это в основном доломитовая мука – улучшают реакцию почвенной среды, насыщают обменный комплекс почв кальцием и магнием.
Минеральные удобрения обеспечивают культурные растения питательными
элементами, одновременно пополняя их запасы в почве.
Для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур
человек разработал широкий спектр пестицидов, которые направлены на устранение сорняков или заболеваний.
Применение разнообразных средств химизации при всем их огромном
позитивном экологическом значении может иметь и отрицательные последствия.
С органическими удобрениями, особенно при применении жидкого навоза, могут
поступать в избыточном количестве азот, тяжелые металлы, органические загрязнители. Большинство форм минеральных удобрений являются физиологически
кислыми и могут подкислить почву. Поэтому необходимо сводить к минимуму
воздействие отрицательных последствий на почву и продукцию.
Осушение торфяно-болотных почв с понижением уровня грунтовых вод
ниже одного метра делает их экологически неустойчивыми. Со временем в почвах
уменьшается влагоемкость, усиливается кислотность, активизируется минерализация торфа, уменьшается плодородие.
Использование почв под пашню в Беларуси способствует усилению процессов водной эрозии на суглинистых и глинистых почвах при пересеченном
рельефе, на осушенных торфяных почвах – ускоренной минерализации торфа и
ветровой эрозии.
Антропогенный фактор может иметь и выраженное отрицательное действие
на почвы. При физическом, химическом, радиоактивном загрязнении, подтоплении происходят процессы деградации почв, а при отчуждении под строительство
зданий, дорог – полное уничтожение.
260
ЛЕКЦИЯ 18. ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
18.1. Особенности развития
процессов почвообразования в Беларуси
Почвообразовательный процесс представляет собой совокупность явлений
превращения и передвижения веществ и энергии, формирующих самостоятельное биокосное тело в поверхностном слое земной коры – почву. Почвообразование
совершается под влиянием солнечной энергии при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада с корой выветривания, содержащей воду и воздух.
В почвах Беларуси протекают как простейшие почвенные микропроцессы,
не оставляющие в почвах в данный момент заметных морфологически выраженных признаков (разложение органических остатков и синтез гумусовых веществ;
подкисление почвенных растворов органическими кислотами и их нейтрализация при обменных реакциях водорода; разрушение первичных и синтез вторичных минералов и многие другие), так и более сложные элементарные почвенные
процессы (ЭПП) – конкретные явления, механизмы и процессы, приводящие
к образованию того или иного признака почвы, и общие почвообразовательные
процессы, ведущие к формированию определенных типов почв.
Элементарные почвообразовательные процессы представляют собой сочетание взаимосвязанных биологических, химических и физических явлений, протекающих в почвах и являющихся главными составляющими почвообразования
в целом. По своей сущности ЭПП является проявлением многолетнего суммирования веществ и энергии простейших микропроцессов.
При рассмотрении конкретного почвенного профиля внимание обычно концентрируется на двух-трех ведущих элементарных почвообразовательных процессах, которые формируют тип (подтип) почвы и поддерживают его в равновесии
с окружающими внешними факторами.
Среди биогенно-аккумулятивных ЭПП, связанных с преобразованием
органических веществ, в Беларуси наиболее проявляются такие ЭПП, как:
– подстилкообразование – процесс формирования на поверхности почвы
органического слоя мертвого органического вещества лесной подстилки, постепенно подвергающегося минерализации и гумификации, находящегося по вертикальным слоям на разных стадиях разложения;
– гумусообразование – процесс разложения растительных остатков на месте
их отмирания и последующего накопления гумуса, то есть сложного комплекса
высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, образовавшихся
при разложении и гумификации растительных остатков;
– торфообразование – процесс накопления медленно гумифицирующихся
и почти не минерализующихся растительных остатков, протекающий в анаэробной среде при избыточном увлажнении;
261
– дерновый процесс – накопление гумуса, азота, зольных элементов и
приобретение почвой комковато-зернистой структуры и благоприятных физических свойств под воздействием преимущественно травянистой растительности и
сопутствующей ей разнообразной биоты.
В почвах Беларуси проявляются разнообразные гидрогенно-аккумулятивные ЭПП, основными из которых являются:
– засоление – процесс аккумуляции растворенных солей обычно в результате
восходящих токов минерализованных грунтовых вод с последующей эвапотранспирацией или (реже, особенно в районе Солигорска), вторичное антропогенное засоление;
– оруденение – процесс гидрогенной аккумуляции железа и марганца разной
степени гидратации с образованием болотной руды, рудяка, ортштейна;
– олуговение – аккумулятивный процесс воздействия пресных грунтовых
вод при хорошем дренаже без заболачивания, то есть дерновый процесс при переувлажнении и хорошем дренаже;
– кольматаж – накопление взмученного материала на поверхности почвы
и в порах верхних слоев при затоплении мутной водой в результате поемного
природного процесса.
В Беларуси проявляется ряд метаморфических ЭПП:
– оглинивание (синонимы – сиаллитизация, оглинение, метаморфизация,
внутрипочвенное выветривание, неосинтез глин) – процесс образования вторичных
глинистых минералов типа монтмориллонита, гидрослюд, каолинита, вермикулита, аллофана и других, составляющих илистую фракцию почв;
– ожелезнение – процесс высвобождения железа из решеток минералов
при выветривании и осаждение по трещинам и порам с побурением (покраснением) породы; наблюдается практически во всех автоморфных и полугидроморфных почвах Беларуси, кроме дерново-карбонатных;
– оглеение – процесс метаморфического преобразования минеральной почвенной массы при постоянном или длительном переувлажнении почвы с интенсивным развитием восстановительных процессов, иногда сменяемых окислительными; наблюдается во всех почвах гидроморфного и полугидроморфного ряда.
На территории Беларуси весьма распространены элювиальные ЭПП:
– выщелачивание – процесс выноса (вымывания) за пределы почвы и коры
выветривания простых солей щелочных и щелочноземельных металлов, обычно
солей Na, К, Са, Mg;
– оподзоливание (лучше называть этот элементарный процесс именно так,
хотя часто его отождествляют с подзолистым процессом почвообразования) –
процесс разрушения минералов под влиянием кислых инфильтрационных вод
под пологом хвойного леса с грубой малозольной лесной подстилкой и выноса
продуктов разрушения вниз по профилю;
– лессиваж (лессивирование, иллимеризация) – почвообразовательный процесс перемещения глинистых частиц без их разрушения под действием нисходящих вертикальных и боковых токов влаги.
262
Весьма разнообразны в почвах Беларуси иллювиально-аккумулятивные
ЭПП – глинисто-иллювиальный, гумусово-иллювиальный, железисто-иллювиальный, железисто-гумусово-иллювиальный, карбонатно-иллювиальный. Каждый
из них отличаются преимущественным накоплением в иллювиальном горизонте
тех или иных веществ и соединений.
Современное почвоведение выделяет ряд педотурбационных элементарных процессов: самомульчирование, растрескивание, криотурбация, вспучивание, пучение, биотурбация, ветровальная педотурбация, агротурбация. Все виды
педотурбационных процессов проявляются в Беларуси сравнительно слабо.
Из деструктивных ЭПП наиболее распространены:
– эрозия (водная эрозия) – процесс разрушения верхних наиболее плодородных горизонтов почв и подстилающих пород талыми и дождевыми водами;
– дефляция (ветровая эрозия) – процесс разрушения верхних наиболее
плодородных горизонтов почв и подстилающих пород ветром.
Итак, элементарные почвенные процессы ведут к формированию того или
иного признака почв.
Общие (тотальные) макропроцессы, иногда называемые типами почвообразования, формируют определенные почвенные индивидуумы (типы, подтипы и др.). В почвоведении они рассматриваются как черноземообразование,
подзолообразование, буроземообразование, солонцеобразование и другие. Чернозем, подзол или солонец образуются в результате определенного совместного
воздействия нескольких элементарных процессов.
Процессы почвообразования – важнейшая составляющая триады: факторы – процессы – свойства почв. Единого мнения в почвенной науке о количестве
основных процессов почвообразования пока не сложилось, механизм почвообразования не имеет достаточно четких ограничений и не отделяет типовые признаки
от индивидуальных признаков конкретной почвы. В диагностике почв доминирует
описание признаков почвенного профиля, а не почвообразовательного процесса,
что часто маскирует типовое сходство почв разного гранулометрического состава.
Традиционное отечественное почвоведение выделяет три основных (подзолистый, дерновый, болотный) и два менее характерных (буроземный, солончаковый) почвообразовательных процесса.
Дерновый почвообразовательный макропроцесс – это совокупность
явлений, вызываемых развитием травянистой растительности, основным свойством которой является способность накапливать в почве органические остатки
и создавать ряд благоприятных свойств, определяющих плодородие почвы. Этот
процесс приводит к формированию характерных типов дерновых почв, а также
почв, в которых дерновый процесс сочетается с другими. Дерновый процесс
почвообразования развивается на лугах и в лесах с травянистым покровом.
Образующиеся в процессе гумификации гумусовые вещества накапливаются
в верхнем горизонте почв. Они окрашивают верхние слои почвы ниже дернины
(горизонт А1) в серый или темно-серый цвет. Гумус обогащает почвенные горизонты
263
продуктами азотного и зольного питания растений, ослабляет процессы выщелачивания, увеличивает влагоемкость и аэрацию почв, способствует образованию зернисто-комковатой структуры. Развитию дернового процесса способствуют наличие
в почвах кальция и магния и илистых частиц. В целом дерновый процесс приводит
к образованию плодородных почв с благоприятными физико-химическими свойствами. Как правило, в условиях Беларуси дерновый процесс сочетается с подзолистым или болотным, а часто и с обоими, формируя соответствующие типы почв.
Подзолистый почвообразовательный процесс в чистом виде развивается
под пологом хвойной растительности при полном отсутствии травянистого покрова.
Главную роль в развитии подзолистого процесса играет лесная подстилка, в результате разложения которой образуются светлоокрашенные органические кислоты,
которые являются важнейшим фактором почвообразования. Вымываясь нисходящими токами воды в нижележащие минеральные горизонты, они вступают в реакцию с катионами. При этом поглощенные основания почв замещаются ионами водорода гумусовых кислот, что приводит к резкому усилению кислой реакции почвенной среды. Гумусовые кислоты влияют также на распад силикатов, алюмосиликатов
и других сложных минералов почв. Вследствие этого процесса образуются коллоидальные гидраты оксидов железа, алюминия, марганца, кремния и т. д. В кислой среде
образовавшиеся гидраты продолжают активно взаимодействовать с кислотами, образуя растворимые продукты, которые вымываются в нижние горизонты. Так формируется обедненный коллоидами и полуторными окислами подзолистый горизонт А2.
Он имеет белесый цвет и состоит в основном из труднорастворимого кварца.
В дерново-подзолистых почвах верхняя часть почвенного горизонта, окрашенная гумусом в сероватые тона, образует гумусовый горизонт А1. Вымываемые
из горизонтов А1 и А2 вещества в условиях уменьшения кислотности и воздействия аэробных бактерий выпадают из раствора ниже подзолистого слоя. Образуется уплотненный иллювиальный горизонт В буро-красного цвета, переходящий в материнскую породу. Подзолистые почвы, то есть почвы, образовавшиеся
под влиянием только подзолистого процесса почвообразования, на территории
Беларуси встречаются только под пологом хвойных лесов на севере страны.
Дерновый процесс почвообразования там практически не происходит, перегнойный горизонт выражен в виде небольшой прослойки или полностью отсутствует.
Болотный почвообразовательный процесс протекает при избыточном
увлажнении в анаэробных условиях. Для него характерно медленное разложение
отмерших растительных остатков, которые интенсивно накапливаются на поверхности почвы в виде торфа, и отсутствие вымывания продуктов жизнедеятельности анаэробных бактерий в нижележащие горизонты. Минеральные горизонты
при данном почвообразовательном процессе подвергаются оглеению, что приводит
к образованию пятен, затеков и сплошных горизонтов глея. В относительно сухие
периоды в заболоченные почвы проникает кислород воздуха. При этом закисные
формы железа и марганца окисляются и переходят в окисные, в результате чего
образуются различной формы и размеров железисто-марганцевые конкреции,
ржаво-охристые пятна и разводы.
264
В полной степени болотный почвообразовательный процесс идет лишь
в гидроморфных почвах, проявляясь в торфонакоплении. В форме глееобразования
болотный почвообразовательный процесс проявляется также в полугидроморфных почвах.
Общепризнанным является также наличие в отдельных районах республики
буроземного и солончакового процессов почвообразования. Буроземообразование –
процесс внутрипочвенного выветривания первичных минералов с оглинением и
ожелезнением на месте без существенного перемещения продуктов разложения в сочетании с дерновым элементарным почвообразовательным процессом и лессиважем.
Солончаковый процесс в классическом виде – это накопление легкорастворимых в воде солей в верхней части профиля почвы. Он обычно проявляется
в аридных условиях с коэффициентом увлажнения менее 1,0. Характерным для
солончакового процесса является выпотной водный режим, когда количество
выпадающих осадков меньше способности почвы и растений расходовать влагу.
Избыток влаги возникает за счет близкого уровня грунтовых вод, капиллярная
кайма которых, испаряя влагу, приводит к формированию засоленных почв.
Обычно уровень грунтовых вод располагается на глубине 0,5–3,0 м. Солончаковый процесс почвообразования в Беларуси выражается в накоплении вторичных
карбонатов из жестких грунтовых вод в условиях локально проявляющегося
выпотного водного режима.
18.2. Классификация и систематика почв Беларуси
Первые сведения о классификации почв Беларуси содержались в работе
профессора В. Г. Касаткина «О почвах Беларуси», опубликованной в 1923 г.
В ней указывалось, что зональными почвами республики являются подзолистые,
а степень оподзоленности зависит от гранулометрического состава пород и
условий рельефа. Я. Н. Афанасьев (1926), анализируя материалы рекогносцировочных почвенных исследований на территории Беларуси, также отнес к подзолистому типу почвы всех повышенных участков рельефа, разделяя их на слабо-,
средне- и сильноподзолистые.
В обобщающей монографии под редакцией И. С. Лупиновича и П. П. Рогового (1952) выделено шесть типов почв: дерновые, дерново-подзолистые, дерново-подзолистые заболоченные, дерново-болотные, торфяно-болотные и аллювиально-луговые.
Последующие исследования в области диагностики и генезиса почв, обобщение материалов крупномасштабных почвенных исследований дали основания
для дальнейшего развития классификации почв Беларуси. При проведении
крупномасштабных почвенных исследований на территории республики была
разработана классификация А. Г. Медведева, М. П. Булгакова, Ю. И. Гавриленко
(1960), согласно которой почвы, имеющие в профиле признаки гидроморфизма,
265
отнесены к дерново-подзолистым заболоченным с делением на три подтипа
(временно избыточно увлажняемые, глееватые и глеевые).
Н. И. Смеян, Т. А. Романова, И. Н. Соловей впервые охарактеризовали бурые
лесные почвы Беларуси (1972). Г. С. Цытрон (1990) разработала первую классификационную схему антропогенно-преобразованных почв Беларуси, в которой
они выделены на самом высоком таксономическом уровне (класс) с дальнейшим
делением на типы и подтипы. Антропогенно-преобразованные почвы рассматриваются как самостоятельные почвенные образования, претерпевшие значительные изменения и утратившие свои классификационно-генетические признаки.
Номенклатурный список почв Беларуси включает 13 основных типов
почв (Полевое исследование и картографирование почв Беларуси / под ред.
Н. И. Смеяна, Т. Н. Пучкаревой, Г. А. Ржеутской, 1990 г. (с дополнениями и
изменениями в 2002 г.). Генетический тип выделяется по ведущему процессу
почвообразования, который находит отражение в строении почвенного профиля.
На более низком таксономическом уровне последовательно определяют подтип,
род, вид, разновидность и разряд почв. Деление почв на подтипы обусловлено
проявлением дополнительных почвообразовательных процессов, которые накладываются на ведущий. На уровне рода почвы группируются по генезису и характеру строения почвообразующих пород, на уровне подрода (только для автоморфных почв) – по наличию признаков временного переувлажнения (оглеения),
на уровне вида – по степени проявления процессов почвообразования, разновидности – по гранулометрическому составу почвообразующих и подстилающих
пород. Полное название почвы, например, может быть следующим: «дерновокарбонатная типичная, маломощная, среднегумусная на суглинистом элювии,
подстилаемом с глубины 0,5 м мелом». В таблице 18.1 приведена номенклатура
основных типов почв Беларуси, а также соответствующих им «почвенных единиц» легенды Почвенной карты мира (классификация почв WRB).
По мере углубления и расширения почвенных исследований накопился большой массив данных о строении, составе и свойствах почв Беларуси, появились новые
научные концепции, были пересмотрены классификационные подходы и принципы.
В итоге были предложены новые классификационные схемы почв Беларуси.
В 2004 г. была опубликована монография Т. А. Романовой «Диагностика почв
Беларуси и их классификация в системе ФАО-WRB», которая вызвала оживленную
дискуссию среди ученых-почвоведов. В основу предложенной автором классификационной схемы положен гидрологический подход. Так, на верхнем таксономическом
уровне (класс, тип, подтип) почвы дифференцированы по характеру увлажненности
и особенностям водного режима. Далее (на уровне рода и подрода) учтены гранулометрический состав, строение и свойства почвообразующих пород и химический
состав грунтовых вод. Различия почв на нижнем таксономическом уровне (вид,
разновидность, вариант) обусловлены, по мнению автора, хозяйственным воздействием человека. Обособленно приводится классификация пойменных почв.
266
Таблица 18.1 – Типы и подтипы почв Беларуси
Тип почв
Подтип почв
Типичные
Выщелоченные
Оподзоленные
Бурые лесные (камбисоли)
Остаточно карбонатные
Подзолистые (альбелювисоли)
Собственно подзолистые
Дерново-палево-подзолистые
Дерново-подзолистые (белесые)
Дерново-подзолистые (альбелювисоли)
Дерново-подзолистые эродированные
Дерново-подзолистые окультуренные
Подзолистые заболоченные (альбелювисоли) Подзолистые заболоченные
Поверхностно-оглеенные
Дерново-подзолистые заболоченные
Грунтово-оглеенные
(альбелювисоли)
Поверхностно-оглеенные осушенные
Грунтово-оглееные осушенные
Торфянисто-подзолисто-глеевые
Болотно-подзолистые (подзолы)
Торфянисто-подзолисто-глеевые осушенные
Дерново-поверхностно-глееватые
Дерново-поверхностно-глеевые
Дерново-грунтово-глееватые
Дерновые заболоченные (глейсоли)
Дерново-грунтово-глеевые
Дерново-поверхностно-глеев(ат)ые осушенные
Дерново-грунтово-глеев(ат)ые осушенные
Торфяно-глеевые
Торфяно-болотные низинные
Торфяные
(гистосоли терриковые)
Торфяно-глеевые осушенные
Торфяные осушенные
Торфяно-глеевые
Торфяно-болотные верховые
Торфяные
(гистосоли ферриковые)
Торфяно-глеевые осушенные
Торфяные осушенные
Неразвитые
Оподзоленные
Аллювиальные дерновые и дерновые Слабоглееватые
заболоченные (флювисоли)
Глееватые
Глеевые
Глееватые и глеевые осушенные
Иловато-перегнойно-глеевые
Иловато-торфяно-глеевые
Аллювиальные болотные
Иловато-торфяные
(флювисоли гистиковые)
Иловато-перегнойно-глеевые осушенные
Иловато-торфяно-глеевые осушенные
Иловато-торфяные осушенные
Рекультивированные
Антропогенно-деградированные
Антропогенно-преобразованные
Антропогенно-нарушенные
(антросоли, техносоли и др.)
Антропогенно-засоленные
Вторично заболоченные
Дерново-карбонатные
(регосоли, лептосоли)
267
В 2007 г. была предложена классификационная схема почв Беларуси
в работе Н. И. Смеяна и Г. С. Цытрон «Классификация, диагностика и систематический список почв Беларуси». Данная классификационная схема все разнообразие почв Беларуси распределяет в три отдела по соотношению природных и
антропогенных факторов: естественные, антропогенно-естественные и антропогенно-преобразованные.
Классы выделены по преобладающему фактору почвообразования, подклассы – по строению профиля и основному процессу почвообразования. Так,
естественные почвы разделены на 3 класса (автоморфные, полугидроморфные,
гидроморфные) и 8 подклассов. Почвы антропогенно-естественные делятся
на автоморфные, полугидроморфные и осушенные; почвы антропогенно-преобразованные – на агрогенные и техногенные. Остальные таксономические единицы
классификации (тип, подтип, род, вид, разновидность) в основном близки соответствующим единицам традиционной схемы. Правда, при этом количество
типов почв Беларуси возрастает до 52.
Диагностические признаки почв Беларуси. Для того чтобы найти место
почвы в номенклатурном списке, нужно ее «диагностировать». Для диагностики
почв определяются их внешние и внутренние признаки, важнейшими из которых
являются строение профиля, морфологические, физико-химические свойства
отдельных горизонтов, гранулометрический состав, распределение ила в почвенной толще.
Идентификация почвенного профиля – одна из труднейших задач почвоведа. Главная проблема – увидеть за индивидуальными признаками отдельного
почвенного разреза общую типовую черту.
Диагностика почв Беларуси основана на традиционном подходе, опирающемся в основном на морфологические признаки почв. Особое внимание при
этом уделяется подгумусовым горизонтам, так как гумусовые горизонты часто
имеют следы антропогенного влияния, даже в почвах под лесами. Оглеение
диагностируется по синеватым и зеленоватым тонам при состоянии анаэробиза
(редуктоморфные признаки), ярко-желтым, охристым, ржавым, буроватым тонам –
при состоянии аэробиоза (оксиморфные признаки).
К общим (собирательным) признакам почв автоморфного ряда Т. А. Романова (2004) относит бурую или палевую окраску подгумусовых горизонтов,
слабую выраженность иллювиальных горизонтов (кроме почв на лёссовидных
отложениях), подстилку типа муль или муль-модер.
К типовым (генеративным) признакам бурых лесных почв можно отнести
наличие подгумусового бурого метаморфического горизонта (Вm), оглиненного
и уплотненного. В дерново-подзолистых почвах подгумусовый горизонт обычно
имеет осветленную, палевую или буровато-палевую окраску.
Собирательным признаком полугидроморфных почв является наличие
в профиле осветленных горизонтов и признаков оглеения.
268
К генеративным признакам дерново-подзолистых заболоченных почв относят наличие подгумусового белесого или желтовато-белесого горизонта с железистыми новообразованиями, явное оглеение материнской (подстилающей) породы.
Для дерново-подзолистых с иллювиально-гумусовым горизонтом (Вh) почв
характерны: подгумусовый горизонт белого цвета А2, бесструктурный, ясно
переходящий в Вh – бурый иллювиально-гумусовый горизонт; часто седоватая
присыпка в гумусовом горизонте.
Для дерновых заболоченных почв характерно наличие подгумусовых
горизонтов с признаками оглеения и гидрогенной аккумуляции железа или кальция без признаков оподзоливания; серый с ржавыми или охристыми прожилками
горизонт А1; пунктуации марганца; глеевый горизонт на некоторой глубине.
Для гидроморфных почв характерно сильное временное или постоянное
насыщение водой. Торфяные горизонты диагностируются по составу естественной
растительности и ботаническому составу торфа, иловато-болотные – по наличию
мощного (более 30 см) гумусового горизонта сизо-черного цвета.
Наиболее характерным признаком пойменных дерновых почв является при
сходстве с аналогичными почвами водоразделов слоистость аллювиальных
отложений и значительна мощность гумусовых горизонтов.
Располагая полным набором аналитических данных, подобных приведенным выше, в совокупности с морфологическим описанием профилей, диагностика почв может быть выполнена с достаточно высокой степенью достоверности.
В полевых условиях дополнительно применяется ряд экспресс-методов оценки
физико-химических свойств почв. Так, независимо от способа определения кислотности следует принимать в расчет, что показатели рНКCl являются генетически
обусловленными только для двух типов почв: дерново-подзолистых заболоченных с иллювиально-гумусовым горизонтом (неизменно кислым и сильнокислым)
и дерновых заболоченных (близким к нейтральным и щелочным). Кислотность всех
остальных почв в значительной мере обусловлена химическим составом почвообразующих пород. Даже среди дерново-подзолистых заболоченных почв, которые
в целом характеризуются повышенной кислотностью, встречаются варианты
с рНКCl > 6,0 в горизонтах А1 и G. Поэтому при определении генезиса почв кислотность является малонадежным признаком. И тем более нельзя устанавливать генезис почвы по кислотности пахотного горизонта. При этом различить антропогенно
обусловленную и естественную кислотность пахотного слоя несложно: высокие
значения рНKCl в пахотном слое, как правило, резко снижаются в подпахотном.
Для разграничения осветленных подзолистых (А2) и глеевых (G) горизонтов издавна применяется проба кровяной солью или прокаливание образцов.
Оба метода дают хорошие результаты, позволяющие отличить подзолистые горизонты от глеевых.
Дополнительным показателем для диагностики может служить и содержание гумуса, величина которого четко увеличивается в почвах по мере возрастания степени их гидроморфизма.
269
ЛЕКЦИИ 19–20. ХАРАКТЕРИСТИКА
ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ ПОЧВ БЕЛАРУСИ
Дерново-карбонатные почвы (регосоли, лептосоли в системе WRB) формируются на карбонатных породах в результате дернового процесса почвообразования. Распространены в Беларуси повсеместно небольшими участками среди
дерново-подзолистых почв.
Данные почвы занимают небольшую площадь, в составе сельскохозяйственных земель республики всего 3278 га.
Развиваются в автоморфных условиях при промывном типе водного режима.
Особенности строения и свойства дерново-карбонатных почв Беларуси сильно
зависят от характера почвообразующих пород, содержание карбонатов в которых
может составлять от 40% до 95%. К таким породам относятся: плотные известковые породы (доломиты, известняки, мел); пресноводные образования в виде
мергелей, омергелеванных пород, известковых туфов; карбонатная морена; лёссы;
водно-ледниковые отложения, подстилаемые с глубины полуметра мелом.
Исходя из особенностей почвообразования дерново-карбонатные почвы
на уровне подтипа делят на типичные, выщелоченные и оподзоленные.
Типичные дерново-карбонатные почвы в автоморфных условиях обычно
развиваются на плотных карбонатных породах. Наиболее крупные участки типичных дерново-карбонатных почв приурочены к омергелеванным лёссовидным
суглинкам междуречья рек Припять и Ствига, но небольшими участками распространены по всей территории страны.
Почвы существуют в условиях только атмосферного водного питания и
низкой водоудерживающей способности карбонатного мелкозема. Рендзинообразование (дерновый процесс) в них ведет к формированию небольшого,
но хорошо выраженного гумусового горизонта (5–10 см), залегающего зачастую
непосредственно на материнской породе – известняковом рухляке, переходящем
в твердую карбонатную породу. В итоге профиль часто имеет вид А1–С. Вскипание карбонатов от воздействия соляной кислотой наблюдается в верхнем горизонте. Содержание гумуса составляет 4–6%, горизонт насыщен карбонатами, обладает хорошими водно-физическими свойствами. Однако такие почвы зачастую
непригодны для сельского хозяйства, покрыты неприхотливым разнотравьем
с суккулентами (очитком едким и пурпурным), что свидетельствует о недостатке
влаги в биоценозе.
Дерново-карбонатные выщелоченные почвы имеют наряду с гумусовым
еще и иллювиальный горизонт В (А1В), который плохо выражен и представляет собой скорее переходный горизонт от гумусового к материнской породе.
Он имеет бурую окраску, уплотнен, с содержанием гумуса 3–4%. Вскипание
от HCl наблюдается с глубины 40–60 см. Почвы обладают высоким плодородием,
часто распаханы.
270
В таблице 19.1 показаны свойства распаханной дерново-карбонатной
выщелоченной почвы, развивающейся на лёссовидных суглинках. Для верхней
части профиля характерны обедненность илистыми частицами, слабокислая
реакция среды, высокая степень насыщенности основаниями и малое содержание
полуторных оксидов. В составе гумуса гуминовые кислоты преобладают над
фульвокислотами, из гуминовых кислот преобладает фракция, содержащая кальций.
Таблица 19.1 – Состав и свойства дерново-карбонатной выщелоченной почвы,
разрез 30, (Почвы Белорусской ССР, 1974)
Показатель
Глубина, см
Цвет
Физическая
глина, %
Ил, %
ПС, г/см3
МГ, %
КВ, %
Порозность
общая, %
рН в KCl
Нг, смоль/кг
V, %
Р2О5*, мг/кг
К2О*, мг/кг
Fe2O3*, %
Al2O3*, %
Гумус, %
Сгк / Сфк
Ап
А1
0–26
26–51
ТемноСерый
серый
Почвенные горизонты
В1
В2к
С1 к
51–75
75–95
95–133
Буровато- Оливково- Желтоватосерый
серый
белесый
С2 к
133–200
Желтоватосерый
29,2
28,5
33,8
10,5
4,0
1,7
18,8
1,43
5,4
44,3
18,9
1,51
5,4
45,2
25,3
1,38
5,7
48,8
7,4
1,51
2,2
38,4
2,7
1,62
0,5
35,4
1,3
1,71
0,3
32,3
44,4
42,4
47,7
43,0
38,9
32,1
5,1
2,45
61
49
93
0,09
0,16
1,18
1,05
5,5
1,40
70
18
80
0,10
0,32
0,66
1,21
6,0
0,70
84
20
97
0,21
0,24
0,36
1,00
6,5
–
–
80
55
0,25
0,15
–
–
7,5
–
–
73
16
0,07
0,08
–
–
7,9
–
–
–
–
–
–
–
–
Примечание (здесь и далее в подобных таблицах): ПС – плотность сложения
(объемная масса); МГ – максимальная гигроскопичность; КВ – капиллярная влагоемкость; Нг – гидролитическая кислотность; V – степень насыщенности основаниями;
Сгк / Сфк – отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот; * – содержание подвижных форм соединений.
Для оподзоленных дерново-карбонатных почв характерно присутствие осветленного подгумусового горизонта, обычно палевого цвета, который часто диагностируется как подзолистый А2. В них также морфологически хорошо выражен
уплотненный иллювиальный горизонт В. Вскипание от кислоты в таких почвах
наблюдается с глубины 60–90 см. Реакция гумусового горизонта слабокислая,
содержание гумуса небольшое (до 3%).
271
Дерново-карбонатные почвы в значительной степени распаханы, так как
характеризуются высоким плодородием. Для большинства полевых культур суглинистые разновидности почв этого типа оценены исходным баллом плодородия 100,
то есть как лучшие. Однако мнение о высоком плодородии таких почв относится
в первую очередь к их оглеенным внизу или на контакте аналогам, так как непродолжительное переувлажнение способствует усилению выветривания карбонатных пород и более значительному накоплению мягкого гумуса (типа муль).
Наиболее характерными диагностическими признаками дерново-карбонатных почв являются: компактность почвенного профиля с отсутствием элювиальных и оглеенных горизонтов; реакция среды верхнего горизонта близка к нейтральной (рН > 6), нижних горизонтов – щелочная (рН > 7); высокие емкость
катионного обмена и степень насыщенности основаниями; развитый гумусовый
горизонт с преобладанием гуминовых кислот в составе гумуса.
Бурые лесные почвы (камбисоли) в Беларуси (рис. 19.1, а) встречаются небольшими массивами и занимают повышенные, хорошо дренированные участки на
рыхлых моренных или водно-ледниковых песчаных, песчано-гравийных породах.
Формируются бурые почвы преимущественно под широколиственными и смешанными лесами с обилием кустарников и включением неморальной (западноевропейской) травянистой растительности, иногда под мертвопокровными типами леса.
Буроземообразование реализуется при благоприятном сочетании тепла и
влаги, при отсутствии даже слабого анаэробиоза. Почвы развиваются лишь на
рыхлых породах богатого минералогического состава, чаще – полимиктовых
песках и супесях. Влага в такой почве находится преимущественно в форме
рыхлосвязанной воды, хорошо доступной растениям. Хорошие условия аэрации
и высокая водопроницаемость почв обусловливает ярко-бурую или краснобурую окраску подгумусовых горизонтов.
Отличительной чертой такого почвообразования является железистый метаморфизм: выветривание первичных силикатов освобождает железо, оксиды и
гидрооксиды которого осаждаются пленками на других минералах и окрашивают
подгумусовые горизонты почв (Bm) в характерный бурый цвет. Железистый метаморфизм сопровождается трансформацией вторичных почвенных минералов
без значительного перемещения их по профилю.
Для морфологического строения почв характерны постепенные переходы
между горизонтами и монотонная бурая окраска. Профиль имеет обычно вид
А0 – A1 – A1Bm – Bm – (BmC) – C. Индекс горизонта в скобках здесь и далее по тексту
означает, что данный горизонт может отсутстсвовать.
Лесная подстилка в почвах имеет малую мощность, состоит обычно из одногодичного опада (до 1 см), который содержит большое количество зольных элементов. Слабое накопление подстилки свидетельствует о высокой биологической активности микроорганизмов и мезофауны.
272
Гумусовый горизонт обычно имеет мощность 6–10 см. Содержание гумуса
довольно высокое (5–8%), он характеризуется фульватно-гуматным составом
с преобладанием гуминовых кислот, связанных с полуторооксидами (табл. 19.2).
Таблица 19.2 – Состав и свойства бурой лесной почвы, разрез 7 (по Т. А. Романовой, 2004)
Показатель
Глубина, см
Цвет
Физическая глина, %
Ил, %
ПС, г/см3
МГ, %
рН в KCl
Нг, смоль/кг
V, %
Р2О5*, мг/кг
К2О*, мг/кг
Fe2O3*, %
Al2O3*, %
Гумус, %
Сгк / Сфк
А1
2–9
Чернобурый
11,7
3,9
0,53
7,8
5,5
8,0
78
5
4
0,26
0,29
5,8
1,2
А1Вm
9–25
Бурый
5,2
3,7
1,48
2,4
4,6
1,7
67
33
3
0,21
0,31
1,4
0,7
Горизонты
Вm
ВmС
25–50
50–90
БуроСветложелтый
желтый
4,3
2,1
3,0
1,2
1,56
1,50
1,7
1,6
4,8
5,1
1,5
1,5
61
57
13
1
2
1
0,12
0,09
0,10
0,06
0,4
0,2
0,4
0,1
С
90–160
Желтый
2,5
1,9
1,51
0,5
5,2
0,7
–
1
1
0,06
0,06
0,1
–
Реакция среды – кислая и слабокислая при высокой степени насыщенности
основаниями (65–70%) за счет биогенного накопления кальция и магния в подстилке и гумусовом горизонте. Для почв характерна высокая общая пористость и
хороший воздушный режим.
Лесная подстилка в почвах имеет малую мощность, состоит обычно из одногодичного опада (до 1 см), который содержит большое количество зольных элементов. Слабое накопление подстилки свидетельствует о высокой биологической
активности микроорганизмов и мезофауны. Гумусовый горизонт обычно имеет
мощность 6–10 см. Содержание гумуса довольно высокое (5–8%), он характеризуется фульватно-гуматным составом с преобладанием гуминовых кислот,
связанных с полуторооксидами. Реакция среды кислая и слабокислая при высокой
степени насыщенности основаниями (65–70%) за счет биогенного накопления
кальция и магния в подстилке и гумусовом горизонте. Для почв характерна
высокая общая пористость и хороший воздушный режим. Оглеение для бурых
лесных почв не свойственно, может присутствовать только на контакте пород
или в нижней части профиля.
Бурые лесные почвы при крупномасштабном почвенном картографировании в Беларуси первоначально не выделялись, поэтому в составе сельскохозяй273
ственных земель их насчитывается всего 192 га («Почвы сельскохозяйственных
земель Республики Беларусь», 2001). Они характеризуются невысоким почвенным
плодородием по отношению к традиционным сельскохозяйственным культурам
с исходным баллом качественной оценки 33–49 из-за легкого гранулометрического
состава. Однако эти почвы представляют серьезную ценность для лесного хозяйства, так как хорошо пригодны для выращивания дуба, ясеня и других ценных
пород деревьев.
Наиболее характерными диагностическими признаками бурых лесных почв
являются: отсутствие элювиальных и оглеенных горизонтов; развитие на рыхлых
галечниковых породах богатого минералогического состава; слабая дифференциация на отдельные горизонты и значительное содержание обменных катионов.
Подзолистые почвы (альбелювисоли) образуются под хвойной растительностью с моховым покровом в условиях промывного водного режима. В условиях
Беларуси встречаются редко, приурочены к хорошо дренируемым участкам
водоразделов, склонов надпойменных террас и зандровых равнин, сложенных кварцевыми песками. Формируются под ельниками, реже – сосняками черничными и
мшистыми, чаще – в северной и восточной частях страны. Ввиду крайне низкого
плодородия они почти не используются в сельском хозяйстве и заняты в основном лесом. Сведения об их количестве в составе сельскохозяйственных земель
страны отсутствуют.
Из-за обедненности почвообразующей породы и лесного опада зольными
элементами в почвах очень слабо протекает процесс гумусонакопления и интенсивно – процесс элюирования, что приводит к резкой дифференциации почвенного профиля. Профиль подзолистых почв имеет вид А0 – А1А2 – А2 – Вh – В2 – С.
Выделяют обычно оторфованную лесную подстилку темно-коричневого цвета
мощностью 3–6 см; гумусово-подзолистый горизонт А1А2 пепельно-серого цвета
(7–12 см), сильнокислый (рН < 4,0), с малым содержанием гумуса (до 1–1,5%) и
элементов питания; подзолистый пепельно-белый горизонт (6–27 см), очень кислый (рН = 3,4–3,8) с незначительным содержанием любых металлических катионов.
Ниже элювиального слоя в подзолистых почвах может встречаться иллювиальногумусовый Вh горизонт буровато-желтого цвета, кислый, с содержанием гумуса
0,5–0,7%, под которым залегают желтый растянутый иллювиальный горизонт В2
с ортзандами и слабо отличающаяся от него светло-желтая почвообразующая
порода. По мнению некоторых почвоведов, в подзолистых почвах Беларуси нет
иллювиально-гумусового горизонта, и под горизонтом А2 залегают менее кислые
(рН = 4,4–4,8) желтого с буроватым оттенком цвета горизонты В1, В2, а иногда и В3g.
Подзолистые почвы отличаются низким содержанием гумуса с преобладанием в его составе фульвокислот, кислой реакцией среды и невысокой насыщенностью основаниями верхних горизонтов. Почвы бедны азотом, фосфором и
калием, но содержат большое количество подвижных соединений железа и алюминия. Отличаются также плохими водно-физическими свойствами.
274
Среди подзолистых почв Беларуси, помимо наиболее распространенных
иллювиально-гумусовых, выделяют еще неразвитые (на эоловых песках) и псевдофибровые (на слоистых песках).
В большинстве западноевропейских классификаций почв подзолистыми
называют лишь почвы с наличием диагностического горизонта «сподик», обозначаемого Вh, то есть иллювиально-гумусового (альфегумусового), залегающего
под светлым элювиальным горизонтом (подзолистым). Механизм оподзоливания
состоит в разрушении минералов кислыми продуктами жизнедеятельности
таежной растительности, мхов, грибной микрофлоры и высокомолекулярными
органическими соединениями, образующимися при разложении растительного
опада. Согласно этим классификациям, все подзолистые почвы полугидроморфные. Нисходящий водный перенос влаги проявляется в таких почвах весьма длительно, а в глеевых разностях почти постоянно.
Наиболее характерными диагностическими признаками подзолистых почв
являются: приуроченность к бедным песчаным породам севера Беларуси; отсутствие четко выраженного гумусового горизонта (содержание гумуса не превышает 1,5%); белесая окраска подзолистого горизонта; наличие в большинстве
случаев иллювиально-гумусового горизонта; сильнокислая реакция среды; малое
содержание обменных оснований.
В смешанных лесах с травянистым и мохово-травянистым наземным
покровом подзолистый и дерновый процессы почвообразования протекают одновременно, что приводит к формированию дерново-подзолистых почв (альбелювисоли), которые обладают благоприятными для растений свойствами и повышенным плодородием.
Коэффициент увлажнения составляет в среднем 1,2–1,4, в апреле-июле –
менее 1. Под культурными растениями почвы увлажнены иногда недостаточно,
раз в три года ученые констатируют на дерново-подзолистых почвах недостаточное обеспечение растений влагой.
Для дерново-подзолистых почв характерен промывной водный режим,
однако в условиях нашей страны он выражен не слишком четко, постоянное
сквозное промачивание почвенной толщи чаще всего отсутствует. Развиваются
дерново-подзолистые почвы на породах разного генезиса и сложения в разнообразных условиях рельефа, что приводит к значительным вариациям их морфологии и свойств. Однако почвы имеют и ряд характеристик, которые их объединяют.
Характерной морфологической особенностью дерново-подзолистых почв
является их четкая дифференциация на генетические горизонты (рис. 19.1, б, в):
– А0 – лесная подстилка. Находится на поверхности, состоит из растительных остатков различной степени разложения; ее мощность – от нескольких
миллиметров до нескольких сантиметров;
– А1 – гумусовый (перегнойно-аккумулятивный) горизонт. Окрашен присутствующей в нем органикой в темно-серый или серый цвет, с глубиной по мере
уменьшения гумуса окраска светлеет;
275
– А2 – подзолистый горизонт. Сильно выщелочен, лишен перегноя, содержит
повышенное количество кремнезема, который придает горизонту белесую окраску.
Часто горизонт бывает окрашен в палевый цвет за счет образования вторичных глинистых минералов. Подзолистый горизонт часто бесструктурный, в отдельных случаях имеет пластинчатую или листоватую структуру. Его мощность в зависимости
от степени оподзоленности изменяется от нескольких до десятков сантиметров;
– В – иллювиальный горизонт. Представляет собой почвенный слой, в котором закрепляются вещества, выносимые из верхних горизонтов. Вследствие
обогащенности железом и органическим веществом имеет красно-бурую окраску
или темно-желтую, значительную плотность и твердость, на легких породах
характеризуется наличием ржавых пятен и ортштейнов;
– С – почвообразующая порода.
Морфологические особенности почв находятся в тесной связи с их химическими свойствами. Эти почвы содержат мало гумуса, их верхние горизонты
обеднены соединениями CaO, MgO, Fe2O3, и Al2O3, обогащены кремнеземом.
Развитие подзолообразовательного процесса отчасти меняет гранулометрический состав почв – верхние горизонты вследствие выноса илистых частиц опесчаниваются, нижележащие – «оглиниваются». Почва мало насыщена основаниями, особенно ее верхние горизонты, где поглощенные катионы H+ и Al3+ часто
преобладают над Ca2+ и Mg2+. В нижележащих горизонтах соотношение обменных катионов немного меняется в сторону увеличения кальция и магния.
Гумусовый горизонт маломощный; содержание гумуса в среднем составляет 1,5–2,5%; в составе гумуса преобладают фракции гуминовых и фульвокислот,
связанные с полуторными оксидами железа и алюминия.
Характерными особенностями водно-физических свойств дерново-подзолистых почв являются большая плотность сложения (объемная масса), низкая
скорость водопроницаемости и плохая аэрация в нижних горизонтах в случае
подстилания плотными породами.
Показатель плотности сложения сильно различается у почв в зависимости
от гранулометрического состава. Оптимальной плотностью сложения для выращивания картофеля и корнеплодов является показатель не более 1,1–1,2 г/см3,
а для зерновых культур – не выше 1,3–1,4 г/см3. Горизонты почв с плотностью
более 1,5 г/см3 непроницаемы для корней культурных растений (супесчаные
почвы являются исключением). Оптимальной плотностью обладают верхние
горизонты дерново-подзолистых почв, развивающихся на лёссах и лёссовидных
суглинках. А у супесчаных почв и временно избыточно увлажненных суглинистых
даже гумусовые горизонты имеют высокую плотность сложения (1,48–1,61 г/см3).
Довольно большую плотность имеют подзолистые горизонты распаханных дерново-подзолистых почв (1,4–1,6 г/см3).
Дерново-подзолистые почвы также значительно различаются в зависимости от гранулометрического состава по показателям влагоемкости и удельной
поверхности. Если у почв, развивающихся на лёссах и лёссовидных суглинках,
276
наименьшая влагоемкость (НВ) гумусовых и пахотных горизонтов составляет
19–26%, то у почв, развивающихся на супесях, она не более 16–17%. С перемещением вниз по профилю почвы ПВ уменьшается, особенно у почв, легких
по гранулометрическому составу.
Удельная поверхность почв является косвенным показателем силы, удерживающей элементы питания и влагу в почве. Почвы с удельной поверхностью
59–117 м2/г могут удержать в 8–20 раз больше влаги и питательных веществ
по сравнению с почвами, имеющими удельную поверхность 3–15 м2/г. Этот показатель в дерново-подзолистых почвах Беларуси варьирует преимущественно в зависимости от их гранулометрического и минералогического состава (табл. 19.3).
Наибольшая удельная поверхность (59–117 м2/г, иногда до 150 м2/г)
характерна для почв, развивающихся на пылеватом среднем суглинке и озерной
глине. Затем следуют дерново-подзолистые почвы на легком слабовалунном
суглинке (37–60 м2/г), дерново-подзолистые почвы на мощных лёссах (35–54 м2/г)
и, наконец, на супесях и песках (3–15 м2/г).
Воздушный режим дерново-подзолистых почв в целом благоприятен,
только при влажности, соответствующей наименьшей влагоемкости (ранней весной),
в нижних плотных горизонтах может отмечаться недостаток воздуха. По теплофизическим свойствам дерново-подзолистые почвы, как и другие автоморфные
почвы Беларуси, относятся к «теплым», однако почвы на песках и супесях в 1,5–2
раза быстрее прогреваются, чем почвы на более тяжелых породах.
Внутритиповые различия морфологических, химических и физических
свойств дерново-подзолистых почв Беларуси в значительной мере обусловлены
характером их почвообразующих пород.
Дерново-подзолистые почвы на глинах и тяжелых суглинках распространены преимущественно в Белорусском Поозерье на сравнительно молодых
отложениях озерно-ледниковых низин и платообразных повышений, приподнятых
над низинами. В структуре сельскохозяйственных земель Беларуси на их долю
приходится около 1,2%. Обладают повышенным плодородием в случае благоприятного воздушного режима.
Ввиду тяжелого гранулометрического состава автоморфные почвы встречаются реже, чем их заболоченные аналоги.
Таблица 19.3 – Удельная поверхность дерново-подзолистых и дерново-подзолистых заболоченных почв, м2/г почвы, (по Капилевич Ж. А., Пучкаревой Т. Н., 1987)
Горизонт
Ап
А2В1(g)
В2
В3 (ВСg)
Почвы
Почвы дерново-подзолистые заболоченные
дерновоСлабоглееватые
Глееватые
Глеевые
подзолистые
Супесчаные, подстилаемые песками
11
16
30
48
9
8
15
17
5
9
9
15
3
5
7
12
277
Окончание таблицы 19.3
Почвы
Почвы дерново-подзолистые заболоченные
дерновоСлабоглееватые
Глееватые
Глеевые
подзолистые
Супесчаные, подстилаемые моренным суглинком ближе 1 м
Ап
21
25
38
55
А2В1(g) или А2g
10
11
23
26
В2
22
30
26
35
В3 (ВСg)
26
42
24
41
Легкосуглинистые, подстилаемые моренным суглинком ближе 1 м
Ап
25
32
44
58
А2В1(g)
9
16
30
33
В2
10
29
33
28
В3 (ВСg)
43
45
32
32
Пылевато-суглинистые
Ап
40
50
39
51
А2В1(g)
21
16
87
105
В2
46
56
31
52
В3 (ВСg)
38
31
61
32
Ск (Сg)
50
46
54
50
Средне- и тяжелосуглинистые, подстилаемые глиной
Ап
59
75
86
102
А2В1(g)
70
70
94
108
В2
82
81
112
160
В3 (ВСg)
118
134
143
149
Горизонт
В строении профиля подобные почвы отличает слабая выраженность
иллювиального горизонта, что свидетельствует о незначительной вертикальной
миграции продуктов разрушения минералов из-за слабой водопроницаемости
пород. Характеризуются различной, но чаще невысокой кислотностью, в верхнем
горизонте содержат повышенное количество гумуса. Нижние горизонты нередко
отличаются обилием карбонатов и могут вскипать (табл. 19.4).
Таблица 19.4 – Состав и свойства дерново-подзолистых почв на глинах и тяжелых
суглинках, разрез 20 (Почвы Белорусской ССР, 1974)
Показатель
Глубина, см
Цвет
Физическая глина, %
Ил, %
ПС, г/см3
МГ, %
КВ, %
Порозность общая, %
А1
0–10
Темносерый
43,5
23,6
0,72
2,6
60,0
69,0
А1 А2
10–25
Желтобурый
40,4
20,0
1,28
10,2
46,8
51,0
278
Горизонты
А2В1
В2С
25–39
39–80
КрасноКраснобурый
бурый
49,0
79,3
27,9
58,1
1,54
1,55
13,3
12,5
45,9
44,1
43,4
45,3
Ск
80–110
Краснобурый
96,4
53,5
1,57
6,2
49,0
44,1
Окончание таблицы 19.4
Показатель
рН в KCl
Нг, смоль/кг
V, %
Р2О5*, мг/кг
К2О*, мг/кг
Fe2O3*, %
Al2O3*, %
Гумус, %
Сгк / Сфк
А1
3,9
17,5
31,0
56
230
0,35
0,46
3,0
1,12
А1 А2
4,0
7,1
47,6
10
120
0,28
0,33
0,9
0,28
Горизонты
А2В1
3,9
7,1
69,6
10
165
0,78
0,48
0,7
0,44
В2С
4,3
1,9
93,4
–
–
0,53
0,32
–
–
Ск
7,3
0,5
–
–
–
0,20
0,30
–
–
Как видно из таблицы, такие почвы содержат малое количество подвижного фосфора, а содержание калия в них удовлетворительное из-за особенностей
минералогического состава пород. В составе минералов более половины, а в
нижней части профиля до 80% приходится на калийсодержащие гидрослюды.
Данные почвы по сравнению с другими дерново-подзолистыми более обогащены
микроэлементами.
Под еловыми и смешанными лесами Беларуси широко распространены
дерново-палево-подзолистые почвы. В западной и центральной частях страны
они приурочены к хорошо дренированным участкам и развиваются на породах
преимущественно суглинистого и супесчаного состава. Отличительной особенностью таких почв является палевая окраска элювиального (подзолистого) горизонта, которая связана с образованием вторичных гидрооксидов железа или
глинистых минералов типа гидрослюд. Характерным признаком таких почв
является процесс перемещения илистых частиц из палевого в иллювиальный
горизонт – лессиваж, и, как результат, наличие текстурного иллювиального горизонта (Вt). Некоторые ученые считают, что повышенная глинистость иллювиального горизонта имеет допочвенное происхождение (Романова Т. А., 2004).
В дерново-подзолистых песчаных почвах некоторым аналогом горизонта Вt
могут служить ортзанды.
Подобные почвы формально следует относить к альбелювисолям (раз
признается наличие подзолистого процесса), но многие их признаки, особенно
в окультуренных вариантах, соответствуют лювисолям. Они характеризуются
небольшим содержанием гумуса (1,5–2,5%), кислой реакцией, невысокой насыщенностью основаниями, сравнительно обогащены элементами питания.
В дерново-подзолистых почвах, развивающихся на лёссах и лёссовидных
суглинках, палевость элювиального горизонта выражена особенно четко. Приурочены они к высоким эродированным водоразделам, занимают около 10% территории Беларуси. Широко распространены на Минской, Ошмянской, Новогрудской возвышенностях, Копыльской гряде, Оршано-Могилевской равнине.
279
Лёссовые отложения занимают наиболее повышенные участки перечисленных возвышенностей и встречаются нечасто. Большая их часть расположена
в пределах Мстиславско-Горецкого лёссового плато. Характерной особенностью
его рельефа является обилие небольших блюдец-западин, образование которых
обусловлено просадкой грунта гипотетически вследствие карстовых явлений.
На лёссовидных отложениях встречаются вторично оподзоленные почвы (со вторым гумусовым горизонтом), которые небольшими участками залегают среди
обычных дерново-палево-подзолистых. В них под серым гумусовым горизонтом
залегает углисто-черный гумусовый горизонт примерно такой же (25 см) мощности, под которым находится среднемощный (примерно 12 см) выраженный
подзолистый горизонт белесого цвета.
Происхождение таких почв считается недостаточно выясненным, но чаще
их рассматривают как продукт деградации либо дерново-карбонатных почв,
развитых на карбонатном лёссе, либо лугово-черноземных почв.
Лёссовидные суглинки обычно залегают на моренных отложениях и имеют
различную мощность: иногда десятки метров, но чаще до 1–2 м (например, в разрезе 1 таблицы 19.5 – 45 см). Чаще наблюдается общая закономерность увеличения мощности лёссовидных отложений от повышенных участков к понижениям.
Особенностью лёссовидных отложений является их тонкая пористость и высокая
влагоемкость. Коэффициент фильтрации влаги в них ничтожно мал (менее 1 мм/сек),
поэтому почвам свойственна низкая водопроницаемость и неблагоприятный
водно-воздушный режим. Вместе с тем в сельскохозяйственной практике аккумуляция влаги весьма полезна в сухие периоды вегетации. Такие почвы обладают
самым высоким плодородием среди дерново-подзолистых почв Беларуси. Они
удобны для сельскохозяйственного использования, так как обычно распространены
большими массивами на выровненных участках рельефа, относительно богаты
питательными элементами и обладают неплохими водно-физическими свойствами.
Для почв характерна среднекислая реакция по всему профилю, невысокие
емкость поглощения и насыщенность основаниями. Содержание гумуса невысокое,
отношение гумусовых кислот к фульвокислотам (Сгк / Сфк) близко к единице
с преобладанием фракций, связанных с полуторооксидами (табл. 19.5).
Таблица 19.5 – Состав и свойства дерново-подзолистых почв на легких лёссовидных суглинках, подстилаемых моренными суглинками (разрез 1)
Показатель
Глубина, см
Цвет
Физическая глина, %
Ил, %
Ап
0–27
Темносерый
26,5
8,5
Почвенные горизонты
А2
А2В1
В2
27–45
45–68
68–93
СветлоКрасноКраснопалевый
бурый
бурый
22,9
24,5
28,7
8,0
7,8
7,0
280
ВС
93–120
Красноватобурый
28,0
7,5
Окончание таблицы 19.5
Показатель
ПС, г/см3
МГ, %
КВ, %
Порозность общая, %
рН в KCl
Нг, смоль/кг
V, %
Р2О5*, мг/кг
К2О*, мг/кг
Гумус, %
Сгк / Сфк
Ап
1,29
2,7
46,0
55,3
5,1
4,1
56
110
125
3,0
1,1
А2
1,42
2,5
38,5
48,3
4,9
2,2
63
35
63
0,4
0,8
Почвенные горизонты
А2В1
В2
1,50
1,52
2,7
4,5
40,2
42,3
47,4
48,5
5,3
5,5
1,3
1,8
68
76
65
78
58
73
0,2
–
–
–
ВС
1,53
4,1
41,3
46,8
5,5
2,3
73
74
74
–
–
Дерново-подзолистые почвы, развитые на водно-ледниковых пылеватопесчанистых суглинках, подстилаемых мореной или песком, приурочены
к высоким равнинам с волнистым рельефом, занимают, по разным данным,
от 6% до 12% территории республики.
Мощность суглинистой толщи в таких почвах обычно около 1 м, а содержание в ней пылеватых фракций составляет 50–55%. Характерен мощный подзолистый горизонт палевого, реже белесого цвета. Почвы кислые (реакция среды – 4,2–5,5), слабообеспеченные гумусом (2–3%) и элементами питания. Такие
почвы при условии подстилания моренным суглинком являются одними
из лучших в республике по потенциалу плодородия, тогда как при подстилании
песком отличаются пониженным плодородием (исходный балл кадастровой
оценки – 57 против 74).
Дерново-подзолистые почвы, развитые на моренных суглинках, приурочены
к наиболее высоким грядам с типичным холмисто-моренным рельефом и широким моренным равнинам с волнистым рельефом, занимают примерно 4–5% сельскохозяйственных земель. Характеризуются высокой долей фракции мелкого и
среднего песка – более 50 %, наличием хорошо выраженного подзолистого горизонта, более белесого цвета, чем на лёссовидных или водно-ледниковых суглинках. Их профиль относительно короток, хорошо дифференцирован, мощность
элювиальной толщи значительно меньше, чем на лёссовидных отложениях, нижние горизонты часто обогащены карбонатами. Содержат малое количество гумуса
и доступного для растений азота и фосфора, несколько лучше обеспечены калием.
Дерново-подзолистые почвы без палевого оттенка в подзолистом горизонте
обычно относят к подтипу собственно дерново-подзолистых. Они развиваются
под сосновыми и еловыми лесами на рыхлых водно-ледниковых, озерно-ледниковых и древнеаллювиальных породах.
281
Наиболее распространены дерново-подзолистые почвы, развитые на водноледниковых супесях, подстилаемых мореной или песком. Приурочены такие почвы
к волнистым и слабоволнистым пониженным равнинам, встречаются повсеместно.
Мощность супесчаной толщи редко превышает 0,7 м.
Почвы характеризуются наличием осветленного подзолистого горизонта
с желтым оттенком, обедненного подвижными формами железа и алюминия, основаниями, что свидетельствует о протекании подзолообразовательного процесса.
Содержание гумуса в таких почвах незначительное, реакция в естественных условиях кислая (рН горизонта А1 – 3,1–4,8), нуждаются в известковании
при использовании под пашню. Эти почвы отличает низкое содержание обменных оснований, элементов питания и малая емкость катионного обмена.
Дерново-подзолистые почвы, развивающиеся на моренных супесях встречаются преимущественно в Поозерье, приурочены к участкам конечно-моренного рельефа.
Мощность пласта покровной супеси – 20–100 см, ниже залегает моренный
суглинок, часто карбонатный. Подзолистый горизонт имеет палевую окраску,
светлеющую книзу. Подстилание плотными породами обусловливает сравнительно благоприятный водный режим.
282
ЛЕКЦИЯ 21. ПОЧВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ
РАЙОНИРОВАНИЕ БЕЛАРУСИ
21.1. Принципы и схема
почвенно-географического районирования
Районирование в географической науке понимается как метод разделения территории на такие участки, которые отвечали бы выбранным критериям.
Почвенно-географическое районирование – это частное (компонентное) географическое районирование, в котором основное внимание уделяется одному компоненту природного комплекса – почвенному покрову.
Первые подходы к почвенно-географическому районированию территории Беларуси начали разрабатываться в середине XX в. Это работы И. С. Лупиновича (1947), А Г. Медведева (1950), Н. П. Булгакова (1970), И. Н. Соловья,
Н. И. Смеяна (1974) и др. Закономерности распределения почвенного покрова
на территории Беларуси определяются природными и антропогенными явлениями,
которые называются факторами дифференциации.
Общие закономерности распределения почв на территории Беларуси определяются прежде всего законом горизонтальной зональности. Процессы почвообразования и почвы здесь являются типичными для зоны хвойных и смешанных лесов умеренного пояса, характеризующейся соответствующими факторами
почвообразования. Однако факторы почвообразования имеют значительное территориальное и временное варьирование, что сказывается на свойствах почв и образовании почвенного покрова, состоящего из множества почв. Иными словами,
совокупность факторов почвообразования приводит к формированию почв, а
варьирование факторов в пространстве и времени – к образованию и территориальной дифференциации почвенного покрова.
На территории Беларуси в образовании почвенного покрова наибольшее
значение имеют следующие группы факторов дифференциации: геоморфологическая, литологическая, антропогенная (техногенная), водная и биологическая.
Климатическая и историко-хронологическая группы факторов в дифференциации почвенного покрова участвуют в основном косвенно, через рельеф, породы,
воды, растительность.
Геоморфологическая группа факторов включает структурно-геоморфологические и морфометрические факторы, а также геоморфологические процессы.
Структурно-геоморфологические факторы: тектонические структуры и рельеф
дна (ложа) четвертичных отложений; генетические типы образований в четвертичной толще; палеогеографическая обстановка. Важное значение в дифференциации как рельефа, так и почвенного покрова территории Беларуси, имеют
краевые ледниковые образования, которые образовались у южных краев Поозерского и Сожского ледников и подчеркивают границу оледенений или их крупных
283
стадий. Существенным фактором дифференциации почвенного покрова Беларуси
являются речные долины, озерные котловины и ледниковые ложбины, которые
встречаются практически на всей территории Беларуси.
Морфометрические факторы включают: мощность четвертичных отложений,
форму и параметры рельефа. Мощность четвертичных отложений имеет средний
показатель около 80 м при колебаниях от 0 до 325 м. Максимальные толщи четвертичных отложений в большинстве случаев приурочены к наибольшим высотам
в современном рельефе и к наиболее глубоким ложбинам в ложе четвертичной
толщи, а минимальные – к поднятиям на поверхности ложа. Форма и параметры
современного рельефа определяются совокупностью эндогенных факторов.
Экзогенные факторы включают все процессы, непосредственно влияющие
на земную поверхность, расчленяющие или сглаживающие ее и формирующие
современный рельеф и геоморфологические процессы. Благодаря экзогенным
процессам рельеф Беларуси претерпевает денудационное преобразование и расчленение. Глубина расчленения изменяется от 5 м/км2 и более в низинах и плоских равнинах, до 40–50 м/км2 и более – на возвышенностях. Густота расчленения изменяется от 0,2 в низинах до 2–3 км/км2 на склонах краевых гряд и речных
долин. Современные водно-эрозионные, эоловые, аллювиальные, болотные, суффозионные и другие процессы перерабатывают дневную поверхность и усложняют
структуру почвенного покрова.
Решающее значение в проявлении литологических и геоморфологических
факторов имела деятельность ледников, по отношению к которой территория
Беларуси делится на три части: северную, центральную и южную.
Северная часть представлена собственно ледниковыми отложениями
поозерского ледника, общая мощность которых в основном составляет 20–60 м.
В отдельных случаях они перекрыты перигляциальными отложениями периода
отступания ледника и являются основными почвообразующими породами. Эта территория характеризуется максимальным распространением озерных отложений.
Особенностями рельефа этой территории являются чередование холмисто-моренных возвышенностей и гряд с водно-ледниковыми низинами, озами, камами, многочисленными озерными котловинами и слабо разработанными речными долинами.
В геоморфологическом районировании Беларуси (А. В. Матвеев, 1988, и др.) эта
территория относится к области Белорусского Поозерья и делится на 17 геоморфологических районов.
В Центральной части Беларуси преобладают отложения сожского ледника,
которые на значительной территории являются непосредственно почвообразующими породами или перекрыты маломощным чехлом водно-ледниковых пород
поозерского и сожско-поозерского оледенений и современными аллювиальными
отложениями.
Общими закономерностями и здесь являются сочетания ледниковых
возвышенностей с вторичными моренными и водно-ледниковыми равнинами.
К востоку рельеф выполаживается, наряду с вторичными моренными равнинами
284
появляются зандровые равнины с наличием древних сквозных долин, денудированных размытых конечноморенных гряд и холмов. На территории ОршаноМогилевской равнины ледниковые образования почти повсеместно перекрыты
лёссовидными породами.
Южная часть территории Беларуси представлена преимущественно водноледниковыми образованиями разных фаз развития Сожского ледника. Они формируют обширные зандровые поля и полосы северного Полесья. К этой территории
приурочены основные массивы современных болотных отложений. В геоморфологическом отношении это плоская равнина, имеющая общее понижение уровня
поверхности с северо-запада на юго-восток.
В геоморфологическом районировании эта территория отнесена к области
Полесской низменности и разделена на 22 геоморфологических района.
Литологическая группа факторов дифференциации почвенного покрова
включает основные характеристики почвообразующих пород: генезис, состав и
строение в пределах мощности почвы (почвенного профиля).
Среди генетических групп почвообразующих пород важнейшую роль в распределении почв на территории Беларуси играют породы ледникового происхождения (моренные, водно-ледниковые и озерно-ледниковые). Моренные отложения наиболее широко представлены в почвообразовании Белорусского Поозерья.
К этой же территории приурочены и основные массивы почв, образовавшихся
на озерно-ледниковых отложениях. На остальной территории Беларуси эти почвы
встречаются отдельными пятнами. Водно-ледниковые отложения, преимущественно
супесчаные и песчаные, распространены в основном в центральной и южной
частях республики.
В формировании почв центральной и восточной частей территории Беларуси участвуют лёссы и лёссовидные породы. Наиболее крупные массивы
их приурочены к Оршанской возвышенности, Могилевской и Горецкой равнинам, а также Новогрудской и Минской возвышенностям и некоторым другим территориям. Почвы, сформированные на аллювиальных отложениях,
более широко представлены в Белорусском Полесье, а также в современных
поймах рек территории Беларуси. На структуре почвенного покрова сказываются не только особенности происхождения и состава пород, но и их строение.
На территории Беларуси почвообразующие породы чаще имеют двух-трехчленное строение. Это значит, что в пределах толщи почвы находится несколько
слоев различных пород.
В территориальном аспекте наиболее сложное строение почвенного
профиля характерно для центральной части Беларуси, где в почвенном профиле встречаются два-три и более слоев разных почвообразующих пород.
К северу и к югу идет упрощение строения почвенных профилей до двух-, а
то и одночленного. Однако если на севере это вызывается особенностями
285
строения моренных отложений, то на юге – однородностью толщи древнеаллювиальных песков.
Биологическая группа факторов дифференциации почвенного покрова
включает совместные влияния растительных и животных организмов, интенсивность дифференциации зависит от типа растительности и группы почвенной
фауны и микроорганизмов. С типом растительности связан объем биомассы, а
с микроорганизмами – интенсивность и направленность ее преобразования в органоминеральные соединения, в том числе гумус. Биологические факторы, особенно
растительность, способствуют разделению почв по содержанию гумуса, мощности
гумусового горизонта, плодородию.
В целом естественный растительный покров Беларуси имеет большую
пестроту и сложную структуру. Это вызвано тем, что территория Беларуси находится на стыке двух геоботанических областей: Евроазиатской хвойно-лесной
(таежной) и Европейской широколиственной. При продвижении с севера на юг
идет постепенное сокращение темнохвойных (южно-таежных) лесов и увеличение широколиственно-сосновых.
Дифференцирующие функции естественного растительного покрова Беларуси несмотря на высокую хозяйственную освоенность ее территории, отчетливо
выражены в закономерностях формирования почвенного покрова. В Белорусском
Поозерье преобладают еловые и широколиственно-еловые леса – около 70%
от их общей площади в республике. В Полесье преобладают широколиственнососновые, а для центральной части Беларуси характерно смешение темнохвойных и широколиственно-сосновых лесов, доля елово-широколиственных здесь –
около 27%.
Согласно геоботаническому районированию, территория Беларуси разделена на три геоботанических подзоны (дубово-темнохвойных, грабово-дубовотемнохвойных, широколиственно-сосновых лесов), семь геоботанических округов и 25 геоботанических районов. Подзоны рассматриваются как широтноклиматические образования и отражают постепенное замещение темнохвойных
лесов широколиственными при продвижении с севера на юг.
Дифференциация растительности отражает структуру почвенного покрова
и является важным критерием почвенно-географического районирования.
Луговой растительности также присуща территориальная закономерность
распределения, которая отражается и на процессах почвообразования. Для Поозерья
характерно преобладание суходольных мелкотравных лугов.
В Центральной части Беларуси распространены низинно-суходольные и
пойменно-суходольные луга. Первые из них представлены низинными осоковыми
болотами и имеют низкую продуктивность, а следовательно, и малое поступление
в почву биологической массы. Вторые более богаты за счет пойменных лугов,
особенно в долинах рек (Днепра, Березины, Сожа, Птичи и др.). Полесье представлено низинными и пойменными лугами. Низинные имеют большее распространение в западной части, а пойменные – на востоке Полесья. Пойменные луга
286
отличаются большой видовой насыщенностью фитоценозов и дают большой
объем органического вещества для почвообразования.
Определенная закономерность имеется и в территориальном распределении болот. Белорусское Поозерье представлено в основном верховыми болотами
с питанием преимущественно атмосферными и озерными водами. В Центральной
части Беларуси распространены болота низинного и верхового типов, причем
при продвижении на восток доля верховых болот возрастает. В Полесье распространены преимущественно крупные низинные болота с грунтовым водноминеральным питанием.
Общие закономерности распределения почв также связаны с климатическими условиями. Относительно небольшая общая территория Беларуси обусловила вхождение ее в одну умеренно-теплую и влажную климатическую зону.
Однако имеющиеся внутризональные различия важнейших климатических показателей (температура, осадки, испаряемость, радиационный баланс и др.) предопределяют территориальную дифференциацию процессов почвообразования и
структуры почвенного покрова.
Дифференциация климатических показателей (температуры, осадков, испаряемости, увлажнения и др.) не столь контрастна и несмотря на их важное значение в почвообразовании менее выражена в формировании структуры почвенного покрова. Более существенные изменения в почвенном покрове вызывают
грунтовые воды, с уровнем залегания и режимом которых связаны все почвообразовательные процессы и почвы территории Беларуси.
Таким образом, для основных факторов территориальной дифференциации
почвенного покрова характерна широтная зональность, предполагающая разделение территории Беларуси на три широтные части: северную, центральную, южную.
В настоящее время все большее влияние на почвообразование и дифференциацию почвенного покрова оказывают антропогенные факторы. Быстро
расширяются площади техногенных форм рельефа (карьеры, каналы, просадки,
насыпи, отвалы и т. п.). Наряду с рельефом под влиянием техногенеза значительно изменяются и другие факторы почвообразования (климат, растительность, воды), что сказывается на формировании и распределении почв.
Водный фактор также подвержен антропогенным изменениям. Осушительная мелиорация, крупные водозаборы для целей водоснабжения населенных
пунктов и предприятий приводят к резкому снижению уровня грунтовых вод,
обмелению рек и озер, и как результат – к развитию овражной и плоскостной
эрозии, усилению эоловых процессов.
Таким образом, закономерности формирования почвенного покрова Беларуси определяются преимущественно литологическими, геоморфологическими,
биологическими и антропогенными факторами дифференциации почвенного
покрова. Поэтому схема почвенно-географического районирования согласуется
с геологическим, геоморфологическим, геоботаническим и другими видами ком287
понентного географического районирования. Учитывая особенности факторов
почвообразования и дифференциации почвенного покрова, а также состав и
свойства почв и характер их использования, на территории Беларуси выделены
следующие провинции: Северная, Центральная и Южная. Провинции делятся на
почвенные округа, в пределах которых выделяются районы и подрайоны (рис. 21.1).
Документальной основой схемы районирования были составленные по
результатам крупномасштабных почвенных исследований областные почвенные
карты, карты почвообразующих пород, эродированных и заболоченных земель,
рельефа, местности, картосхемы климатических особенностей Беларуси.
Северная (Прибалтийская) провинция занимает северную часть республики, севернее линии Сморгонь – Молодечно – Логойск – Белыничи – Могилев – Чериков – Кричев. Площадь ее равна 6,2 млн. га, что составляет 30%
территории республики.
По геологическому строению, рельефу, климату, растительности и особенностям почвенного покрова эта провинция заметно отличается от остальной территории республики. Геологическое строение ее характеризуется той
особенностью, что под небольшой толщей молодых моренных и водноледниковых отложений Поозерского оледенения залегают мощные пласты
глин, алевритов, песков, а на востоке и северо-востоке – гипс, доломиты,
известняки, изредка выходящие на поверхность. Рельеф носит черты конечноморенных отложений на возвышенностях, нередко чередующихся с крупными
понижениями и низинами. Восточная часть захватывает часть ОршанскоМогилевской равнины.
В климатическом отношении это наиболее холодная часть республики.
Средняя годовая температура на западе равна 5,5 °С, а на северо-востоке провинции – 4,5 °С. Здесь выпадает от 550 до 700 мм осадков за год, основное количество их приходится на теплый период (IV–X) – 450–475 мм. Продолжительность вегетационного периода в зависимости от удаления от моря изменяется
от 190 до 170 дней.
Почвенный покров довольно разнообразный. Преобладают дерновоподзолистые почвы, чередующиеся с такими же заболоченными в разной степени почвами.
Северная провинция разделяется на два округа.
Северо-западный округ занимает 3,2 млн. га, что составляет 15,4% территории республики и 52% территории провинции. По рельефу территория
округа весьма разнообразна. Встречаются молодые моренные всхолмления и
обширные озерно-ледниковые низины. В округ входят: полностью Браславская,
Свентянская, Ушачско-Лепельская, восточные отроги Латгальской и северная
часть Минской возвышенностей, а также западная и центральная части Полоцкой и Верхне-Березинской низин.
288
Расчленение рельефа как по густоте, так и по глубине очень неравномерное. На возвышенностях густота расчленения достигает максимальных величин
для республики около 0,8 км, однако понижения и повышения небольшие, и
относительные величины колебания рельефа не превышают 5–10 м. На территории
округа выпадает наибольшее количество осадков в республике – 550–700 мм
в год, а за вегетационный период – 425–475 мм.
Разнообразие природных условий обусловливает сложность почвенного
покрова. Учитывая необходимость проведения единых мероприятий для сходных
по физико-химическим и агрономическим свойствам, внутри этого округа выделяются следующие почвенные районы.
1. Браславско-Глубокский район дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных эродированных и слабо завалуненных почв охватывает Браславскую и
Свентянскую возвышенности, сложенные моренными завалуненными суглинками
и супесями. Высокая степень пересеченности территории, преобладание дерновоподзолистых почв на моренных отложениях, мало почв на песках, мелиорированных территорий, сильная завалуненность и мелкоконтурность, местами сильная эродированность.
2. Шарковщинско-Верхнедвинский район дерново-подзолистых заболоченных почв, развивающихся на озерно-ледниковых ленточных глинах, в геоморфологическом отношении охватывает западную часть Полоцкой низины. Рельеф
очень выровненный, местами мелко- и плосковолнистый, поэтому плоскостная
эрозия на этих почвах отсутствует. Почвы здесь в основном дерново-подзолистые заболоченные и дерново-подзолистые, развивающиеся на средних и легких
озерно-ледниковых суглинках, сменяющихся на глубине 60–80 см озерно-ледниковыми ленточными глинами. Выравненность территории и тяжелый гранулометрический состав почвообразующих пород обусловил широкое развитие здесь
болотного процесса – около 80% всех почв в различной степени переувлажнено.
Для улучшения водно-воздушного режима этих почв необходимо проводить
гидротехнические и агротехнические мелиорации и вносить на пашню высокие
дозы органических удобрений.
3. Полоцкий район дерново-подзолистых почв, развивающихся на пылеватопесчанистых озерно-ледниковых супесях, расположен в Центральной части Придвинской низины и на западных отрогах Нещердовской возвышенности. Рельеф
мелко- и плосковолнистый, выровненный. Распространены дерново-подзолистые почвы на связных озерно-ледниковых супесях, подстилаемых чаще ленточными глинами, иногда песками. Наличие водоупора способствует заболачиванию – более 60% почв района заболочено. Распаханность не превышает 10%,
но сравнительно много луговых земель – до 25%.
4. Вилейско-Докшицкий район дерново-подзолистых почв, развивающихся
на моренных супесях, подстилаемых на различной глубине моренными суглинками,
расположен в Нарочано-Вилейской и Верхне-Березинской низинах и на склонах
окружающих их возвышенностей. Значительные площади заняты водно-ледни289
ковыми и древнеаллювиальными отложениями, преимущественно песчаными,
иногда маломощными супесчаными, на которых развиваются дерново-подзолистые почвы. Около 40% почв заболочено.
Северо-восточный округ имеет разнообразный рельеф: Невельско-Городокская, Нещердовская, Витебская и Оршанская возвышенности, Чашникская,
Горецко-Мстиславская и (частично) Оршано-Могилевская равнины, Сурожская
и Лучесская низины – и, как следствие, значительное расчленение территории.
Долины и понижения чередуются очень часто, и расстояние между их крайними
точками на преобладающей территории – меньше 800 м. Относительные высоты
территории в отдельных местах превышают 20 м.
Разнообразие природных условий и почвенного покрова позволило выделить в пределах округа 3 почвенных района.
5. Сенненско-Россонско-Городокский район дерново-подзолистых суглинистых почв, развивающихся на моренных валунных суглинках имеет обилие озер,
речных долин и ложбин, расчленяющих моренные гряды и холмы. Территория
очень сильно расчленена, завалунена, с сильной пестротой почвенного покрова.
Сложность рельефа обусловливает мелкую контурность видов земель. В районе
преобладают дерново-подзолистые, местами слабо- и среднеэродированные почвы,
развивающиеся на легких моренных и водно-ледниковых суглинках, нередко
подстилаемых песками. Однако на отдельных буграх и грядах развиваются дерново-подзолистые почвы на каменисто-гравийных песках, моренных супесях.
На вершинах холмов, гряд и грив сильно выражена плоскостная эрозия, что приводит к полному разрушению гумусового горизонта, и на поверхность нередко
выходит красно-бурый моренный суглинок или намытые пески. В межморенных
понижениях формируются дерново-подзолистые в разной степени намытые и
переувлажненные почвы. Вершины холмов страдают от недостатка, а понижения – от избытка влаги.
6. Витебско-Лиозненский район дерново-подзолистых пылевато-суглинистых и супесчаных почв имеет крупнохолмистый рельеф с максимальными для
республики уровнями расчленения территории. Почвообразующими породами
являются моренные, водно-ледниковые, лёссовидные суглинки (60%), реже супеси (35%). Часты слабоэродированные и завалуненные почвы, до 30% почв
заболочено, но мало торфяно-болотных почв (до 2%).
7. Оршанско-Мстиславско-Горецкий район дерново-палево-подзолистых
пылевато-суглинистых почв расположен на Горецко-Мстиславской волнистой
равнине. Территория расчленена долинами рек, ручьев, оврагов и балок, суффозионные западины очень часты (до 10% территории). Почвообразующими породами являются лёссовые карбонатные суглинки, достигающие в районе Мстиславля мощности 12 м. Преобладают дерново-палево-подзолистые почвы, перегнойно-иловато-глеевые – в понижениях суффозионных воронок на пологих
склонах мощных лёссовидных суглинков. Торфяно-болотные почвы (2%) обычно
сильно обогащены известью, которая образует известковые туфы и торфотуфы.
290
В лёссах содержится около 12% карбонатов кальция, которые при развитии подзолистого почвообразовательного процесса вымыты до глубины 1,0–1,5 м, а
в микрозападинах при увеличении степени увлажнения – со всей толщи лёсса,
что обусловило просадку породы. Густая сеть оврагов и балок, а также большое
количество микрозападин на пашне очень сильно мешают работе сельскохозяйственной техники. Основными мероприятиями по улучшению пахотных земель
в данном районе являются ликвидация микрозападин, прекращение плоскостной
и глубинной эрозии, увеличение площади лесов, играющих водорегулирующую
и почвозащитную роль на территории лёссового плато.
8. Шкловско-Чаусский район дерново-подзолистых почв, развивающихся
на лёссовидных суглинках, в основном располагается в пределах ОршанскоМогилевской платообразной равнины. Густота расчленения территории речными
долинами и ложбинами значительная, расстояние между соседними ложбинами
или понижениями не превышает одного километра, характерно наличие микрозападин. Почвообразующими породами являются преимущественно пылеватые
лёссовидные суглинки, мощность которых в различных частях района колеблется
от 0,5 до 2,0 м и более. Почвенный покров района представлен дерново-подзолистыми, местами эродированными почвами, развивающимися на пылеватых
средних и легких лёссовидных суглинках (95% территории). В понижениях почвы
в различной степени переувлажнены грунтовыми водами, а на отдельных выровненных участках широко распространены такие же почвы, временно избыточно
увлажняемые атмосферными водами.
Центральная (Белорусская) провинция занимает территорию 8,8 млн. га,
что составляет 43% территории республики. В геоморфологическом отношении
она охватывает Ошмянскую и Минскую возвышенности, Прибугскую, Лидскую,
Барановичскую, Центрально-Березинскую, Чечерскую равнины, Средне- и ВерхнеНеманскую низины. Общие черты рельефа имеют различия: на севере расположены молодые всхолмления и гряды моренного характера, а на юге – выровненные равнины Предполесья.
Располагаясь на огромной территории, вытянутой с запада на восток более
чем на 650 км, эта провинция в климатическом отношении достаточно неоднородна. Продолжительность вегетационного периода изменяется от 200 дней на западе до 196 – в центре и 192 – на востоке провинции. За теплый период сумма
активных температур достигает 2700 °С. Среднегодовые температуры изменяются
от +7,3 °С (на западе) до + 5,0 °С (на востоке). Атмосферные осадки выпадают
достаточно равномерно по всей территории провинции. Количество их составляет
в среднем за год 550–600 мм. Однако на возвышенностях оно достигает 750 мм.
Согласно районированию территории республики по растительности
(И. Д. Юркевич и др.), Центральная провинция почти полностью вкладывается
в подзону грабово-дубово-темнохвойных лесов. Северная граница почвенной
провинции соответствует южной границе распространения серой ольхи, а южная
близка к южной границе распространения ели обыкновенной.
291
Почвенный покров провинции сложен и многообразен как по особенностям строения почвообразующих и подстилающих пород, так и по проявлению
почвообразовательного процесса. Несмотря на целостность территории как провинции в отдельных частях ее имеются свои специфические особенности рельефа,
почв, климата, поэтому Центральная провинция разделяется на три почвенных
округа: западный, центральный, восточный.
Западный округ занимает 43% территории провинции, имеет плоский
рельеф; преобладают равнины (Лидская, Прибугская, Барановичская) и низменности (Средне- и Верхне-Неманская). Только в отдельных районах поднимаются
небольшие всхолмления (Волковысская моренная возвышенность, Новогрудская
и Копыльская гряды). Расчленение территории среднее, так как расстояние между
соседними понижениями измеряется от одного до полутора километров, а глубина
понижения за редким исключением достигает 15 м и более.
Климатические условия округа достаточно однообразны. Средняя продолжительность вегетационного периода для округа составляет 194 дня, сумма
активных температур достигает 2150°–2500°.
Почвообразующими породами в данном округе являются моренные суглинки
и супеси, лёссовидные супеси, водно-ледниковые и древнеаллювиальные пески.
Различные особенности природных условий, в том числе и почв, требуют
разработки единых мероприятий для увеличения плодородия почв на отдельных,
сходных по природным условиям участках территории. С этой целью округ разделен на три почвенных района.
9. Гродненско-Волковыско-Лидский район дерново-подзолистых супесчаных
и суглинистых почв выделяется распространением моренных возвышенностей
(Гродненская, Слонимская и Волковысская) и приподнятых моренных равнин
(Пружанская, Ляховичская и Лидская). На этой территории преобладают дерновоподзолистые почвы, развивающиеся на водно-ледниковых супесях (75%), реже –
моренных суглинках. Супеси, как правило, подстилаются в пределах 1 м суглинком. В местах выходов на поверхность мела или карбонатных пород встречаются
дерново-карбонатные почвы. В плоских понижениях и ложбинах встречаются
дерново-подзолисто-глееватые и глеевые почвы.
10. Мостовский район песчаных почв, развивающихся на водно-ледниковых и древнеаллювиальных песках, расположен на широкой Средне- и ВерхнеНеманской низине с преобладанием дерново-подзолистых почв на древнеаллювиальных и водно-ледниковых песках. Высокий уровень почвенно-грунтовых
вод обусловливает развитие процессов заболачивания и формирование торфяноболотных, а в понижениях – глееватых и глеевых почв. Распаханность территории
ниже средней по стране, но сравнительно много луговых земель, особенно
в пойме Немана.
11. Новогрудско-Несвижско-Слуцкий район дерново-подзолисто-палевых
почв, развивающихся на пылеватых лёссовидных суглинках, расположен на Новогрудской возвышенности и Барановичско-Слуцком лёссовидном плато. Рельеф
292
территории слабоволнистый, местами мелкохолмистый, прорезан долинами рек,
ложбинами, балками и оврагами. Повсеместно в районе хорошо выражена
плоскостная эрозия лёссовидных суглинков, которые представляют в основном
покровные породы района. Преобладают дерново-подзолистые почвы на легких
лёссовидных суглинках и супесях (95%), подстилаемых песками, иногда моренными суглинками. В связи с выровненностью рельефа широкое развитие получили процессы заболачивания, много временно избыточно-увлажняемых и
глееватых почв, используемых под пашню. Высокое естественное плодородие
суглинков обусловило высокую степень освоения территории – до 2/3 территории в Слуцком, Несвижском, Кореличском районах.
Центральный округ занимает 2,1 млн. га, или 10% территории страны.
В геоморфологическом отношении Ошмянская и Минская возвышенности –
самые высокие участки территории страны. Наряду с крупно-холмистыми и
конечно-моренными участками встречаются слабоволнистые равнины. Почвообразующими породами служат в основном моренные и водно-ледниковые суглинки
и супеси, местами – древнеаллювиальные и органогенные отложения. Расчленение
территории близко к максимальному по стране. Для округа характерна среднегодовая температура 5,5 °С и количество атмосферных осадков 650–600 мм.
Вегетационный период продолжается до 192 дней. Сумма активных температур
составляет 2050–2200°. Особенности территории позволяют выделить два района.
12. Ошмянско-Минский район дерново-подзолистых суглинистых почв охватывает Ошмянскую и Минскую возвышенности, относительные высоты достигают 150 м. Самые высокие участки представлены крупнохолмистым расчлененным рельефом, средневысотные – слабоволнистые среднехолмистые участки,
в понижениях располагаются водно-ледниковые низины, пересеченные долинами
рек и осложненные бугристыми формами рельефа. Преобладают дерново-подзолистые, часто эродированные почвы на легких моренных и лёссовидных суглинках (более 80%), реже – хрящевато-гравийных супесях, подстилаемых моренными суглинками.
13. Узденско-Осиповичско-Червенский район дерново-подзолистых и дерновоподзолистых заболоченных почв, развивающихся на моренных и водно-ледниковых супесях, имеет плосковолнистый рельеф, значительную расчлененность
современными речными долинами, много болотных массивов большой площади
(до 10–15 тыс. га). В районе преобладают дерново-подзолистые, местами слабоэродированные почвы, развивающиеся на водно-ледниковых слабозавалуненных
супесях (70%), подстилаемых песками, иногда моренными суглинками. Более
половины территории района в различной степени заболочено, примерно 35%
пашни страдает от избытка влаги.
Восточный округ занимает 2,88 млн. га или 14% территории республики,
охватывает юго-восточную часть Центрально-Березинской и южную часть Чечерской равнин. Рельеф округа плосковолнистый, однако на некоторых участках
293
имеются выступы супесчаной и суглинистой морены. Водоразделы между Сожем и
Днепром заняты Кормянской слабовсхолмленной равниной местами с многочисленными суффозионными западинами, а также оврагами и балками. Расчленение территории как по густоте, так и по глубине слабое. Почвообразующие
породы очень разнообразны. Территории, сходные по природным условиям и
по почвенному покрову, выделяются в два почвенных района (14 и 15).
14. Рогачевско-Славгородско-Климовичский район дерново-подзолистых почв,
развивающихся на водноледниковых и моренных супесях, расположен в восточных
частях Центрально-Березинской и Чечерской равнин и южной части ОршанскоМогилевской равнины. Выровненный волнистый рельеф данного района слабо расчленен. Почвообразующими породами на территории этого района являются водноледниковые супеси и древнеаллювиальные пески, которые нередко осложняются наличием донно-моренных суглинистых отложений, находящихся на незначительной
глубине от поверхности. Преобладают здесь дерново-подзолистые почвы на водноледниковых, реже моренных супесях (80%), подстилаемых в пределах почвенного
профиля моренными суглинками или песками, до 20% пашни заболочено.
15. Кировско-Гомельско-Хотимский район дерново-подзолистых и дерновоподзолистых заболоченных суглинистых почв неоднороден. На юге района больше
дерново-подзолистых, местами заболоченных почв, развивающихся на водноледниковых песчанисто-пылеватых и лёссовидных (пылеватых) суглинках, переувлажненные почвы занимают около 50% территории и около 30% пашни. В северной части района формируются преимущественно дерново-подзолистые, местами
слабоэродированные почвы на легких водно-ледниковых безвалунных суглинках, подстилаемых на глубине около 0,5–1,0 м моренным суглинком. Эти почвы
часто находятся в сочетании с супесчаными автоморфными и полугидроморфными почвами. Дерново-подзолистые песчаные почвы в этом подрайоне мало
распространены и в большинстве случаев находятся под кустарниками и лесами.
Южная (Полесская) провинция выделяется самостоятельно, так как она
охватывает особый геоморфологический район – Полесскую низменность, которая простирается дальше на юг в пределах Украины. В пределах Беларуси
Полесская низменность резко отличается по своим природным особенностям,
в том числе по почвам, от остальной территории республики. Площадь Южной
провинции составляет 5,77 млн. га, или 28% территории страны. Геологическое
строение Полесья однообразно. Под небольшой (20–40 м) толщей четвертичных
отложений залегают кварцевые и глауконитовые пески и разноцветные глины
третичного периода.
Для более подробной характеристики территории с учетом природных
особенностей Полесскую зону целесообразно разделить на два округа: югозападный и юго-восточный.
Юго-западный округ занимает 3,0 млн. га, что составляет 14,5% территории республики. По рельефу территория округа – в основном однообразная
равнина с отдельными широкими (100–200 м) слабоприподнятыми гривами,
294
сменяющимися еще более широкими понижениями. Местами встречаются приподнятые на 10–15 м сглаженные холмы донной морены, а нередко и перевеянные грядово-бугристые пески. Особо выделяется здесь водно-ледниковая равнина
Загородье, расположенная между Пиной и Ясельдой. Высота этой равнины над
уровнем моря составляет 150–160 м, а над окружающими ее болотами – 10–15 м.
Расчленение территории слабое как по густоте, так и по глубине.
Юго-западный округ характеризуется наименьшей в условиях Беларуси
устойчивостью зимы. В 30–40% зим в этой местности не образуется устойчивого
снежного покрова. Средние многолетние данные показывают, что осадков здесь
выпадает свыше 500 мм на протяжении года, в том числе за теплый период времени – 350–400 мм. Вегетационный период продолжается 200–205 дней, а сумма
среднесуточных температур выше +10° доходит до 2500°.
Особенности природных условий и, главным образом, почвенного покрова
дают основание выделить в этом округе три почвенных района.
16. Брестско-Дрогичинско-Ивановский район дерново-подзолистых заболоченных супесчаных почв занимает 5,2 тыс. км2, что составляет 2,5% территории Беларуси. Он охватывает особый геоморфологический район Загородье и
часть Брестского Полесья. Поверхность платообразной водно-ледниковой равнины Загородье представляет собой пологие моренные холмы с относительными высотами 10–15 м над расположенными вокруг них заболоченными
понижениями. Выровненная в общих чертах поверхность, образованная водноледниковыми и донно-моренными отложениями, местами осложнена эоловыми
формами: дюнами, холмами и грядами. В таких условиях формируются дерновоподзолистые, местами слабоэродированные почвы на водно-ледниковых супесях (78% сельскохозяйственных земель), подстилаемых моренными суглинками, местами песками. Выровненность территории района создает условия
для широкого развития болотного процесса почвообразования. Заболоченность
пахотных земель в Дрогичинском, Ивановском, Кобринском районах превышает 80%. Сложность почвенного покрова определяет мелкоконтурность
земель (в среднем 10 га).
17. Ганцевичско-Лунинецко-Малоритско-Столинско-Пинский район торфяноболотных почв занимает все Припятское Полесье на площади 2,38 млн. га, что
составляет 11% территории страны. На такой огромной территории наряду
с общими чертами рельефа, почвенного покрова, климата наблюдаются и некоторые характерные черты, отличающие различные части района. В восточной
части много торфяно-болотных почв низинного типа (45%) и дерново-подзолистых заболоченных почв, развивающихся на древнеаллювиальных песках (40%).
Отдельные болотные массивы занимают десятки тысяч гектаров. Например,
Выгоновское болото – больше 50 тыс. га, Великий Лес – 40 тыс. га, Оборовское –
32 тыс. га, Хальч – 25 тыс. га. Из-за высокой заболоченности территории сельскохозяйственная освоенность малая, а в Ганцевичском районе – 20%. Среди болот
295
на песчаных «островах» нередко встречаются дерновые заболоченные карбонатные (солончаковые) почвы, которые сформировались под воздействием богатых
солями почвенно-грунтовых вод.
В западной части района на плоско-вогнутой однообразной равнине преобладают дерново-подзолисто-глееватые и глеевые почвы, а также дерновоподзолистые почвы с иллювиально-гумусовым горизонтом, развивающиеся
на водно-ледниковых и древнеаллювиальных песках (70%). Значительные площади
заняты торфяно-болотными почвами низинного типа, преимущественно развивающимися на осоковых и осоково-тростниковых торфах (30%).
Характерной особенностью юго-восточной части района является наличие
низинных и больших площадей (30% территории) верховых болот (Олахово,
Топиловское, Погибель, Ольманское). Среди минеральных почв преобладают
дерново-подзолистые почвы, в различной степени заболоченные, развивающиеся
на водно-ледниковых и древнеаллювиальных песках (55%).
В центральной части района доминируют пойменные торфяные и дерновые
заболоченные почвы. Пойма Припяти на всем своем протяжении до впадения
Стыри заторфована и четко не выражается. Пойменные болота здесь во многих
местах сливаются с болотами сглаженных надпойменных террас. К востоку
пойма становится более выраженной и среди пойменных болот значительные
площади занимают минеральные гривистые участки с преобладанием пойменных
дерновых почв, в различной степени переувлажненных. Преобладают в пойме
аллювиальные (пойменные) торфяно-болотные почвы, различающиеся как
по мощности, так и по ботаническому составу торфов. Там, где пойма полностью
заторфована, ботанический состав торфа – осоково-тростниковый и гипновоосоково-тростниковый, в притеррасных болотах торф ольхово-разнотравный,
высокой степени разложения и высокой зольности.
18. Туровско-Давид-Городокский район дерново-карбонатных суглинистых почв небольшой по площади, располагается узкой полосой (5–8 км)
вдоль реки Припяти на низкой надпойменной террасе правого берега реки
в Житковичском, Столинском и Пинском районах. Здесь развиваются наиболее плодородные в стране перегнойно-карбонатные и дерновые оподзоленные
почвы, развивающиеся на средних и легких древнеаллювиальных суглинках
(до 70%), местами супесях, подстилаемых карбонатными породами. Значительные площади, особенно по понижениям, переувлажнены в различной степени. Отдельные повышения и гряды сложены древнеаллювиальными песчаными породами.
Юго-восточный округ занимает 2,7 млн. га, что составляет 13% территории
республики. Территория этого округа охватывает Гомельское Полесье, МозырскоХойникско-Брагинскую гряду, Ельско-Наровлянскую низину. Расчленение рельефа
как по густоте, так и по глубине слабое. Юго-восточный округ является наиболее
засушливым среди других почвенных округов Беларуси: средняя температура
296
года равна +6,5 °С, а годовое количество осадков немногим выше 550 мм. Сумма
активных температур (+ 10°) колеблется в пределах 2400–2500°.
Почвообразующие породы представлены песками и супесями древнеаллювиального и водно-ледникового происхождения, лёссовидными суглинками,
донно-моренными опесчаненными суглинками и торфяными отложениями
в основном низинного типа.
Разнообразие природных условий, в том числе и почв, в различных частях
округа дает основания выделить в составе его два почвенных района.
19. Любанско-Светлогорско-Калинковичско-Ельский район дерново-подзолистых заболоченных песчаных, супесчаных и торфяно-болотных почв низинного
типа занимает Гомельское и Припятское Полесье, а также северные отроги
Овручской возвышенности, имеющей иные природные условия, чем окружающая
ее территория. Речные долины всех притоков Припяти заторфованы (за исключением Птичи). На повышенных участках, как правило, расположены дерновоподзолистые почвы, развивающиеся на связных древнеаллювиальных песках (40%)
или рыхлых супесях, подстилаемых в пределах почвенного профиля моренными
суглинками. Преобладают дерново-подзолистые глееватые почвы на связных
песках, подстилаемых моренными суглинками. Торфяно-болотные почвы, развивающиеся на осоковых, осоково-гипновых и тростниковых торфах (30%), занимают наиболее широкие долины, стоки и поймы малых рек, которые в настоящее время в большинстве своем мелиорированы (Ипа, Тремля, Закованка,
Ведрич и др.). Высокая заболоченность почвы (60% пашни), мелкоконтурность
почвенного покрова наряду с легким гранулометрическим составом определяют
невысокое плодородие пахотных почв.
20. Мозырско-Хойникско-Брагинский район дерново-подзолистых почв,
развивающихся на лёссовидных суглинках (местами на лёссах), расположен узкой
полосой в направлении от Мозыря до Хойник-Брагина. Рельеф этого района
выражен Мозырско-Хойникской грядой, которая возвышается в отдельных местах
до 50 м над окружающей местностью. В районе Мозыря эта гряда сложена лёссами и лёссовидными суглинками, которые подстилаются в основном моренными
суглинками. В Мозыре очень сильно развита эрозия лёссовидного покрова. Здесь
встречаются овраги глубиной более 40 м. Почвы данного района на лёссовидных
суглинках обладают высоким плодородием.
21.2. Структура почвенного покрова Беларуси
Еще В. В. Докучаев ввел в обиход понятие «топография почв», подразумевающее смену почв на небольших пространствах. Современное учение о структуре почвенного покрова опирается на понятие «элементарный почвенный
ареал» (ЭПА), под которым понимается участок территории, занятый одной
почвой наиболее низкого таксономического уровня классификации (разряда),
297
со всех сторон ограниченный другими ЭПА. Сочетания ЭПА образуют почвенные
комбинации, которые определяют структуру почвенного покрова территории.
Элементарные почвенные ареалы соответствуют определенным микрои мезоформам рельефа. Из микроструктур, то есть любых генетических типов
повторяющихся форм микронеоднородности почв, состоящих из ЭПА, в Беларуси наиболее распространены микроструктуры топогенной природы (западины, ложбины, борозды, микроповышения, прирусловые валы и т. п.), образующие комбинации преимущественно типа комплексов. Комплексы – тип
почвенных комбинаций с регулярным чередованием мелких пятен
(до десятков метров) контрастно различающихся почв, взаимно генетически
обусловленных.
Из мезоструктур в республике наиболее распространены топогенные
мезоструктуры типа сочетаний, то есть контрастных почвенных комбинаций
с однонаправленной связью между компонентами. Реже встречаются мозаики –
контрастные комбинации почв, обусловленные значительными изменениями
в пространстве состава и свойств почвообразующих пород.
Границы ЭПА часто определяют по их коэффициенту расчленения (Кр) –
отношению длины почвенного ареала к длине равновеликой окружности. В зависимости от величины Кр выделяют 4 группы ЭПА: нерасчлененные (до 2),
слабо- (2–4), средне- (4–6) и сильнорасчлененные (более 6) ЭПА.
В белорусском почвоведении для характеристики пестроты почвенного
покрова чаще пользуются показателем коэффициента неоднородности (Кн). Для
его определения на крупномасштабной почвенной карте (М 1: 10000) в пределах
объекта исследований выделяют квадрат площадью 100–200 га с наиболее
типичными для данной территории топографическими и почвенными условиями.
В выделенном квадрате определяют длину всех границ почвенных ареалов, подсчитывают количество почвенных контуров и их площадь в процентах от общей
площади ключевого участка, устанавливают фоновую или преобладающую
по площади почвенную разновидность. Коэффициент неоднородности рассчитывают следующим образом:
Кн = Кр × Кк,
где
Кр – коэффициент расчлененности;
Кк – коэффициент контрастности.
Кр =ΣlS;
где
Σl – сумма длины границ всех почвенных ареалов;
S – общая площадь ключевого участка.
Кк = (ax + by + c…)/20,
где а, b, с ... – площади почвенных разновидностей в процентах от общей площади ключевого участка;
298
х, у, ... – степень контрастности почвенных разновидностей по отношению
к фоновой, доминирующей почве.
Степень контрастности определяют по специальной шкале контрастности
почв (Полевое исследование и картографирование почв, 1990 г.).
Выделяют 5 групп территорий по степени неоднородности почвенного
покрова:
1) очень сильно неоднородная (Кн > 30);
2) сильно неоднородная (Кн 20–30);
3) средне неоднородная (Кн 10–20);
4) слабо неоднородная (Кн 5–10);
5) однородная (Кн < 5).
К очень сильно и сильно неоднородным территориям обычно относят участки,
приуроченные к моренным возвышенностям и платообразным равнинам, перекрытым лёссами и лёссовидными суглинками.
К средне и слабо неоднородным территориям относятся донно-моренные,
флювиогляциальные, древнеаллювиальные равнины в зоне сожского и днепровского оледенения, озерно-ледниковые низины.
Определение коэффициента неоднородности почвенного покрова имеет
важное практическое значение. Так, оно позволяет оптимизировать объем
работ при детальном почвенном обследовании, которое чаще всего проводится
в нашей стране на объектах потенциального мелиоративного строительства.
Для территорий с коэффициентом неоднородности менее 20 оптимальным
масштабом съемки является масштаб 1:5000, так как картографирование
в этом масштабе позволяет раскрыть основные особенности почвенного
покрова этих территорий.
Оптимальным масштабом почвенной съемки для территорий с Кн больше 20
(сильно и очень сильно неоднородные) является масштаб 1:2000, так как детальное картографирование в этом масштабе позволяет выделять мелкоконтурные
ареалы заболоченных и автоморфных почв, нередко определяющих неоднородность увлажнения территорий (блюдца, мелкие межхолмные понижения, сточные и проточные ложбины), которые часто «теряются» на почвенных картах
М 1:5000 и 1:10000. Дальнейшая детализация почвенной съемки (М 1:1000 и 1:500)
не вносит существенных коррективов в почвенные карты. Кн, рассчитанный
по картам масштаба 1:1000 и 1:500, остается прежним. Картографирование почв
в масштабе 1:2000 позволяет отразить с высокой степенью точности особенности
строения почвенного покрова.
В связи с неоднородностью почвенного покрова необходимо закладывать
наиболее рациональное количество разрезов, которые могли бы характеризовать
разные по неоднородности почвенного покрова территории. Опытным путем
на основании детального почвенного картографирования в разных районах республики установлено, что необходимое количество основных разрезов на 100 га
299
без применения аэрофотоснимков в масштабе 1:5000 составляет 30 при однородном, 40 при слабо неоднородном, 60 при средне неоднородном почвенном
покрове, а при картировании сильно и очень сильно неоднородных территорий
в масштабе 1:2000 возрастает до 100 и 150.
Всего картосхема основных почвенных структур Беларуси насчитывает 20
наименований, специфику которых важно учитывать при планировании рационального землепользования в каждой конкретной зоне, провинции, районе. Особенно большое значение неоднородность почвенного покрова имеет в районах
осушительной мелиорации. Так, в пределах Брестского Полесья очень распространены так называемые мелкозалежные торфяники, представляющие собой
обычно мозаичные сочетания торфянисто- и торфяно-глеевых почв низинного
типа с небольшими (0,1–5 га) участками минеральных, чаще дерновых заболоченных (Романова Т. А., Котович А. М., 1980).
Главным следствием такой неоднородности является различная влагообеспеченность в вегетационный период, разница в запасах влаги в конце лета
между вершинами повышений и понижениями с дерново-глеевыми или торфяноглеевыми почвами может составлять 10 и более раз. Высокая контрастность
таких массивов в редких случаях допускает возможность их использования
в зерно-травяных севооборотах, а чаще вынуждает в целях сохранения торфяного
слоя организовывать на таких землях улучшенные луговые угодья, а в отдельных случаях их необходимо использовать под залесение.
300
ЛЕКЦИЯ 22. СОСТОЯНИЕ
И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОЧВ БЕЛАРУСИ
22.1. Плодородие почв Беларуси
Плодородие является важнейшим и неотъемлемым свойством почвы,
от которого зависит жизнь растений и животных. Под плодородием в современной научной литературе принято понимать способность почвы обеспечивать
рост и воспроизводство растений всеми необходимыми им условиями (вода,
элементы питания, свет, тепло, кислород, углекислый газ). Все это (кроме света)
в основном дает почва.
Почва является незаменимым исчерпаемым относительно возобновимым
природным ресурсом. Ни сегодня, ни в обозримом будущем нет другого природного ресурса, который мог бы заменить почву в полной мере в качестве средства
сельскохозяйственного производства. Охрана таких возобновимых природных
ресурсов, как почва, должна осуществляться путем их рационального использования и расширенного воспроизводства. Воспроизводство плодородия – совокупность природных почвенных процессов и целенаправленных антропогенных
воздействий для поддержания эффективного плодородия почв на уровне, приближающемся к потенциальному плодородию. Однако правила рационального
использования почвенных ресурсов соблюдаются далеко не всегда, в итоге почва
теряет свое плодородие.
Важнейшими свойствами почв Беларуси, определяющими ряд соподчиненных свойств и, в конечном счете, плодородие, являются гранулометрический
состав, структурность, водно-физические свойства, тепловые свойства, содержание органического вещества, поглотительная способность почв, биологическая
активность почв.
Гранулометрический состав. Различия в гранулометрическом составе
почв наряду с климатическими особенностями определяют существенные различия
в нашей стране, например, по срокам достижения почвой физической спелости
между легкими почвами юга страны и тяжелыми почвами Витебщины. Сроки
сева яровых культур в этих регионах могут отличаться на 2–3 и более недель.
В принципе Беларусь относится к зоне легких почв, почти половину интенсивно
используемых земель занимают супеси, а еще почти четверть – пески, что затрудняет массовое получение высоких, на мировом уровне, урожаев сельскохозяйственных культур. Основным путем ликвидации этого недостатка является
систематическое окультуривание, особенно путем внесения органических удобрений для повышения поглотительной способности почв и улучшения пищевого
и водно-воздушного режима.
Структурность. На белорусских полях в пахотном горизонте преобладает
мелкокомковатая структура почв.
301
Тепловые свойства почв. Тепловой режим почвы зависит от цвета почвы,
водно-воздушных свойств, теплоемкости заполняющей ее воды или воздуха.
Именно тепловой режим определяет зональность в выращивании отдельных видов
культурных растений, например, классическую специализацию южной и западной части страны на сахарной свекле, восточной и северной части – на выращивании льна-долгунца.
Органическое вещество почв. Для почв Беларуси актуальной задачей
является повсеместное достижение содержания гумуса 2–3% за счет органических удобрений, послеуборочных остатков и т. п.
Поглотительная способность почв. Целенаправленным окультуриванием
за последние полвека существенно улучшен состав поглощающего комплекса,
на 90% сельскохозяйственных земель кальций доминирует в ППК. Основную роль
в этом процессе сыграло широкомасштабное известкование кислых почв. Величина обменной поглотительной способности в почвах Беларуси сравнительно
невелика: 4–7 смоль/кг на песчаных, 5–10 – на супесчаных, 8–15 смоль/кг –
на суглинистых почвах. Увеличить поглотительную способность можно только
за счет органических коллоидов, для чего необходимо систематическое внесение
органических удобрений в дозах, рассчитанных на расширенное воспроизводство гумуса.
Биологическая активность. Многочисленные исследования ученых, в том
числе белорусских (Карягина Л. А., 1983 г.), показали, что грамотное применение органических, минеральных, известковых, бактериальных удобрений существенно улучшает биологический режим почв, повышая количество и долю бактерий в составе микрофлоры, активизируя активность инвертазы, каталазы,
уреазы и многих других ферментов, усиливая азотфиксацию, нитрификацию и
многие другие процессы.
Плодородие почв имеет экологическую конкретность. Главный парадокс
плодородия заключается в том, что все почвы обладают плодородием, и в то же
время нет вообще плодородных земель. Различные почвы не могут быть одинаково хороши для всех растений. Например, люпин хорошо растет только на кислых почвах, а люцерна предпочитает нейтральные почвы. Для зерновых культур
оптимальны тяжелые структурные почвы, а картофель, тыква и черешня лучше
растут на легких почвах. При проведении кадастровой оценки сельскохозяйственных земель, например, почвы Беларуси были дифференцированы по пригодности возделывания 13 культур либо групп культур, различающихся по своей
требовательности к почвенным условиям. Так что одна и та же почва для одних
растений может быть плодородной, для других – малоплодородной.
В этой особенности почвенного плодородия заложена основа рационального, т. е. в наибольшей степени отвечающего почвенным условиям размещения
сельскохозяйственных растений, направленного на оптимальную специализацию
сельскохозяйственного производства. Изучение почвенного покрова, почвенное
302
районирование позволяют выделить территории с наиболее благоприятными
природно-почвенными условиями для разных направлений сельского хозяйства,
для разных культурных растений. С особенностями почвенного плодородия связано развитие зернового хозяйства, льноводства, садоводства, плодоводства.
Для эффективного использования почвенного плодородия, получения максимальных урожаев необходимо достигать единства между сельскохозяйственными
растениями и культурными почвами. Те или иные свойства почв могут иметь
положительную или отрицательную роль в формировании почвенного плодородия. Культурные биоценозы участвуют в формировании и в поддержании плодородия почв.
В настоящее время уровень эффективного плодородия почв Беларуси
можно оценить как средний. В 2010 г. с 1 га пашни собрано 27,7 ц/га зерна
(в рекордном 2008 г. было 35,2), 7,7 ц/га льноволокна, 395 ц/га сахарной свеклы,
214 ц/га картофеля, 247 ц/га овощей, 34,4 ц/га сена многолетних трав. На 1 жителя страны собрано 825 кг картофеля, 737 кг зерна, 246 кг овощей.
В агроценозах к опаду относятся пожнивные остатки и корни сельскохозяйственных культур, причем корни растений преобладают: у пшеницы – 85%,
гороха и кукурузы – 90%, трав – 90–93%. По характеру поступления и по объему
годичного опада высокопродуктивные агроценозы Беларуси приближаются
к биоценозам луговой степи, что не позволяет рассматривать агроценозы только
как потребителей почвенного плодородия.
Внесение удобрений, применение различных мелиоративных и агротехнических приемов способствуют изменению почвенных свойств, приводят их в соответствие с экологией культурных растений. Такое изменение почв, их окультуривание есть особая антропогенная стадия развития почв.
Дерново-подзолистые и другие почвы Беларуси существенно меняются
в процессе окультуривания. Плодородие почв с культурными биоценозами развивается вместе с развитием производительных сил. Каждому уровню развития
производительных сил соответствует своя продуктивность агроценозов. Если
полвека назад урожайность зерновых в 15 ц/га считалась очень высокой, то сейчас
и 30 ц/га считается недостаточным (кроме песчаных почв). Обусловлено это тем,
что объем биологического круговорота определяется интенсивностью сельскохозяйственного использования. Это важнейшая черта культурного почвообразовательного процесса, суть которого составляют такие не характерные для целинной почвы почвенные процессы, как отчуждение питательных веществ с урожаем,
ежегодное перемешивание пахотного слоя, ускоренная минерализация растительных остатков, внесение веществ с удобрениями и мелиорантами.
Комплексным показателем плодородия почв можно считать результаты
кадастровой оценки сельскохозяйственных земель. Кадастровая оценка является
составной частью земельного кадастра и проводится с целью получения по каждому участку сельскохозяйственных земель комплекса оценочных показателей,
303
необходимых для реализации земельной политики государства. Она была проведена в Беларуси в 1992–1997 гг. по методике, разработанной институтами почвоведения и агрохимии и Белгипрозем, и откорректирована в 2006–2010 гг. В данной методике учтены все положительные моменты ранее проводимых бонитировки почв и экономической оценки земель. Кадастровая оценка земель является
более совершенной, так как, во-первых, проводится не по землепользованиям,
а непосредственно по участкам, а во-вторых, учитывается большее количество
факторов, влияющих на оценку земель.
Результаты кадастровой оценки являются устойчивыми во времени показателями, характеризующими сравнительное качество земель как средства сельскохозяйственного производства, и предназначаются для дифференциации ставок
земельного налога, первичного обслуживания рынка земли, решения хозяйственных задач по рациональному использованию сельскохозяйственных земель.
Кадастровая оценка является экономической по своему содержанию.
В качестве предмета оценки выступают плодородие участка (качество как орудие
труда), технологические качества (качество как предмет труда), местоположение
по отношению к пунктам переработки и реализации продукции (качество как
пространственный операционный базис) и обобщающие экономические показатели оценки участка как средства производства.
В качестве общего критерия оценки объективно выступает производительность труда в растениеводстве. Система показателей кадастровой оценки
рассчитана таким образом, что они могут использоваться как самостоятельно,
так и для расчета более обобщенных характеристик, которые синтезируют все
стороны качества земли как средства производства. Кадастровой оценкой предусмотрено получение следующих показателей:
– оценка плодородия – бонитет почв, бонитет по пригодности возделывания отдельных культур;
– оценка технологических свойств земельных участков – длина гона,
удельное сопротивление, обобщенные поправочные коэффициенты к сменным
нормам выработки на пахотные и непахотные работы;
– оценка местоположения – расстояние от земельных участков до внутрихозяйственных центров (фактическое и эквивалентное), расстояние от центральной усадьбы до внехозяйственных пунктов реализации продукции и баз снабжения (фактическое и эквивалентное), индексы транспортных затрат по отношению
к лучшим условиям (внутрихозяйственных, внехозяйственных и совокупных);
– обобщающая (синтезирующая) оценка – индексы дифференциации нормативного чистого дохода по отношению к средним и худшим условиям республики, нормативный чистый доход, дифференциальный доход, совокупный балл
кадастровой оценки земель, нормативная цена земли.
Первичной территориальной единицей является отдельно обрабатываемый
(рабочий) участок (контур) земель, которые могут объединяться в более крупные
304
однородные территориальные единицы, причем их оценочные показатели рассчитываются как средневзвешенные показатели отдельных контуров. Сначала формируются рабочие (оценочные) участки, которые должны иметь однородные почвы,
агрохимические показатели, уклон, степень заболоченности и эродированности.
Бонитировка почв заключается в определении относительной пригодности
участков по совокупности природных свойств и уровню окультуренности земель
для возделывания 13 основных культур или групп культур (озимая рожь, озимая
пшеница, рапс, ячмень + яровая пшеница, овес, кормовой люпин, горох + вика +
пелюшка, картофель, лен, корнеплоды, кукуруза, многолетние бобовые травы,
многолетние злаковые травы). Вначале определяется исходный балл участка
по каждой культуре и в целом, исходя из состава почвенных разновидностей,
входящих в состав участка по шкале оценочных баллов. Если на участке несколько
разновидностей почв, то определяется средневзвешенный балл.
Шкала оценочных баллов 100-балльная; критериями служат основные
свойства почв, определяющие их типовые различия: степень заболоченности,
гранулометрический состав, характер строения почвообразующих пород. Совокупное влияние этих свойств определялось по урожайности на контрольных
делянках опытов и при прямых полевых учетах.
Исходный балл рассчитан для участка с оптимальными условиями: нет
эродированности и каменистости, оптимальный климат и агрохимические свойства, однородные почвы, площадь более 25 га, правильная конфигурация без
вкрапленных контуров, с однородными почвами. На участках, где нет оптимальных условий, вводятся соответствующие поправочные коэффициенты: на эродированность, завалуненность, окультуренность, неоднородность почвенного
покрова, на контурность. Показатели бонитировки служат основой для расчета
нормативных (оценочных) показателей участков по урожайности культур.
После оценки плодородия осуществляется оценка технологических свойств
участков по затратам на выполнение полевых и транспортных работ при возделывании культур по сравнению с эталонными (прямоугольный участок без эрозии и каменистости, с длиной гона более 1000 м, угол наклона – до 1°, минимальное удельное сопротивление почвы (машин-орудий), достаточная прочность
несущей поверхности).
В целях использования показателей оценки в практике нормирования
полевых работ по рабочим участкам определяются обобщенные поправочные
коэффициенты к нормам выработки на полевые работы, учитывающие совместное
влияние на производительность агрегатов угла наклона, каменистости, степени
заболоченности, наличия легких почв, конфигурации. Обобщенный поправочный
коэффициент является произведением коэффициентов по отдельным факторам.
Средний уклон участка определяется на плане исходя из среднего расстояния между горизонталями и высоты сечения рельефа, определяется периметр участка и удельный периметр (делением на площадь участка), длина гона
305
в продольном, поперечном направлении и в среднем (как 0,7 продольной и
0,3 поперечной длины).
По специальным таблицам определяются поправочные коэффициенты
к нормам выработки на пахотные и непахотные работы, затем путем их перемножения – обобщенные поправочные коэффициенты на пахотные и непахотные работы. На основании показателей длины гона, удельного сопротивления и
плодородия почв определяются индексы затрат на пахотные, непахотные и уборочные работы.
Для оценки местоположения по плану измеряют расстояния от центров
тяжести участка до центральной усадьбы и центра производственного участка
по дорогам, обеспечивающим наиболее удобный подъезд, с учетом качества
дорог. По специальным шкалам в зависимости от среднего эквивалентного расстояния перевозок и нормативной урожайности определяются индексы транспортных затрат по культурам и общий по участку как средневзвешенное значение. По каждой группе культур рассчитывается среднее эквивалентное расстояние перевозок как 0,25 расстояния до центральной усадьбы и 0,75 – до центра
производственного участка, но по зерновым и льну доля первого растет до 0,40,
а по кормовым культурам – падает до 0,05.
Расчет обобщающих показателей оценки участков выполняется путем
распределения общих затрат на дифференцированные и недифференцированные.
К группе нормативных (дифференцированных) затрат относятся затраты на оплату
труда, ГСМ, амортизацию, общехозяйственные расходы, к группе недифференцированных (независимых) – затраты на семена, удобрения и т. д. Нормативная
часть затрат распределяется по затратам на полевые, стационарные и транспортные работы. Цена индекса рассчитывается путем деления нормативных затрат
по каждой группе на средний по хозяйству соответствующий индекс по культуре.
Нормативные (оценочные) затраты по рабочим участкам и культурам рассчитываются по формуле
Зт = А + В1Х1 + В2Х2 + В3Х3 + В4Х4 + В5Х5,
где
А – недифференцированная доля базисных затрат, руб;
В1,2,3,4,5 – индексы затрат по участкам соответственно на пахотные, непахотные, уборочные, стационарные и транспортные работы;
Х1,2,3,4,5 – цены индексов соответствующих затрат по участкам.
Нормативные затраты на 1 га делят на урожайность и получают нормативную себестоимость. Индекс затрат делят на индекс урожайности и получают
индекс себестоимости.
Для определения худших условий из числа оцениваемых объектов выбирают 1% с самыми высокими индексами себестоимости продукции и определяют
среднюю величину этого индекса, который принимается за максимальное значение
при расчете индексов дифференциации чистого дохода по остальным объектам.
306
Нормативный чистый доход определяют по формуле
Чд = (Ц – Сб) × (Ун – Ус),
где
Чд – нормативный чистый доход на 1 га, млн. руб.;
Ц – цена центнера продукции, млн. руб.;
Сб – нормативная себестоимость 1 ц, млн. руб./ц;
Ун – нормативная урожайность культуры на участке;
Ус – часть урожая, выделяемая на семена.
Нормативно чистый доход является синтезирующим экономическим показателем оценки участков по эффективности выращивания отдельных культур.
Сравнительная оценка участков производится по индексу нормативного чистого
дохода по отношению к средним условиям, который определяют по формуле
Ичд = Иур × (1 – Исебестоимости).
По индексам чистого дохода и баллам бонитета производится группировка
участков для возделывания культур. К наиболее пригодным относятся участки
с индексом чистого дохода более +0,05, отношением балла бонитета к среднему
по культуре более 1,2, к пригодным – от 0,01–0,05 и 1–1,2, к малопригодным –
от 0 до –0,05 и 1–0,8, к условно пригодным – менее минус 0,05 и менее 0,8.
Оценка кормовых угодий проводится по упрощенному алгоритму. При оценке
плодородия к исходному баллу берутся лишь поправки на закустаренность,
окультуренность и климатические условия.
Общий балл кадастровой оценки – это балл, соответствующий баллу
плодородия, обеспечивающему такой же по величине индекс дифференциации
чистого дохода при фиксированных среднереспубликанских показателях оценки
технологических свойств и местоположения.
Результаты кадастровой оценки земель оформляются в виде табличных
и картографических материалов и пояснительного текста. В таблицы включаются
те показатели характеристики и оценки рабочих участков, которые могут использоваться в качестве нормативной основы для дифференциации ставок земельного
налога и решения практических задач организации и управления производством.
В пояснительной записке даются краткая характеристика использованных при
оценке земель материалов, пояснения по содержанию итоговых таблиц и общие
рекомендации по практическому использованию показателей оценки.
В перечень картографических материалов входят план (схема) размещения
рабочих участков, картограмма почвенно-экологической бонитировки и картограмма кадастровой оценки рабочих участков.
Универсальная система устойчивых во времени показателей поучастковой
кадастровой оценки земель является фундаментальной основой для решения
в автоматическом режиме комплекса прикладных задач в сфере земельных отношений, управления земельными ресурсами, организации, планирования и управления сельскохозяйственным производством. В числе задач, решаемых на основе
307
материалов кадастровой оценки земель, важнейшими являются: энергетическая
оценка земель, определение ставок земельного налога, оптимизация размещения
посевов сельскохозяйственных культур, определение нормативных затрат труда
и других ресурсов на возделывание сельскохозяйственных культур, обоснование
совершенствования зональной специализации сельхозпроизводства и государственной поддержки аграрных товаропроизводителей.
Основная задача денежной кадастровой оценки на несельскохозяйственных землях заключается в том, чтобы обеспечить рациональное использование
отведенных земель, установить размеры компенсации за недополучение продукции с отводимых площадей.
Денежная кадастровая оценка служит основой для исчисления земельного
налога и арендной платы за землю. Главными задачами введения ежегодной
платы за землю является обеспечение рационального использования и охраны
земель экономическими методами, выравнивание экономических условий производства на разных по качеству землях, стимулирование предпринимательской
деятельности и заинтересованности в повышении продуктивности сельскохозяйственных земель.
Средние результаты кадастровой оценки пахотных земель Беларуси представлены в таблице 22.1.
Таблица 22.1 – Средние результаты кадастровой оценки пахотных земель
Показатели
Исходный балл
Общий поправочный
коэффициент
Балл плодородия
Средняя длина гона, м
Удельное сопротивление,кг/см2
Индекс нормативной
себестоимости
Нормативный чистый
доход, у.е./га
Дифференциальный
доход, у.е./га
Общий балл
Беларусь
Брестская
Витеб
ская
Области
Гомель
Грод- Минская
ненская ская
Могилевская
51,1
42,9
59,2
41,7
51,0
52,0
56,0
0,619
0,750
0,453
0,723
0,677
0,682
0,572
31,2
505
31,9
562
26,7
377
30,3
583
34,5
472
32,9
532
31,7
533
50,3
45,4
55,4
46,1
48,9
50,4
52,9
1,00
0,94
1,19
1,00
0,90
0,94
0,96
83
88
45
73
107
97
89
215
216
156
191
261
244
227
31,2
32,2
25,3
30,5
34,9
33,2
32,3
308
ЛЕКЦИЯ 23. ЭРОЗИЯ ПОЧВ БЕЛАРУСИ
Факторы и закономерности развития эрозии. В настоящее время в Беларуси все больше внимания уделяется проблеме эрозии почв, так как эрозия является одним из наиболее распространенных видов деградации почв, наносящих
большой экономический и экологический ущерб. Она относится к числу тех
глобальных проблем, актуальность которых не только не уменьшается в ходе
исторического развития, но и приобретает все большую остроту. За последние
50 лет интенсивность эрозионных процессов в мире по сравнению со среднеисторической возросла в 30 раз.
Проблема эрозии почв актуальна для Беларуси, так как особенности рельефа,
геоморфологии, характер почвообразующих пород и интенсивная антропогенная
нагрузка на почвенный покров обусловили значительное ее развитие. Эродированные почвы на пашне занимают в республике 480 тыс. га (9,4% от общей площади). Кроме этого, 2108 тыс. га, или 41,2% пахотных земель, относятся к эрозионно опасным землям, которые при неправильном использовании могут быть
подвержены эрозии. При этом в ряде районов вполне отчетливо прослеживается
тенденция расширения ареалов действия эрозионных процессов.
Эрозия наносит существенный эколого-экономический ущерб. Проведенные
исследования показывают, что на пахотных землях ежегодно с одного гектара
водосборной площади с поверхностным стоком смывается или выносится ветром
в среднем до 10–15 т твердой фазы почвы, 150–180 кг гумусовых веществ, безвозвратно теряется до 10 кг азота, 4–5 кг фосфора и калия, 5–6 кг кальция и магния.
Потери гумуса и элементов питания, ухудшение агрофизических, биологических и агрохимических свойств отрицательно сказывается на производительной способности эродированных почв. Средние недоборы урожаев зерновых
культур из-за ухудшения свойств почв, подверженных эрозии, составляют в зависимости от степени их эродированности 12–40%; пропашных – 20–60%; льна –
15–40%; многолетних трав – 5–30%.
Экологический ущерб от эрозии выражается в том, что в условиях холмистого рельефа и близкого расположения пахотных земель к акватории водоемов
смываемый мелкозем и биогенные элементы приводят к заилению и загрязнению рек и водоемов нитратами, фосфатами, хлоридами, пестицидами. Ухудшается качество поверхностных вод и водных ресурсов в целом.
Природными факторами, определяющими возможность возникновения
эрозии на территории Беларуси, являются климат, рельеф, гранулометрический
состав почвообразующих пород, растительность, сельскохозяйственное использование земель без учета этих факторов.
При определенном сочетании режима осадков и рельефа возможно формирование стока, который является основной причиной возникновения водной
эрозии почв. Формирование стока на территории Беларуси, расположенной в зоне
309
достаточного увлажнения, может идти на склоновых землях уже при слабых
длительных дождях и особенно сильно – при ливневых.
Наиболее опасной в эрозионном отношении является северная и центральная части республики, имеющие возвышенный и пересеченный рельеф, где
распространены моренные и лёссовидные суглинки. На таких почвах, особенно
на наиболее плодородных лёссах и лёссовидных суглинках, атмосферные осадки
медленно проникают в глубь почвы, в основной массе стекают по поверхности,
вызывая смывы и размывы. Почвы более легкого гранулометрического состава,
имеющие большую водопроницаемость, способные поглощать даже обильные
осадки и переводить их во внутрипочвенный сток, менее подвержены водной
эрозии. В засушливые периоды они могут подвергаться ветровой эрозии.
Однако вышеперечисленные факторы являются только фоном или предпосылкой для возникновения эрозионных процессов. Основной и непосредственной причиной возникновения последних является производственная деятельность человека. Это в первую очередь обусловливается уничтожением естественной растительности и распашкой. На севере Беларуси, где в основном распространены суглинистые почвы на морене с короткими склонами, развитие
эрозионных процессов происходит в виде плоскостного смыва. В центральной
части республики, где распространены почвы на пылеватых суглинках с более
длинными склонами, развитие эрозионных процессов происходит в виде поверхностного смыва и глубинного размыва (образование оврагов).
В южной части Беларуси (Полесье), где в основном распространены почвы
на мелкозернистых рыхлых песках, характеризующихся малой влагоемкостью,
наблюдается развитие ветровой эрозии. Для ландшафта Полесья характерно
наличие большого количества эоловых рыхлопесчаных гряд, островков, дюн,
а также всхолмленных и слабоприподнятых равнин. Почвы на этих элементах
рельефа при уничтожении древесной и травянистой растительности в результате
мелиорации, прогона и пастьбы скота в периоды с малым количеством осадков
быстро просыхают и уже при скорости ветра 3–4 м/сек часто подвергаются
ветровой эрозии.
Эрозионная опасность усугубляется еще и тем, что значительная часть
территории Полесья представлена маломощными торфяно-болотными почвами,
подстилаемыми рыхлыми песками, которые после осушения оседают, торф частично минерализуется.
Подстилаемые рыхлые пески постепенно обнажаются и развеиваются ветром.
Возникновение и развитие эрозионных процессов на торфяно-болотных почвах
происходит при сильном подсыхании верхнего слоя почвы и скорости ветра 7–
8 м/сек. Это совпадает с весенним и весенне-летним периодом, когда почва слабо
или вовсе не покрыта растительностью.
Таким образом, природные условия республики (относительно большое
количество осадков, их интенсивность, неравномерное распределение по сезонам
года, ветры, расчлененный рельеф), большая распаханность территории и не всегда
310
правильное использование почв в сельском хозяйстве, а также их малая водопроницаемость и легкая размываемость способствуют проявлению эрозионных
процессов.
В зависимости от основных факторов, обусловливающих развитие эрозионных процессов, на территории Беларуси выделяются следующие почвенноэрозионные районы:
1. Район проявления линейной и сильной плоскостной эрозии, охватывающий большую часть Минской, Новогрудской, Оршанской, Мозырской возвышенностей и Оршанско-Могилевское плато, занимает около 6,1% территории
Беларуси. Для района характерны длинные склоны, дерново-подзолистые пылевато-суглинистые почвы, развивающиеся на мощных лёссовидных суглинках и
лёссах, малая водопроницаемость, сравнительно большое количество талых вод
весной и интенсивных дождей летом.
2. Район проявления сильной плоскостной эрозии занимает 6,7% территории Беларуси – расчлененного рельефа Невельско-Городокской, Витебской и
Латгальской возвышенностей, Белорусского Поозерья и Свенцянской гряды.
Для данного района характерен холмистый рельеф, короткие склоны, пестрый
гранулометрический состав почв, выпадение большого количества осадков,
но небольшой снежный покров.
3. Район средней плоскостной и слабой линейной эрозии занимает сглаженные слабохолмистые и волнистые площади Ошмянской, северной части
Минской, а также Гродненскую и Волковысскую возвышенности, Копыльскую
гряду и большую часть Оршанско-Могилевского плато. Площадь этого района
составляет 17% территории республики. Здесь рельеф более спокойный и
с меньшей глубиной базисов эрозии, чем в первом и втором районах, поэтому и
почвенная эрозия проявляется слабее, хотя здесь преобладают почвы с малой
водопроницаемостью, и во время сильных дождей может развиваться не только
поверхностная, но и линейная эрозия.
4. Район проявления средней плоскостной эрозии занимает 5,6% площади
Беларуси с менее расчлененным рельефом в области Валдайского оледенения в
полосе Мядель, Докшицы, Глубокое, Ушачи, Чашники, Шумилино, Сенно. Для
него характерен сглаженный холмистый рельеф с короткими склонами, супесчаными и суглинистыми почвами.
5. Район проявления слабой эрозии охватывает 23,8% территории Беларуси.
Он занимает волнистые равнины с отдельными склонами средней крутизны,
с суглинистыми супесчаными и песчаными почвами.
6. Район распространения песчано-болотных и озерно-ледниковых равнин
не опасен для водной эрозии. При неправильном использовании почв может развиваться ветровая эрозия. Этот район занимает 40,8% территории Беларуси.
В процессе развития эрозионных процессов смываются водой и разрушаются ветром в основном верхние горизонты почв, в результате формируются
311
почвы с иными свойствами – эродированные. В зависимости от того, какие горизонты разрушены и на каких горизонтах или почвообразующих породах образовываются новые почвы, свойства их будут разными.
Малая мощность культурного гумусового горизонта дерново-подзолистых
почв делает проявление эрозии особенно заметным, ибо наряду с морфологическими изменениями почвы происходят большие изменения водно-физических
и агрохимических свойств.
Так, если верхний пахотный горизонт в связи со смывом в основном представлен подзолистым горизонтом, для которого обычно характерно меньшее
содержание физической глины, то он будет иметь более легкий гранулометрический
состав. И наоборот, если верхний пахотный горизонт сформировался на иллювиальных горизонтах, для которых характерно большее содержание физической глины,
то он будет иметь более тяжелый гранулометрический состав. Так, с увеличением
степени эродированности и на лёссовидных суглинках, и на моренных суглинках
количество физической глины увеличивается, а содержание крупной пыли
уменьшается на 5–10%.
У почв, подверженных ветровой эрозии, теряется в первую очередь пылеватая фракция и происходит относительное увеличение песчаной фракции.
В связи с утяжелением гранулометрического состава почв при смыве верхних
горизонтов растет не только объемная (плотность сложения), но даже удельная
масса (плотность твердой фазы), снижается пористость, капиллярная и полная
влагоемкость.
Ввиду снижения содержания гумуса на эродированных почвах ухудшаются
агрохимические показатели: снижается содержание элементов питания, растет
кислотность за счет припахивания нижних обедненных и кислых горизонтов.
Валовой химический состав верхних горизонтов и суглинистых, и песчаных почв Беларуси под влиянием эрозионных процессов (смыва водой и развевания ветром) изменяются, в большинстве случаев они принимают свойства
нижележащих горизонтов.
Мероприятия по использованию эродированных земель и борьбе
с эрозией в первую очередь должны быть направлены на устранение причин,
порождающих развитие эрозии почв, а также на повышение плодородия эродированных почв, поднятие их производительности в целях получения высоких и
устойчивых урожаев.
В основу мероприятий по борьбе с эрозией почв положено правильное
размещение на территории лесной и травянистой растительности и применение
специальных обработок. В противоэрозионные мероприятия входят: соответствующая местным условиям система обработки почв, введение специальных
севооборотов, применение нужных доз органических и минеральных удобрений,
регулирование водного режима и т. д.
Поскольку эрозионные процессы возникают преимущественно на пахотных землях, основными мероприятиями по борьбе с этими процессами должны
312
быть агротехнические: различные приемы обработки, посева, посадки, культивации, снегозадержания и регулирования снеготаяния, внесение повышенных
доз органических и минеральных удобрений, широкое применение промежуточных
культур и сидератов.
В севооборотах следует нарезать поля так, чтобы их длинные стороны
имели направление поперек склона, прокладывать полевые дороги, чтобы они
не давали начала развитию эрозии. При необходимости надо создавать систему
полезащитных насаждений, проводить облесение оврагов, балок, песков, эродированных берегов рек, каналов и других земель, регулировать пастьбу скота,
особенно на песчаных почвах.
Состав культур в севооборотах определяется хозяйственной необходимостью,
но вместе с тем учитываются конкретные условия территории: крутизна, длина и
экспозиция склонов, эродированность почвенного покрова в целом и другие
природные и экономические условия каждого хозяйства. С увеличением крутизны
склонов и степени эродированности почв доля пропашных культур должна
уменьшаться, а культур сплошного сева – увеличиваться. Поля севооборотов
наиболее целесообразно размещать на почвах одной категории эродированности.
При размещении полей почвозащитные мероприятия дифференцируются
по рабочим участкам. Каждый участок располагают на землях, однородных
по рельефу, почвенному покрову и характеру эрозионных процессов, что дает
возможность намечать определенный способ и условия его обработки и
использования.
Вся агротехника на склоновых землях должна быть направлена на предотвращение поверхностного стока и эрозии путем увеличения водопроницаемости
почв, создания противоэрозионного рельефа, повышения почвозащитной роли
растительного покрова. Для увеличения водопроницаемости, задержания влаги
в почве, уменьшения поверхностного стока и постепенного создания мощного
окультуренного слоя необходимо последний периодически рыхлить или углублять
без выворачивания на поверхность нижних, менее плодородных, горизонтов.
Вспашка поперек склонов является одним из наиболее простых приемов
борьбы с эрозией почв. Она почти полностью предотвращает поверхностный
сток воды, смыв почвы на выровненных односторонних склонах до 5°. На более
крутых склонах для задержания талых вод и уменьшения смыва дополнительно
проводят бороздование и обвалование склонов. На сложных склонах – ложбинистых,
вогнутых, выпуклых, двускатных и т. п. – проводят прерывистое бороздование.
Поперечная вспашка и культивация, прерывистое бороздование, обвалование, лункование и другие приемы создают на пахотных землях противоэрозионный рельеф (бороздки, валики, гребни, лунки и т. д.), который задерживает осадки,
предотвращает склоновый сток и смыв почвы. Вспашка с рыхлением подпахотного
горизонта, глубокое безотвальное рыхление, щелевание и другие приемы обработки
увеличивают водопоглощаемость почв, чем создают условия для максимального
поглощения почвой осадков на месте их выпадения, уменьшают сток и смыв.
313
Агробиологические мероприятия также имеют большое значение в борьбе
с эрозией почв. Они основаны на противоэрозионных свойствах самих растений,
их корневых систем, на густоте покрытия. Поэтому правильный подбор культур
для возделывания их на склоновых землях, размещение рядков поперек склонов,
ранний и перекрестный сев, применение оптимально загущенных посевов, введение подсевных культур, увеличение площади многолетних и однолетних трав,
внесение повышенных доз органических и минеральных удобрений, известкование (где это необходимо) и другие мероприятия способствуют оструктуриванию
почв, повышению их плодородия и одновременно являются и противоэрозионными мероприятиями.
Борьба с ветровой эрозией песчаных почв главным образом сводится
к закреплению их лесопосадками (подвижных песков, в основном средне- и сильноразвеваемых ветром). Слабо и частично среднеразвеваемые песчаные и супесчаные почвы необходимо использовать в сельскохозяйственных целях, применив
на них комплекс агротехнических и лесомелиоративных мероприятий по борьбе
с эрозией почв. Это достигается путем внесения повышенных доз минеральных
и особенно органических удобрений в виде суспензии торфа, посева сидератов,
раннего и перекрестного сева, правильной пахоты без выворачивания на поверхность нижележащих рыхлых песков, снегозадержания, посадки лесополос.
Для предотвращения развития эрозии почв на торфяно-болотных почвах
необходимо обеспечить оптимальную влажность верхних слоев почвы, для чего
в осушительной системе необходимо предусматривать двухстороннее регулирование водного режима, обусловливающее постоянную капиллярную связь между
верхними и нижними горизонтами почвы. Вместе с регулированием водного
режима необходимо применять также агротехнические мероприятия, которые
способствуют уменьшению степени проявления ветровой эрозии. Например,
прикатывание почвы кольчатым катком перед севом зерновых культур или после
сева. Этот прием способствует резкому уменьшению и даже полному прекращению развевания торфа ветром, то есть создает шероховатую поверхность почвы.
Наряду с ветровой эрозией на торфяно-болотных почвах проявляется так
называемая биологическая эрозия почв, то есть механическая усадка и минерализация под влиянием мелиорации.
Толщина ежегодного отложения (накопление) торфа в естественных условиях колеблется от 0,5 до 2,3 мм, или 1,5 т/га в год. Скорость сработки торфа
в условиях Беларуси на осушенных и освоенных под пашню торфяно-болотных
почвах составляет 1–3 см в год, или 15–45 т/га.
Изменение структуры посевных площадей, особенно на маломощных
(менее 1 м) торфяно-болотных почвах, путем резкого уменьшения пропашных и
увеличения многолетних трав резко сокращает развитие эрозии, а также способствует восполнению минерализуемого органического вещества до 50%, тогда
как под пропашными его восполняется только до 20%.
314
В борьбе с эрозией почв важное место отводится лесомелиоративным
мероприятиям, так как применение агротехнических мер по задержанию стока
и смыва почвы не всегда бывает достаточным для полного прекращения эрозии,
особенно овражной и ветровой. При этом лесные полосы на мелиорируемых
землях целесообразно размещать вдоль канав перпендикулярно преобладающим ветрам. Эти полосы не только препятствуют развитию ветровой эрозии
почвы, но и улучшают условия роста и развития сельскохозяйственных культур,
защищая посевы летом от суховеев, всходы – от холодных весенних ветров.
Ослабляя силу ветров, лесные полосы устраняют непродуктивное использование влаги из почвы, чем повышают относительную влажность в приземном
слое воздуха.
Полезащитные полосы высаживают в малолесных районах на водоразделах сильнорасчлененного рельефа по границам полей севооборотов или внутри
них на расстоянии 500–600 м одна от другой, шириной 6–20 м, размещая их перпендикулярно направлению преобладающих ветров.
Успешное решение глобальной и экологически выраженной проблемы
разработки эффективных мер борьбы с эрозией в значительной степени зависит
от учета региональных особенностей возникновения и развития эрозионных
процессов.
Под противоэрозионной организацией территории понимают научно
обоснованную организацию состава, соотношения и размещения сельскохозяйственных земель, тесно увязанную с противоэрозионными мероприятиями, направленную на исключение развития процессов эрозии и производство максимального количества сельскохозяйственной продукции при минимальных затратах труда и средств. Она предусматривает создание противоэрозионных комплексов – сочетаний взаимоувязанных, правильно размещенных
в рельефе мероприятий и приемов, направленных на сокращение интенсивности
процессов эрозии, повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.
Разнообразие почв по генезису и литологии почвообразующих пород, а
также по гранулометрическому составу обусловливает их различия по устойчивости к эрозионным процессам. Разработка противоэрозионных комплексов
невозможна без учета способности самой почвы противостоять размывающему
действию водного потока. Выполненные институтом почвоведения и агрохимии исследования (Проектирование противоэрозинных комплексов..., Минск,
2005) по определению противоэрозионной устойчивости почв на основе данных гранулометрического и валового химического составов, а также расчета
коэффициента фильтрации позволили дать количественную оценку этого
показателя для почв на различных генетических группах почвообразующих
пород и ранжировать их по способности противостоять эрозионной деградации (табл. 23.1).
315
Таблица 23.1 – Группировка почвообразующих пород по их устойчивости к эрозии
(Проектирование противоэрозионных комплексов..., Минск, 2005)
Почвообразующая порода
Лёссовидные суглинки и лёссы
Водно-ледниковые суглинки
Моренные суглинки
Моренные супеси
Водно-ледниковые и древнеаллювиальные супеси
Моренные пески
Водно-ледниковые пески
Древнеаллювиальные пески
Показатели устойчивости
Кгран
Кфильтр, м/сут
SiQ2 / R2O3 ×10
Очень низкая
0,20
0,14
1,05
Низкая
0,85
0,20
1,62
1,12
0,26
1,83
Средняя
1,97
0,27
1,87
1,56
Высокая
8,34
7,34
9,63
0,45
1,90
3,62
2,05
4,93
2,25
2,60
3,67
Проектирование противоэрозионных мероприятий предполагает наличие
относительно однородных участков (площадей) по интенсивности проявления
эрозии. Такие однородные участки объединяются в агротехнологические группы
земель, которые отражаются на карте потенциального смыва почвы.
Расчет потенциальных потерь почвы при дефляции осуществляется
по величине дефляционного потенциала ветра и дефлируемости почвы. Дефляционный потенциал ветра (ДПВ) определяется при пороговых скоростях 5–
6 м/сек, 7–10 и более 15 м/сек.
Дефлируемость почвы (ДП) зависит от агрофизических свойств, в первую
очередь от прочностных характеристик ее зерен, которые определяются гранулометрическим составом и содержанием гумуса. Количественные показатели ДПВ
и ДП используются для определения интенсивности дефляции в т/га в год.
Предварительная экспертная оценка дефляционной опасности территории
устанавливается по удельному весу дефляционно-опасных почв. К дефляционноопасным относятся рыхлосупесчаные, подстилаемые песками, и песчаные автоморфные и осушенные заболоченные, а также торфяные и торфяно-минеральные почвы.
Нормативная количественная оценка противоэрозионной роли элементов
земледелия позволяет на объективной основе определить наиболее эффективный
комплекс приемов, направленных на предотвращение эрозионных процессов.
Важную роль в предотвращении деградации от эрозии играют сельскохозяйственные культуры и правильные севообороты. Растительность всех видов
является мощным противоэрозионным фактором, который в наибольшей степени
подвергается воздействию человека. Основной почвозащитный эффект оказывают наземные части растений.
316
По почвозащитной эффективности (способности) культуры разделены
нами на три группы:
1) высокой почвозащитной эффективности – многолетние травы (первого
года – 0,92, второго-третьего года – 0,98), озимые зерновые, озимый рапс (0,89);
2) средней почвозащитной эффективности – яровые зерновые и зернобобовые (0,36), однолетние травы (0,36), лен (0,25);
3) низкой почвозащитной эффективности – пропашные культуры: картофель, сахарная и кормовая свекла, кукуруза (0,08).
Коэффициенты почвозащитной способности яровых зерновых и пропашных культур с учетом годовых потерь почвы более чем вдвое ниже
по сравнению с коэффициентами, учитывающими потери почвы только за период
вегетации данных сельскохозяйственных культур. Многолетние травы и озимые
зерновые защищают почву практически круглый год.
Обработка почвы является важнейшим агротехническим противоэрозионным приемом и имеет целью перевод поверхностного стока во внутрипочвенный, а также уменьшение испарения с обрабатываемой поверхности. Разнообразие почвенного покрова в агроландшафтах обусловливает дифференцированные
системы обработки почвы как в севооборотах, так и при выращивании отдельных культур.
Конкретные системы обработки почв зависят от целого ряда факторов:
– характера рельефа и почвенно-агрофизических условий;
– потенциала развития деградационных процессов (эрозия, переуплотнение);
– требований сельскохозяйственных культур к свойствам почвы (глубине
гумусового горизонта, гранулометрическому составу, кислотности, плотности,
влагоемкости);
– фитосанитарной обстановки в агроэкосистемах (засоренность, насыщенность вредителями и возбудителями болезней).
Обработка почвы должна быть дифференцирована к агротехническим
группам земель и отличаться четко выраженной почвозащитной, ресурсо- и
энергосберегающей направленностью.
Выбор наиболее эффективного способа обработки почвы осуществляется
на основе нормативов их противоэрозионной способности, которые разработаны
для каждой агротехнологической группы земель.
Удобрения оказывают многостороннее влияние на проявление эрозионных процессов. Органические удобрения повышают содержание в почве органического вещества, которое способствует улучшению физических свойств почв,
обусловливающих их противоэрозионную стойкость. По мере увеличения степени
смытости почв противоэрозионная роль органических удобрений возрастает.
Положительное влияние минеральных удобрений на снижение процессов
эрозии проявляется в том, что они усиливают почвозащитные функции растений, стимулируя их рост и развитие, образование мощной корневой системы и
317
надземной биомассы (увеличение проективного покрытия почвы). В то же время
длительное применение только минеральных удобрений может приводить
к ухудшению физических свойств почв, а в связи с этим – снижать их противоэрозионную устойчивость.
Совместное внесение органических и минеральных удобрений не только
способствует повышению противоэрозионной стойкости почв, но также стимулирует формирование мощной надземной биомассы (площади листьев и кустистости) и корневой системы растений, то есть увеличение проективного покрытия почвы растительностью.
На основе многолетних экспериментальных данных о почвозащитном
влиянии разных систем удобрений разработаны нормативы противоэрозионной
способности систем удобрения (табл. 23.2) по отношению к неудобренной почве
(Проектирование противоэрозинных комплексов..., Минск, 2005). При формировании севооборотов и установлении структуры посевов в пределах агротехнологических групп земель учитывается пригодность почв для возделывания сельскохозяйственных культур и их почвозащитная способность. В районах распространения водной эрозии формирование схем интенсивных зернопропашных и
зернотравяно-пропашных (плодосменных) севооборотов должно базироваться
на научно обоснованном размещении ведущих культур и сроках возврата их
на прежнее место, а длина ротации и размер полей должны быть подчинены этой
главной задаче с учетом расчлененности территории, степени однородности
почвенного покрова, других условий.
Таблица 23.2 – Нормативы почвозащитной способности удобрений
Степень
эродированности
Слабая
Средняя
Сильная
Органическая
0,20
0,25
0,30
Система удобрения
Органоминеральная
0,30
0,30
0,30
Минеральная
0,30
0,25
0,20
В почвозащитных зернотравяных и травяно-зерновых севооборотах состав
и порядок чередования культур предусматривает, в первую очередь, защиту
почвы от эрозионной деградации и восстановление ее плодородия. Это достигается за счет повышения удельного веса многолетних трав, обеспечивающих
удлинение периода, в течение которого почва находится под защитой растений и
стерни, и увеличения количества поступающих в почву растительных остатков.
Структура посевных площадей в адаптивно-ландшафтном земледелии
должна обеспечивать высокопродуктивное использование пахотных земель при
оптимальном сочетании экономических и экологических целей, быть органически увязанной с системой севооборотов, создавая условия для наиболее полной
реализации положительного эффекта от чередования культур. Достигается это за
счет повышения эффективности использования агроклиматических ресурсов,
318
продуктивности пашни и применения приемов защиты почв от эрозии и других
видов деградации земель с учетом особенностей конкретных агроландшафтов.
При организации севооборотов в водоохранных зонах необходимо стремиться к максимальному усвоению удобрений культурами для снижения потерь
питательных веществ. Наиболее эффективны зерно-травяные севообороты,
на сильноэродированных землях – только луговые виды земель. В водоохранных
зонах необходимо внесение органических удобрений при перезалужении. Дозы
минеральных удобрений не должны превышать 120 кг/га действующего вещества
азота, на сенокосах и пастбищах необходимо дробное внесение азотных удобрений. Применение фосфорных и калийных удобрений должно быть строго дифференцировано от содержания подвижных соединений этих элементов в почве.
На эродированных землях должны применяться специальные приемы
обработки почвы: контурная поперечная обработка, углубление пахотного слоя
или разуплотнение подпахотного слоя, предзимнее щелевание зяби. Использование приемов почвозащитного земледелия позволяет предотвратить потери
сильноэродированной почвы 20 и более т/га, гумуса – 130 кг/га и более, азота –
15 кг/га, фосфора и калия – по 6 кг/га.
319
ЛЕКЦИЯ 24. МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ
Естественное состояние почв часто не соответствует требованиям, которые к ним предъявляются, что вызывает необходимость проведения мероприятий по их улучшению. Система организационных, хозяйственных и технических
мероприятий, задачей которых является коренное улучшение неблагоприятных
свойств почв, а также условий их использования, называется мелиорацией
(от лат. melioratio – улучшение). Она включает осушение (водная мелиорация),
улучшение поверхностного состояния (культуртехническая мелиорация), борьбу
с эрозией (земельная мелиорация), известкование почв и внесение минеральных
удобрений (химическая мелиорация) и др.
На территории Беларуси наибольшее распространение имеют водные
(осушительные и осушительно-увлажнительные), культуртехнические и химические мелиорации.
Если заболачивание земель вызвано поверхностными водами, то осушительная мелиорация этих земель заключается в регулировании стока поверхностных вод и ограждении осушаемой территории от притока вод извне. Если
заболоченность вызвана грунтовыми водами, то мелиоративные мероприятия
направлены на регулирование уровня грунтовых вод и поддержание оптимальной влажности почвы. Если заболачивание вызвано и теми и другими причинами
одновременно, то осушение ведется способами, направленными на регулирование
как поверхностных, так и грунтовых вод.
В условиях неустойчивого увлажнения наблюдается чередование засушливых и влажных периодов. В результате нарушается обеспеченность сельскохозяйственных культур влагой, и они могут страдать как от недостатка, так и
от избытка влаги.
Набор технических средств и мероприятий, используемых для проведения
осушительных работ, называется осушительной системой. Она состоит из следующих основных частей: оградительной, регулирующей, проводящей, водоприемника и сооружений на осушительной сети. Оградительная сеть служит для ограждения мелиорируемого участка от поступления вод извне. Регулирующая сеть
предназначена для регулирования водного и воздушного режимов мелиорируемых почв. Она может строиться в виде открытых каналов, закрытого дренажа
(дренажных гончарных или пластмассовых труб), временных борозд. Водоприемники служат для сбора всех вод, поступивших через проводящую сеть. Они могут
быть естественные (реки, ручьи, балки, озера) и искусственные (пруды, водохранилища, крупные каналы). Для того чтобы естественные водотоки выполняли
функцию водоприемников, проводится их регулирование (спрямление русла реки,
выравнивание его глубины, расчистка, понижение уровня воды и др.). В условиях
неустойчивого увлажнения строятся осушительно-увлажнительные системы, которые обеспечивают двустороннее регулирование водно-воздушного режима почв.
320
На территории Беларуси осушенные земли составляют более 3,4 млн. га
(17% территории), в том числе более 1,0 млн. га торфяно-болотных почв. Удельный вес осушенных земель в общей площади сельскохозяйственных земель
по административным районам отражает карта «Мелиорация земель Беларуси».
Как видно из карты, наибольшие площади осушенных сельскохозяйственных
земель сосредоточены на территории Белорусского Полесья.
Осушительная мелиорация вызывает коренное изменение свойств почв и
условий почвообразования. Почвообразовательные процессы изменяют не только
скорость протекания, но и направление развития. В торфяно-болотных почвах
процесс накопления торфа сменяется его разрушением (минерализацией), что
приводит к уменьшению мощности торфяного слоя, изменению его химического
состава и свойств, увеличению зольности торфа. В дерновых и дерновоподзолистых заболоченных (глеевых) почвах при осушении идет вымывание
из верхних горизонтов органического вещества (гумуса) и некоторых элементов
питания растений, что приводит к снижению их потенциального плодородия,
но повышает плодородие эффективное. Кроме изменений в почвах, осушительная мелиорация вызывает изменения микроклимата, гидрографической сети,
растительного и животного мира, микроформ рельефа.
Осушительная мелиорация в условиях Беларуси обязательно сопровождается
мероприятиями по коренному улучшению поверхностного состояния и морфологических свойств почв. Система этих мероприятий называется культуртехнической мелиорацией.
Она включает ликвидацию мелколесья, кустарников, валунов, микроформ
рельефа (кочек, промоин), увеличение мощности пахотного горизонта, увеличение площадей цельных контуров типов земель.
Культуртехнические мелиорации проводятся по проектам, составленным
на основании почвенно-мелиоративных, геоботанических и культуртехнических
предпроектных изысканий и составленной при этом карте культуртехнической
неустроенности.
Культуртехнические мелиорации ведутся с соблюдением разработанных
экологических, хозяйственно-экономических и технических норм. Соблюдение
экологических норм заключается в учете всего комплекса природных факторов
как при проведении изысканий и проектировании, так и при проведении культуртехнических работ и использовании преобразованных земель. Важно, чтобы
проводимые мероприятия не явились стимулом для развития водной, ветровой
или механической эрозии, не вызывали уменьшения мощности перегнойного
горизонта почв и не приводили к обеднению их гумусом и элементами питания
растений.
Необходимо следить, чтобы не были нарушены гнездовья птиц, нерестилища,
экологические коридоры и другие, важные в экологическом плане места. Особое
внимание должно уделяться редким, охраняемым видам растений и животных.
321
Осушительные и культуртехнические мелиорации часто сопровождаются
работами по восстановлению нарушенных земель. Комплекс этих работ называется рекультивацией и чаще всего применяется при торфоразработках, создании
водоприемников осушительных систем и др. Чаще всего цель рекультивации –
сельскохозяйственное использование восстановленных земель, что вызывает
необходимость создания плодородного слоя почвы мощностью 0,3–0,4 м, или
соблюдение требования, чтобы остаточный слой торфа имел мощность 0,5–0,75 м.
При этом обязательным приемом является внесение достаточных доз органических и минеральных удобрений.
Свойства почв в наибольшей степени меняются при проведении химической мелиорации. Химическая мелиорация – система приемов химического воздействия на почву для улучшения ее свойств и повышения урожаев.
Солеобогатительные химические мелиорации – мероприятия по увеличению содержания в почве необходимых питательных веществ, в первую очередь
внесение органических и минеральных удобрений. Кислоторегулирующие химические мелиорации – мероприятия по созданию благоприятной реакции почвенной среды (известкование, гипсование, кислование).
С точки зрения географа сравнительно большее значение имеют те аспекты
применения средств химизации в сельском хозяйстве, которые изменяют почву,
окультуривают ее. При целенаправленном окультуривании изменяются практически все свойства почв. С увеличением степени окультуренности (табл. 24.1)
увеличивается мощность пахотного горизонта, темнеет его окраска, улучшается
оструктуренность. При высокой степени окультуренности ниже пахотного слоя
появляется гумусовый горизонт, а общая мощность гумусовых горизонтов
в культурной почве (агроземе) может достигать 60 см. Растет количество гумуса,
которое может достигать 5–6%, и улучшается его качество.
Таблица 24.1 – Изменение физических параметров дерново-подзолистой супесчаной почвы в процессе окультуривания
Мощность Ап, см
Мощность А1, см
–
До 18
Слабоокультуренная
18–26
0
Плотность сложения, г/см3
1,2–1,4
1,45–1,6
Порозность, %
Удельная поверхность, м2/г
Максимальная гигроскопичность, %
Коэффициент структурности
Коэффициент цветности
Коэффициент отражения
45–50
30–40
35–45
20–25
Почва
Среднеокультуренная
20–30
До 7
1,35–
1,55
40–50
21–30
1,5–2,5
0,8–1,2
1,0–1,6
1,2–2,0
0,5–1,0
14,7
22,0
0,4–0,6
23,3
27,7
0,5–0,8
13,9
25,0
0,7–1,0
12,5
23,2
Показатель
Лесная
322
Сильноокультуренная
22–33
5–15
Более 30
10–30
1,2–1,4
1,0–1,3
45–55
27–37
50–65
Более 35
Более
1,8
0,9–1,2
8,8
14,9
Культурная
Окультуривание практически не меняет гранулометрический состав почв,
но за счет увеличения доли органических коллоидов свойства существенно
улучшаются. Так, общее количество сухих и водопрочных агрегатов увеличивается с 53% и 30% в слабоокультуренной почве до 79% и 60% – в лесной. Существенно возрастает коэффициент структурности, снижается объемная, а в культурной почве – даже удельная масса почв. Улучшение физических характеристик значительно увеличивает запасы влаги в почве – до двух раз в сильноокультуренных и культурных почвах по сравнению с лесной.
Увеличение степени окультуренности, как правило, сопровождается снижением всех видов кислотности, повышением степени насыщенности почв основаниями – в культурной почве этот показатель достигает 90% и более, тогда как
обменного алюминия практически нет.
Планомерное окультуривание значительно улучшает питательный режим
почв. Так, за последние 40 лет содержание подвижных соединений фосфора и
калия в пахотных почвах Беларуси выросло в среднем в 4,5 раз. В сильноокультуренных почвах обычно существенно возрастают запасы общего азота, увеличивается нитрифицирующая способность почв.
Основной прием окультуривания почв – внесение удобрений. В 2010 г.
в Беларуси внесено 1497 тыс. минеральных удобрений, что в расчете на 1 га
пашни составляет 284 кг. Внесено 43 млн. т органических удобрений, средняя
доза – 9,1 т/га пашни. Произвестковано 418 тыс. га, внесено 2,0 млн. т СаСО3,
или 4,7 т/га.
Эффективность удобрений (а в среднем 1 кг NPK в условиях Беларуси
окупается 6 кг зерна или 40 кг картофеля) существенно зависит и от географических особенностей территории. Установлено, что разница в продуктивности
культур на одинаковых почвах в разных частях республики (Вещезерова И. И.,
1974 г.) может достигать 30–35%. Наиболее высокие урожаи ячменя и озимой
ржи на удобренных вариантах опытов получены в Центральной почвенной провинции, самые низкие – в Южной провинции из-за периодического недостатка
влаги в ответственные периоды роста растений. Напротив, в Южной провинции
отмечается более высокая эффективность калийных и органических удобрений
при возделывании картофеля. Эти примеры показывают, что при практическом
использовании почв республики необходимо принимать во внимание региональные и местные почвенно-географические условия, то есть системы земледелия
должны быть адаптивными, приспособленными к конкретным условиям.
Существенная особенность почвы как основного средства сельскохозяйственного производства заключается в том, что почва при правильной агротехнике, применении удобрений и других приемов не снижает, а увеличивает свое
плодородие. Истощают почву не высокие урожаи, а низкая продуктивность производства и низкая производительность земли. Наши белорусские почвы, как
всякие нечерноземные почвы, нуждаются в заботливой охране. Охрана почвы и
ее правильное рациональное использование, повышение плодородия – понятия
323
неразрывные. Охранять земли – значит рационально их использовать, добиваться
высоких устойчивых урожаев и высокой продуктивности сенокосов и пастбищ.
Этого можно достигнуть только с помощью всемерной интенсификации производства, эффективного осушения, борьбы с эрозией почвы, проведения лесозащитного лесоразведения, введения научно обоснованных севооборотов, совершенствования структуры посевных площадей.
При высоких урожаях объем органического вещества, оставляемого
в почве, становится близким к объему, создаваемому в естественных условиях
луговыми степями, т. е. такими сообществами растений, которые формируют
в природе самые плодородные почвы – черноземы. Не случайно самые окультуренные почвы Беларуси (культурные, или агрикультиземы, агроземы) имеют
внешний облик и основные свойства, более близкие к черноземам, чем к дерновоподзолистым или иным их естественным аналогам. Урожаи зерна в 100 ц/га
в настоящее время в отдельные годы становятся реальностью и для условий Беларуси благодаря целенаправленному улучшению свойств почв и правильной
агротехнике возделывания культур. А если человеку удастся в ближайшее время
решить трудную физиологическую задачу повышения коэффициента полезного
использования солнечной энергии зелеными растениями, составляющего нынче
лишь 0,1–0,5%, редко до 2%, то проблема обеспечения человечества продовольствием будет успешно решена.
В почвоведении основная практическая задача – ликвидация или минимизация лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных
почвенных мелиораций и агротехнологических приемов. Основными приемами
для условий Беларуси являются: известкование; оструктуривание, рыхление,
травосеяние (высокая плотность сложения); минеральные и органические удобрения; осушительный дренаж. На севере страны на тяжелых почвах очень важны
также дренаж, щелевание, оструктуривание (недостаток аэрации), планировка
поверхности (микрорельеф).
Конкретная роль человека в изменении плодородия интенсивно используемых в сельском хозяйстве почв проявляется через изменение основных агрохимических показателей, которые регулярно отслеживаются в нашей стране благодаря проведению агрохимических обследований каждые четыре года.
За 40 последних лет количество сильно- и среднекислых (рН < 5,0) пахотных почв уменьшилось с 65% до 7,5%, а средневзвешенный показатель рН возрос с 4,93 до 5,90 (табл. 24.2). За этот период средневзвешенное содержание
подвижных соединений фосфора (табл. 24.3) увеличилось с 77 мг/кг до 184 мг/кг,
калия – с 67 до 196 мг/кг (табл. 24.4), а доля низкообеспеченных этими элементами почв снизилась в несколько раз. Содержание гумуса увеличилось в среднем
с 1,93% до 2,23%, но с 1990 г. этот показатель держится примерно на одном
уровне ввиду снижения по сравнению с 1980-ми годами количества применяемых
органических удобрений. Доля низкообеспеченных гумусом (менее 1,5%) почв
упала с 27% до 11%.
324
Таблица 24.2 – Распределение пахотных почв областей Беларуси по группам
кислотности, 2010 г.
Область
I
(<4,50)
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
Беларусь
1,3
0,6
1,2
1,2
0,6
0,9
0,9
II
(4,51–
5,00)
6,2
3,2
5,2
5,3
4,1
4,4
4,7
Группы кислотности, %
III
IV
V
(5,01– (5,51– (6,01–
5,50)
6,00)
6,50)
20,1
35,6
25,6
12,8
26,7
33,1
15,8
28,9
32,1
23,5
30,8
28,7
20,2
40,1
30,9
14,7
31,5
36,3
18,1
32,8
31,1
VI
(6,51–
7,00)
7,2
19,9
16,2
9,0
3,8
11,2
10,7
СредневзвешенVII
(>7,00) ный рН,
4,0
3,7
0,6
1,5
0,3
1,0
1,8
5,79
6,10
5,91
5,89
5,80
5,98
5,90
Таблица 24.3 –Распределение пахотных почв областей Беларуси по содержанию
подвижного фосфора (2010 г.)
Группы содержания Р2О5, %
II
III
IV
V
I
Область
(<60 (61–100 (101–150 (151–250 (251–400
мг/кг) мг/кг)
мг/кг)
мг/кг)
мг/кг)
Брестская
10,9
19,0
23,8
28,9
15,4
Витебская
10,4
18,8
22,8
28,2
14,4
Гомельская
6,9
8,8
13,1
29,9
34,8
Гродненская
7,6
15,0
21,6
37,2
14,4
Минская
7,3
15,8
23,2
35,3
17,4
Могилевская
5,7
11,3
18,3
34,5
27,0
Беларусь
8,1
14,9
20,6
32,7
20,2
VI
(>400
мг/кг)
2,0
5,4
6,5
4,2
1,0
3,2
3,5
Средневзвешенное
значение,
мг/кг
158
170
223
180
176
198
184
Таблица 24.4 – Распределение пахотных почв областей Беларуси по содержанию
подвижного калия, 2010 г.
Область
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
Беларусь
Группы содержания К2О,%
I
II
III
IV
V
VI
(<80 (81–140 (141–200 (201–300 (301–400 (>400
мг/кг) мг/кг)
мг/кг)
мг/кг)
мг/кг)
мг/кг)
7,3
26,4
32,8
26,3
5,5
1,7
10,0
30,8
29,9
22,2
4,8
2,3
8,5
22,4
22,8
27,1
12,4
6,8
6,3
24,6
34,8
27,7
5,5
1,1
2,9
20,6
27,3
29,4
15,1
4,7
8,0
20,0
26,1
30,0
11,5
4,4
6,8
24,0
29,0
27,1
9,5
3,6
325
Средневзвешенное
значение,
мг/кг
179
172
209
182
222
203
196
На почвах улучшенных луговых угодий средневзвешенная величина рН
возросла с 5,13 до 5,90, а доля почв с рН менее 5,0 уменьшилась с 44% до 5%.
Содержание подвижных соединений фосфора увеличилось с 48 мг/кг до 112 мг/кг,
калия – с 66 мг/кг до 133 мг/кг, но доля низкообеспеченных почв остается очень
высокой (55% и 62% площади) из-за небольших объемов применения удобрений
на сенокосах и пастбищах.
В настоящее время наибольшее количество кислых почв имеется в Брестской области (см. табл. 24.2), но за средней величиной рН скрывается факт резкого преобладания торфяно-болотных и песчаных почв, на которых оптимальный уровень рН и, соответственно, дозы известковых мелиорантов существенно
ниже, чем на более тяжелых минеральных почвах. Самых проблемных сильнокислых почв первой группы кислотности больше всего в Брестской, Гомельской
и Гродненской областях. Наилучшая структура пахотных земель по кислотности
имеет место в Витебской области.
По содержанию подвижных соединений фосфора (см. табл. 24.3) наибольшее количество низкообеспеченных почв зафиксировано в Брестской области,
наименьшее – в Гомельской области, в которой находится единственный в стране
завод по производству фосфорных удобрений.
По содержанию подвижных соединений калия (см. табл. 24.4) в лучшую
сторону выделяется Минская область как по аналогичным субъективным причинам, так и вследствие большой доли суглинистых почв, сравнительно богатых
этим элементом. Наибольшее количество почв первой и второй групп обеспеченности отмечается в Витебской области.
Общая тенденция к улучшению агрохимических показателей плодородия
проявляется и на почвах улучшенных сенокосов и пастбищ.
Почв с рН менее 5,0 насчитывается 5,4%, а средневзвешенная величина
рН такая же, как на пашне – 5,90.
Содержание подвижных соединений фосфора сравнительно велико в Витебской области, где и почв с содержанием менее 100 мг/кг насчитывается 43%,
тогда как в других областях – более 48%, а в Брестской и Гродненской областях –
61% и 65%. По содержанию подвижных соединений калия также богаче почвы
луговых земель севера страны (в среднем 147 мг/кг), как за счет более тяжелых
почв, так и, вероятно, за счет меньшего выноса этого элемента с более низкими
урожаями трав. По последней причине наименьшее средневзвешенное содержание
подвижного калия (100 мг/кг) отмечается в Гродненской области.
Почвы Беларуси содержат в среднем 1131 мг/кг обменного кальция, и этого
элемента достаточно для нормального формирования биомассы культурных растений. Роль кальция в почвах Беларуси состоит в первую очередь в формировании агрономически ценной структуры и оптимального состава катионов почвенного поглощающего комплекса. Как элемента питания кальция достаточно даже
на почвах сенокосов и пастбищ, где среднее содержание обменных форм кальция
достигает 1366 мг/кг.
326
Среднее содержание обменного магния в пахотных (244 мг/кг) и луговых
(271 мг/кг) землях в среднем также не лимитирует высоких урожаев сельскохозяйственных культур. В недалеком прошлом магний считался одним из дефицитных элементов, особенно на легких почвах, но широкомасштабным известкованием удалось в Беларуси практически решить проблему магния – единственного металла, входящего в состав хлорофилла.
Гумусовое состояние почв Беларуси. Гумификация и минерализация
органического вещества являются ведущим фактором формирования морфологического облика и химического состава почв. Количество и состав гумуса –
результат смены поколений растений, основной источник поступления питательных элементов для растений. Органическое вещество, в частности гумус,
является неотъемлемой частью почвы как природной системы и сосредоточено
в верхней части профиля почв – гумусовом горизонте. Оно определяет почвенное
плодородие и отличает почву от породы.
Соотношение групп органических соединений обусловлено природными
условиями гумификации и для верхних горизонтов автоморфных почв Беларуси
зависит от продолжительности периода биологической активности почв, а при
равной продолжительности активности – от степени гидроморфизма, насыщенности почв основаниями и особенностей минералогического состава. Фракционный состав обусловлен преимущественно реакцией почв, содержанием и составом солей и гидроксидов, минералогическим составом илистой фракции почв.
При изучении почв обычно учитывают ее гумусовое состояние. Оно включает совокупность важнейших количественных показателей: содержание, запасы
гумуса, соотношение различных групп и фракций органического вещества почв,
их свойства и распределение по почвенному профилю. В Беларуси для хозяйственных целей пользуются показателем содержания гумуса.
В природных почвах гумусу присуща высокая динамичность. Крупномасштабные почвенные исследования, проведенные в Беларуси, выявили следующие закономерности по содержанию гумуса и его качеству. Выявлено более
высокое содержание гумуса в почвах западной части республики. На лёссовидных
породах складывается более благоприятный режим по формированию гумуса,
чем на породах моренного происхождения. Песчаные разновидности почв содержат минимальное количество гумуса. Отмечается более четкая зависимость
увеличения содержания гумуса при возрастании гидроморфизма почв.
Вовлечение почв в сельскохозяйственное использование приводит к снижению запасов гумуса в результате активного окисления органики, но улучшению его качества (увеличение гуминовых кислот). Полевые опыты показывают,
что более 80% поступающего с навозом гумуса минерализуется и менее 20%
гумифицируется. Положительный баланс углерода в таких почвах складывается
лишь при ежегодном внесении не менее 8–12 т/га навоза.
По мере усиления увлажнения почв возрастает подвижность гумусовых соединений за счет образования фульвокислот. Поскольку гумификация происходит
в менее аэробных условиях при замедленной минерализации органических
327
соединений, отмечается более широкое соотношение углерода к азоту и углерода
гуминовых кислот к углероду фульвокислот (табл. 24.5). Гумусонакопление
протекает при низкой биологической активности с неполной минерализацией
азотистых соединений в гумусе.
Таблица 24.5 – Содержание гумуса в почвах Беларуси (Т. А. Романова, 2004)
Тип почвы
Гранулометрический
состав
Дерново-карбонатные
Дерново-подзолистые
Суглинистые
Супесчаные и песчаные
Дерново-подзолистоСуглинистые
глееватые
Супесчаные и песчаные
Дерново-подзолистоСуглинистые
глеевые
Супесчаные и песчаные
Дерновые глееватые
Суглинистые
Супесчаные и песчаные
Дерновые глеевые
Суглинистые
Супесчаные и песчаные
Пойменные дерновые На связном аллювии
глееватые
На рыхлом аллювии
Содержание
гумуса, %
2,1–2,5
1,1–2,0 (1,5)
1,1–2,0 (1,5)
1,6 (2,1)–2,5
1,6 (2,1)–2,5
2,5–3,0
2,1–4,0 (2,5)
2,1 (3,1)–5,0
2,6–5,0 (3,0)
2,1 (4,1)–5,0
2,1 (3,1)–5,0
1,6 (3,1)–5,0
2,1 (3,1)–5,0
С/N
Сгк / Сфк
–
3,2
11
1
15–24
1,2–2,1
18
0,9–3,1
10
1,4
10
1,6
–
1,7–1,8
Примечание: в скобках указано наиболее распространенное содержание гумуса
Корреляционный анализ данных по 773 образцам, проведенный Т. А. Романовой (2004 г.), показал, что связь между содержанием гумуса и числом дней,
в течение которых влажность была выше НВ в вегетационный период, составляет 0,93, а на лёссовидных суглинках достигала 0,98. Вместе с тем содержание
гумуса не позволяет судить о классификационном положении почвы, более
содержательным в этом плане является фракционный состав гумуса. В дерновоподзолистых заболоченных почвах с иллювиально-гумусовым горизонтом гумус
обычно гуматный, в большинстве других почв – фульватно-гуматный.
По отношению углерода к азоту можно выделить три группы почв: бурые
лесные, дерново-подзолистые (C / N = 10–20); дерново-подзолистые глееватые и
глеевые (C / N = 20–30); дерново-карбонатные и дерновые заболоченные (C / N < 10).
Средняя степень гумификации органического вещества в почвах Беларуси
(реже высокая, что характерно для зоны широколиственных лесов) отмечается
в бурых лесных, дерново-подзолистых палевых и дерновых заболоченных почвах;
высокая степень гумификации характерна для дерновых карбонатных и иловатоглеевых почв.
Установленные параметры гумусового состояния почв разного генезиса
могут служить основанием для заключения о количестве энергии, присущей той
или иной почве. При достаточной аэрации, в автоморфных почвах органическое
вещество быстро минерализуется, образуется гумус сравнительно высокого качества
со значительным количеством энергии. Уже в дерново-подзолисто-глееватых почвен-
328
ных разностях биологическая активность снижается и образуется гумус среднего
качества, а в дерново-подзолисто-глеевой почве гумус грубый, неэнергоемкий.
С возрастанием степени гидроморфизма увеличивается мощность органогенных горизонтов, достигающая в иловато-глеевой почве 40 см, сужается отношение С / N, содержание же гумуса может достичь 35%. Запасы гумуса в почвах
высокого уровня увлажнения могут в 4–6 раз превышать запасы автоморфной почвы.
С глубиной в составе гумуса начинают естественно доминировать более
подвижные фульвокислоты, отношение углерода гуминовых кислот к углероду
фульвокислот падает до 0,3. Именно такое соотношение характерно для подзолистых почв и нечасто встречается в Беларуси.
Современное состояние сельскохозяйственных земель по содержанию
гумуса хорошо характеризуют результаты крупномасштабных агрохимических
обследований почв.
По содержанию гумуса в Беларуси на пахотных землях ситуация удовлетворительная, 2,23% гумуса в среднем по стране вполне достаточно для получения высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур (табл. 24.6).
Вместе с тем 10,6% пашни содержит менее 1,5% гумуса, причем особенно много
таких почв в Гродненской области, где уровень эффективного плодородия наиболее высокий, но достигается он частично и за счет органического вещества почв.
Самые высокие показатели гумусового состояния почв отмечены
в Минской области, где полностью отсутствуют почвы с содержанием гумуса
менее 1%, а средневзвешенное содержание достигло 2,35%.
Почвы сенокосов и пастбищ (минеральные) по всем областям Беларуси
отличаются повышенным по сравнению с пахотными землями содержанием гумуса
в почве – 2,73%, что обусловлено высокой долей переувлажненных почв, отличающихся повышенным содержанием гумуса, хотя и невысокого качества, по сравнению с почвами нормального увлажнения (автоморфными). Самые высокие показатели содержания гумуса – в Брестской области (в среднем 3,06%), что объясняется в первую очередь наличием значительного количества постторфяных почв.
Таблица 24.6 – Распределение пахотных почв областей Беларуси по содержанию
гумуса (2010 г.)
Область
I
(<1,0%)
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
Беларусь
0,2
0,1
0,3
1,7
0,0
0,6
0,5
Группы содержания гумуса, %
II
III
IV
V
(1,01–
(1,51–
(2,01–
(2,51–
1,50%) 2,00%) 2,50%) 3,00%)
5,4
24,0
25,5
13,7
2,3
20,1
30,4
22,6
7,7
30,0
28,0
14,2
23,1
39,6
22,8
8,2
4,8
24,6
33,5
23,7
16,4
46,3
24,9
8,3
10,1
30,6
27,7
15,5
329
Средневзвешенное
VI
(>3,0%) значение, %
31,2
24,5
19,8
4,6
13,4
3,5
15,6
2,44
2,48
2,27
1,90
2,35
1,93
2,23
ЛЕКЦИЯ 25. ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ БЕЛАРУСИ
Почва, почвенный покров – место поселения человека, средство и материал
труда, «базис коллектива». Почва – это одно из основных средств производства
и объект труда в сельском хозяйстве. Земледелие, животноводство и другие
отрасли сельскохозяйственного и лесохозяйственного производства прямо или
косвенно базируются на утилизации потенциальных возможностей почвенного
плодородия и воздействуют через технику и труд на сущность, особенности и
направления современных почвенных процессов.
Почвенные ресурсы и их рациональное использование выступают в области
удовлетворения спроса на продовольствие, корма, местное топливо, древесину и
биологические сырьевые материалы в качестве наиболее существенного фактора.
«Идеальным» типом землепользования можно считать то, которое, отражая экономические потребности региона и его социально-экономические и технические
возможности, согласуется с природной спецификой территории.
В Беларуси различия видов землепользования определяются двумя группами факторов ― природными и социально-экономическими. Природными факторами, формирующими необходимые предпосылки развития разнообразных
видов землепользования, являются, в первую очередь, климат, рельеф, почвы и
растительность. Чем сложнее внутреннее устройство конкретного ландшафта,
тем больше он может представить потенциальных вариантов организации землепользования, в том числе сельскохозяйственного производства.
Современный уровень развития науки и техники позволяет успешно организовывать сельскохозяйственное производство на территориях, мало пригодных по своим природным предпосылкам для такого рода деятельности. Однако
это связано либо с перестройкой природной среды (например, торфование легких
почв), либо с созданием искусственной среды обитания (например, устройство
теплиц). Оба этих пути требуют значительных капиталовложений и не могут
быть широко использованы.
Климат чаще всего определяет эколого-географические параметры распространения культурных растений и животноводства, важнейших типов землепользования. Климатические условия территории Беларуси дают возможность
развиваться растениеводству открытого грунта, недостаток тепла препятствует
земледелию лишь при снижении гидротермического коэффициента (по Селянинову) до 0,5. Другой лимитирующий климатический фактор – недостаток влаги –
в нашей стране также отсутствует. Важным показателем качества земель, принципиально пригодных или непригодных для обработки, являются значения господствующих углов наклона поверхности. Распашка возможна лишь до крутизны
склонов около 8°, то есть большая часть территории страны и по этому фактору
пригодна для земледелия.
Вторым важным фактором землепользования выступают морфолитологические особенности территории. Наша страна является классическим примером
330
господства ландшафтов, где по экологическим условиям имеет место чередование пригодных для земледелия плоских или слабовсхолмленных поверхностей и
эрозионных склонов и заболоченных низин, где целесообразно только луговое
использование земель. Частая смена высоко- и низкопродуктивных почв, обусловленная сложностью структуры почвенного покрова, особенностями водного
режима почв, вызывает разнообразные сочетания земледельческого и сенокоснопастбищного использования территории Беларуси.
Для агроландшафтов нашей страны, как и всего умеренного климатического пояса, характерно четко выраженное разделение сезонов года по условиям
теплообеспеченности, поэтому господствуют растительные сообщества, приспособившиеся к перенесению холодных зим. Основная особенность культур умеренного пояса – в их довольно строгих требованиях к условиям термо- и фотопериодизма. Большая часть яровых и озимых злаков ― растения длинного дня,
которые в более южных районах затягивают свою вегетацию.
Беларусь входит в самый большой в мире массив земледельческого пояса
равнин Восточной и Западной Европы с преобладанием пахотных земель над
луговыми. Поэтому наряду с зерновым хозяйством развивается и животноводство,
базирующееся не на пастбищах, а на культурных лугах и кормовых культурах
при стойловом содержании скота. Совокупность природных условий, в первую
очередь климатических, позволяет успешно возделывать зерновые, бобовые,
овощные культуры, корнеплоды, многолетние плодовые культуры.
Значительные возможности существуют для поднятия интенсивности землепользования в нашей стране, несмотря на преобладание сравнительно бедных
от природы дерново-подзолистых почв. Они тесно связаны с необходимостью
осуществления комплекса мелиоративных, агротехнических и других мероприятий:
рациональная организация территории, правильная обработка почв, внесение органических и минеральных удобрений, известкование почв, посев многолетних
трав, создание окультуренного пахотного горизонта, борьба с избыточным увлажнением почв, укрупнение пахотных угодий. Торфяно-болотные почвы Беларуси
(особенно низинные) после осушения и культуртехнических агротехнических
мероприятий могут быть, при условии применения двустороннего регулирования водного режима, использованы как пастбища, сенокосы, пахотные земли.
Большинство типов землепользования не встречаются в чистом виде
на значительных территориях. Обычно сочетание двух, а то и трех типов землепользования в пределах ландшафтной либо административной единицы. Как правило, набор типов землепользования складывается исторически, как продукт
многолетнего опыта, в котором учтены местные почвенные, растительные, водные и климатические ресурсы.
В настоящее время в условиях Беларуси не стоит на повестке дня вопрос
об увеличении площадей сельскохозяйственных земель. Увеличения производства
сельскохозяйственной продукции можно и нужно достичь за счет повышения
интенсивности использования существующих земель. Проведение в 1992–1997 гг.
331
поучастковой кадастровой оценки земель ясно показало, что примерно на 7%
пахотных земель невозможно добиться рентабельного аграрного производства и
эти земли необходимо перевести в менее интенсивные виды землепользования.
В целом плодородие почв по отдельным районам заметно отличается, поэтому
стратегия использования земельных ресурсов обязательно должна учитывать
региональную и местную специфику. Пашня в структуре земель необязательно
должна занимать четвертую часть, как в среднем по стране: она может быть
существенно ниже в районах с низкой кадастровой оценкой земель (Лельчицкий,
Россонский) и существенно выше – в районах с высоким баллом плодородия
(Кореличский, Несвижский).
Рационализация землепользования на основе точного учета региональных
и локальных особенностей почвенного покрова – одна из важнейших задач
борьбы за здоровую окружающую среду, за решение продовольственной проблемы, за обеспечение благополучия современного и грядущих поколений людей.
В связи с ростом народонаселения обеспеченность земельными ресурсами
в расчете на одного жителя снижается. В настоящее время наименьшая обеспеченность земельными ресурсами имеет место в Европе и Азии: в среднем немногим более 1 га на каждого жителя. В Беларуси этот показатель составляет
в целом более 2 га на человека, для пахотных и луговых земель – 0,58 га и 0,34 га
соответственно.
Деление земель на виды (угодья) отражает экономическую сущность землепользования. По их соотношению можно судить о характере пользования землей
как средством производства и в определенной мере о направлении специализации хозяйств.
Под видом земель понимается территория (часть землепользования), систематически используемая для конкретных хозяйственных целей и обладающая
определенными естественно-историческими свойствами. Согласно Кодексу Республики Беларусь о земле, вид земель – часть земельного фонда, выделяемая
по природно-историческим признакам, состоянию и характеру использования.
Даже в тех сферах хозяйствования, где земля служит только пространственным
базисом, отдельные территории могут использоваться для таких целей, как размещение зданий, перевозка продукции, создание защитных зеленых зон, то есть
выступать отдельными видами земель.
В настоящее время в Беларуси выделяют 14 видов земель: 1) пахотные;
2) залежные; 3) под постоянными культурами; 4) луговые; 5) лесные; 6) под древеснокустарниковой растительностью; 7) под болотами; 8) под водными объектами;
9) под дорогами и иными транспортными путями; 10) под улицами и иными местами
общего пользования; 11) под застройкой; 12) нарушенные; 13) неиспользуемые;
14) иные земли. Виды земель могут подразделяться на подвиды и разновидности.
Наиболее дифференцированы формы использования земли там, где она
выступает как главное средство производства, является не только предметом,
332
но и орудием труда, в первую очередь, в сельскохозяйственном производстве. Здесь
земли могут использоваться и как в других отраслях, и в то же время специфично.
На пахотных землях (26,7% земельного фонда) производится основная
сельскохозяйственная продукция. На ее обработку приходится значительная доля
затрат в сельском хозяйстве. Важнейшей организационно-хозяйственной формой
использования пахотных земель служит севооборот. В зависимости от назначения
и состава культур, главного вида производимой растениеводческой продукции
(зерно, технические культуры, корма, овощи и т. д.) севообороты подразделяются
на типы: полевые, кормовые, специальные, почвозащитные. Имеют место существенные экономические различия земельных участков, включенных в тот или
иной севооборот.
Участки земли, занятые постоянными культурами (сады, виноградники,
хмельники и т. п.), составляют самостоятельный важный вид сельскохозяйственных земель (0,6% территории Беларуси). На них получают сравнительно
большой объем ценной продукции, поэтому наличие данных видов земель свидетельствует об интенсивном использовании земли.
Важное хозяйственное значение имеют сенокосы и пастбища, официально
именуемые луговыми землями (угодьями). На этом виде земель в 2–3 раза ниже
производственные затраты, но и соответственно ниже выход продукции. Эти земли
используются для обеспечения животноводства кормами. В процессе интенсификации производства большая часть луговых земель в Беларуси подверглась
коренному улучшению (10,9% из общей площади луговых земель 15,8%). Луговые земли как форма использования земли выступают тоже не только в качестве
предмета, но и в качестве орудия труда в сельскохозяйственном производстве.
В процессе развития хозяйства происходят определенные изменения в составе
и соотношении видов земель. Идет увеличение площадей используемых земель
(обычно под новое строительство), происходит трансформация менее ценных
в более ценные виды земель, меняется качество земель, идет передача части
земель в ведение природоохранных организаций. Иными словами, соотношение
видов земель – понятие динамичное даже в пределах одного земельного участка,
и необходимо постоянное ведение земельного кадастра, позволяющее проводить
мониторинг этих изменений.
В пределах земель одного вида выделяют земельные контуры. Согласно
Кодексу Республики Беларусь о земле, земельный контур – это часть земной
поверхности, выделенная по природно-историческим признакам, состоянию и
характеру использования земель, имеющая замкнутую границу, за пределами
которой качественные характеристики земель имеют другие значения.
Чем больше контуры по площади, тем удобнее они для использования
техники, поэтому контур (рабочий участок) объективно выступает в качестве
первичного элемента при земельном учете и оценке.
333
Помимо видов земель (выделенных по хозяйственному использованию),
государственный земельный фонд учитывается по общей площади, пространственному положению, целевому назначению, административно-территориальному делению.
Если исходить из функционального различия земли в общественном производстве, то земельный фонд можно разделить на две принципиально различные группы земель: 1) земли, используемые в основном в качестве главного
средства производства; 2) земли, используемые в основном в виде пространственного базиса.
В первую группу включены земли сельского и лесного хозяйства,
во вторую – все остальные. Такое подразделение в принципе является правильным,
но оно слишком общее, поскольку использование земли в хозяйстве многогранно.
Для решения практических задач, правового регулирования земельного фонда указанное деление недостаточно, и с учетом характера функционирования его в отдельных отраслях хозяйства выделяются прежде всего основные категории земель.
В соответствии с основным целевым назначением в составе земельного
фонда выделяются, согласно Кодексу Республики Беларусь о земле, следующие
семь категорий земель: 1) земли сельскохозяйственного назначения; 2) земли
населенных пунктов (городов, поселков городского типа и сельских населенных
пунктов), садоводческих товариществ и дачного строительства; 3) земли промышленности, транспорта, связи, энергетики, обороны и иного назначения; 4) земли природоохранного, оздоровительного, рекреационного и историко-культурного назначения; 5) земли лесного фонда; 6) земли водного фонда; 7) земли запаса.
Землями сельскохозяйственного назначения считаются все земли, предоставленные для нужд сельского хозяйства или предназначенные для этих целей.
Так как земля используется здесь в основном как главное средство производства,
то это обусловливает особую ценность земель рассматриваемой категории. Земли
сельскохозяйственного назначения предоставляются гражданам для огородничества, сенокошения и выпаса скота; сельскохозяйственным организациям и гражданам – для ведения товарного сельского хозяйства; научным и учебным заведениям – для ведения сельского хозяйства, исследовательских и учебных целей;
несельскохозяйственным организациям – для ведения подсобного сельского
хозяйства. Доля земель сельскохозяйственного назначения постоянно снижается,
что еще более увеличивает значение земель данной категории.
К землям населенных пунктов относятся земельные участки, предоставленные для развития сельских населенных пунктов, городов и поселков городского типа, других населенных пунктов. Общим для данной категории является
то, что земля здесь выступает как пространственный базис, как место, где размещаются здания, сооружения, коммуникации.
Третью категорию составляют земли промышленности, транспорта, связи,
энергетики, обороны и иного назначения. Они предоставляются в пользование
334
предприятиям, организациям и учреждениям для осуществления возложенных
на них специальных задач (промышленного производства, транспортных работ,
обороны и т. п.). Земля функционирует главным образом как пространственный
базис, где размещается производство и осуществляется иная деятельность. Как
правило, они располагаются массивами среди других категорий земель, но земли
этой категории могут одновременно входить и в состав других категорий земель.
К землям природоохранного, оздоровительного, рекреационного и историкокультурного назначения относятся земельные участки, имеющие лечебное значение и благоприятные условия для организации оздоровительных мероприятий;
природные объекты, представляющие особую научную и культурную ценность
(типичные или редкие ландшафты, сообщества растительных и животных организмов, редкие геологические образования, виды растений, животных и т. п.),
используемые для массового отдыха и туризма. На таких землях запрещается
деятельность, вредная для их режима.
В состав земель лесного фонда входят земли, покрытые и не покрытые
лесом, но предназначенные для нужд лесного хозяйства и находящиеся
в пользовании 117 лесохозяйственных предприятий, организаций и учреждений.
Земли этой категории, как и первой, выступают в основном в качестве главного
средства производства. Различие заключается лишь в том, что здесь человек
относительно меньше воздействует на землю, и необходимо отметить более длительный период произрастания лесных и кустарниковых насаждений, нежели
сельскохозяйственных культур.
Категорию земель водного фонда составляют земли, занятые водоемами
(реками, озерами, водохранилищами, каналами и т. п.), гидротехническими и
другими водохозяйственными сооружениями, а также земли, выделенные под
полосы отвода по берегам водоемов, под зоны охраны и т. д. Они используются
для строительства и эксплуатации сооружений, обеспечивающих удовлетворение питьевых, бытовых, оздоровительных и других нужд населения, сельскохозяйственных, энергетических, транспортных и иных государственных и общественных надобностей.
К последней, седьмой категории – землям запаса – относятся земли, не
предоставленные землепользователям в пользование, владение или собственность.
Общим для данных земель является то, что они служат резервом для организации
новых предприятий и предоставления во временное пользование или аренду.
В связи с тем, что земли отдельных отраслей хозяйства используются
определенными землепользователями, в пределах каждой категории (за исключением свободных земель запаса) земельный фонд учитывается по группам землепользователей. Состав землепользователей на разных этапах развития хозяйства
также изменялся. В настоящее время при земельном кадастре выделяются земли
сельскохозяйственных предприятий и организаций; подсобных хозяйств, фермерских хозяйств; лесохозяйственных предприятий и организаций; промышленных
335
предприятий, транспортных и других несельскохозяйственных предприятий,
организаций и учреждений; граждан.
В настоящее время большую актуальность приобрела классификация
земельного фонда по формам землепользования. В частной собственности физических лиц в Беларуси сейчас находится лишь 76 тыс. га земель, в частной собственности юридических лиц земель нет, хотя законодательство допускает такую
возможность, в пожизненном наследуемом владении граждан – 816 тыс. га,
во временном пользовании граждан и юридических лиц – 261 тыс. га, арендуемых –
370 тыс. га, а доминируют земли, находящиеся в постоянном пользовании юридических лиц – 18 580 тыс. га, или 88,6% территории страны.
Господствующими формами сельскохозяйственных землепользований
в настоящее время являются крупные, ведущиеся на плановой основе землепользования (земельные участки) сельскохозяйственных организаций. Большая часть
земель предоставлена землепользователям в постоянное пользование. В зависимости от назначения и использования эти земли подразделяются еще на виды.
Территория нашей страны характеризуется высокой распаханностью,
в отдельные периоды превышающей 30%. По сравнению с 1975 г. площадь пашни
сократилась почти на миллион гектаров, что надо расценивать в основном как
негативное явление. Значительная часть этой площади была обусловлена катастрофой на ЧАЭС. Сокращение площадей пашни в результате упорядочивания и
рационализации землепользования можно оценивать положительно, а отчуждение
пахотных земель под строительство – отрицательно.
Значительные площади пахотных земель и сравнительно высокая интенсивность их использования сочетаются со значительной мелиоративной неустроенностью, неблагоприятнгыми культуртехническими показателями, сложными
природными условиями.
Эродированные и эрозионно опасные земли занимают около 40% территории
сельскохозяйственных земель, повышенной каменистостью отличается 0,54 млн га,
1,3 млн. га загрязнено радионуклидами, значительные площади загрязнены
тяжелыми металлами, осадками сточных вод, отходами промышленности и
коммунального хозяйства и другими загрязнителями.
Для сельскохозяйственных земель Беларуси характерна мелкоконтурность. Самые низкие показатели контурности пахотных земель (6,0 га) отмечаются в Витебской области, в Брестской – 13,9 га, Гомельской – 19,0 га, Гродненской – 16,0 га, Минской – 16,1 га, Могилевской – 18,2 га.
Отмеченные негативные моменты снижают почвенное плодородие и
эффективность землепользования. В стране много внимания уделяется
рациональному использованию, окультуриванию и охране земель.
336
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Белобров, В. П. География почв с основами почвоведения / В. П. Белобров,
И. В. Замотаев, С. В. Овечкин. – М., 2004. – 352 с.
2. Вальков, В. Ф. Почвоведение / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колосников. – М. ; Ростов н/Д, 2004. – 496 с.
3. Клебанович, Н. В. География почв Беларуси / Н. В. Клебанович [и др.]. –
Минск, 2011. – 183 с.
4. Карпачевский, Л. О. Экологическое почвоведение / Л. О. Карпачевский. – М.,
2005. – 336 с.
5. Мировая коррелятивная база почвенных ресурсов: основа для международной
классификации почв : пер. с англ. / под ред. В. О. Торгульян, М. И. Герасимовой. – М.,
2007. – 278 с.
6. Почвы Белорусской ССР / под ред. Т. Н. Кулаковской, П. П. Рогового,
Н. И. Смелых. – Минск, 1974. – 328 с.
7. Романова, Т. А. Почвы Беларуси и их классификация в системе ФАО-WRB /
Т. А. Романова. – Минск : 2004. – 496 с.
Дополнительная
8. Богдевич, И. М. Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственных
земель Республики Беларусь / И. М. Богдевич [и др.]. – Минск : Хата, 2002. – 282 с.
9. Аношка, В. С. Гісторыя развіцця глебазнаўства на Беларусі : вучэбны дапам. /
В. С. Анюшка. – Мінск, 2000. – 114 с.
10. Добровольский, Г. В. География почв / Г. В. Добровольский, И. С. Урусевская. – М., 2004. – 460 с.
11. Ковда, В. А. Основы учения о почвах / В. А. Ковда. – М., 1973. – 448 с.
12. Морфология почв / под ред. Н. В. Клебановича. – Минск, 2010. – 28 с.
13. Смеян, Т. И. Полевое исследование и картографирование почв БССР /
Н. И. Смеян, Т. Н. Пучкарева, Г. А. Ржеутская. – Минск, 1990. – 221 с.
14. Почвы сельскохозяйственных земель Республики Беларусь : практ. пособие /
Г. И. Кузнецов [и др.]; под ред. Г. И. Кузнецова, Н. И. Смеяна. – Минск : Оргстрой,
2001. – 432 с.
15. Сергеенко, В. Т. Глинистые минералы почв Беларуси / В. Т. Сергеенко,
В. Д. Лисица. – Минск, 2011. – 277 с.
16. Смеян, Н. И. Пригодность почв БССР под сельскохозяйственные культуры /
Н. И. Смеян. – Минск, 1980. – 175 с.
17. Смеян, Н. И. Почвы и структура посевных площадей / Н. И. Смеян. – Минск,
1990. – 164 с.
18. Томпсон, Л. М. Почвы и их плодородие / Л. М. Томпсон, Ф. Р. Троу. – М.,
1982. – 462 с.
19. Цытрон, Г. С. Антропогенно-преобразованные почвы Беларуси / Г. С. Цытрон. –
Минск, 2004. – 124 с.
337
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................. 3
ЛЕКЦИЯ 1. ПОЧВА И ПЕДОСФЕРА .................................................................................. 4
1.1. Почвоведение как наука .................................................................................................. 4
1.2. История развития науки .................................................................................................. 6
1.3. Факторы и условия почвообразования ........................................................................... 9
ЛЕКЦИЯ 2. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЧВ .............................................................................. 16
2.1. Почвообразовательный процесс ................................................................................... 16
2.2. Морфология почв ........................................................................................................... 18
ЛЕКЦИЯ 3. МАТЕРИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ ............................................................. 31
3.1. Фазовый состав почв ...................................................................................................... 31
3.2. Органическое вещество почв ........................................................................................ 42
ЛЕКЦИЯ 4. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ .......................................... 50
ЛЕКЦИЯ 5. ВОДА В ПОЧВЕ .............................................................................................. 60
5.1. Категории (формы) и состояния почвенной воды ...................................................... 62
5.2. Водные свойства почв .................................................................................................... 70
ЛЕКЦИЯ 6. ВОДНЫЙ РЕЖИМ .......................................................................................... 76
6.1. Поведение и состояние воды в почве. Потенциал почвенной влаги ........................ 76
6.2. Доступность почвенной воды для растений ................................................................ 79
6.3. Водный режим почв, его типы и регулирование ........................................................ 81
ЛЕКЦИЯ 7. ВОЗДУШНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЧВ ........................................... 88
7.1. Газовая фаза почвы ........................................................................................................ 88
7.2. Состав и динамика почвенного воздуха ...................................................................... 91
7.3. Тепловой режим почв .................................................................................................... 95
7.4. Деградация и охрана почв ........................................................................................... 101
ЛЕКЦИЯ 8. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ ................................................................ 106
8.1. Макроэлементы в почвах ............................................................................................. 106
8.2. Микроэлементы в почвах ............................................................................................ 114
8.3. Тяжелые металлы в почвах ......................................................................................... 117
ЛЕКЦИЯ 9. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ ................................................. 121
9.1. Химические реакции .................................................................................................... 121
9.2. Реакция почвенной среды ............................................................................................ 124
9.3. Поглотительная способность почв ............................................................................. 127
ЛЕКЦИЯ 10. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ .................................................................. 134
10.1. Эколого-географические факторы структуры педосферы ..................................... 134
10.2. Почвенно-географическое районирование .............................................................. 144
ЛЕКЦИЯ 11. ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ПОЛЯРНОГО ПОЯСА
И ЛЕСОВ БОРЕАЛЬНОГО, УМЕРЕННОГО И СУБТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСОВ ...... 147
11.1. Почвы полярного пояса ............................................................................................. 147
11.2. Почвенный покров таежно-лесной зоны бореального пояса ......................................149
11.3. Почвы зоны смешанных и широколиственных лесов умеренных широт ............ 152
11.4. Почвы летне-влажных и зимне-влажных субтропиков .......................................... 157
338
ЛЕКЦИЯ 12. ПОЧВЫ СТЕПНЫХ И ПУСТЫННЫХ ЛАНДШАФТОВ ....................... 162
12.1. Почвы степей умеренного пояса .............................................................................. 162
12.2. Почвы полупустынь и пустынь ................................................................................ 168
ЛЕКЦИЯ 13. ТРОПИЧЕСКИЕ И АЗОНАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ ........................................... 178
13.1. Почвы влажных тропиков ......................................................................................... 178
13.2. Азональные почвы ..................................................................................................... 188
ЛЕКЦИЯ 14. ПОЧВА КАК ЗЕМЕЛЬНЫЙ РЕСУРС ....................................................... 201
14.1. Плодородие почв ........................................................................................................ 201
14.2. Рациональное землепользование .............................................................................. 206
ЛЕКИЯ 15. ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ МИРА .................................................................. 216
15.1. Структура и распределение земельных ресурсов мира .......................................... 216
15.2. Степень земледельческого использования почв мира ............................................ 224
ЛЕКЦИЯ 16. ИСТОРИЯ ПОЧВОВЕДЕНИЯ В БЕЛАРУСИ .......................................... 232
ЛЕКЦИЯ 17. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ БЕЛАРУСИ ...... 236
ЛЕКЦИЯ 18. ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ..................................................... 261
18.1. Особенности развития процессов почвообразования в Беларуси ................................ 261
18.2. Классификация и систематика почв Беларуси ........................................................ 265
ЛЕКЦИИ 19–20. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ ПОЧВ БЕЛАРУСИ .....270
ЛЕКЦИЯ 21. ПОЧВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
ТЕРРИТОРИИ БЕЛАРУСИ ............................................................................................... 283
21.1. Принципы и схема почвенно-географического районирования ........................... 283
21.2. Структура почвенного покрова Беларуси ................................................................ 297
ЛЕКЦИЯ 22. СОСТОЯНИЕ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОЧВ БЕЛАРУСИ .................. 301
ЛЕКЦИЯ 23. ЭРОЗИЯ ПОЧВ БЕЛАРУСИ ...................................................................... 309
ЛЕКЦИЯ 24. МЕЛИОРАЦИЯ ПОЧВ ............................................................................... 320
ЛЕКЦИЯ 25. ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ БЕЛАРУСИ ...................................................... 330
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ................................................................................ 337
339
Учебное издание
КЛЕБАНОВИЧ Николай Васильевич
ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ
Курс лекций
для студентов специальности 1-31 02 01-03
«География (геоинформационные системы)»
Редактор В. В. Демиденко
Дизайн обложки Л. И. Вайдашевич
Подписано в печать 04.06.12. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Ризография.
Усл. печ. л. 20,42. Уч.-изд. л. 22,21. Тираж 30 экз. Заказ 920.
Издатель и полиграфическое исполнение:
учреждение образования «Полоцкий государственный университет».
ЛИ № 02330/0548568 от 26.06.2009
ЛП № 02330/0494256 от 27.05.2009
211440 г. Новополоцк, ул. Блохина, 29.
340