Влияние экологических факторов на формирование поглотительной способности почв

Значительная часть обработанных данных базы СЕС (более 500 описаний) не вошла в группу почв, имеющих максимально возможную емкость катионного обмена. Точки, характеризующие эти почвенные разрезы, на графике зависимости ЕКО от суммы Са и Мg в породе (см. рис.1) лежат ниже кривой, рассчитанной по формуле (1). Это объясняется тем, что почвы в реальных условиях часто не имеют емкости катионного обмена, которая потенциально могла бы образоваться на данных материнских породах.

Для выявления закономерностей вхождения ряда почв в эту группу из всего массива данных была получена выборка СЕСmin. В нее вошли почвы, имеющие емкость катионного обмена ниже средних арифметических значений. Этот искусственный прием позволил четче выявить закономерности развития ЕКО почв, ее связь с различными природными факторами. Способом, аналогичным использованному при расчете уравнения (1), база данных СЕС была разделена на группы. Для каждой группы определены средние арифметические значения ЕКО почв и суммы Са и Мg пород. По полученным данным рассчитано уравнение степенной регрессии (достоверность составляет 0,86):

y = 14,98486 _* х ^0,26177 , (2)

где x - сумма Са и Мg породы, %,

y - ЕКО почв, мг-экв/100 г.

Точки, лежащие ниже кривой, соответствующей уравнению (2), и составили выборку СЕСmin из 106 почвенных разрезов. Теоретически в нее должны входить почвы, находящиеся на наиболее ранних или, напротив, поздних стадиях развития емкости катионного обмена, ЕКО которых особенно далеки от максимально возможных величин.

Около половины почв, вошедших в выборку СЕСmin и имеющих крайне незначительную поглотительную способность по сравнению с теоретически возможной величиной емкости катионного обмена, развиты на песчаных и супесчаных породах различного генезиса. Эти почвы представлены разрезами, сделанными на территории Европейской части России (прежде всего - северо-запада), Эстонии, Литвы, Белоруссии, Западной и Средней Сибири, Северного Казахстана, Предбайкалья и Забайкалья. Набор почвенных разностей довольно однообразен: различные подзолы, подзолистые и дерново-подзолистые почвы. В случае вовлечения в процесс почвообразования более богатых подстилающих пород (карбонатная морена, ленточная глина и др.), авторы констатируют образование дерновых (Эстония, Смоленская область) или бурых лесных (Литва, Татария) почв. Кроме того, в эту группу попали примитивные, аллювиальная, а также грубогумусная иллювиально-железистая и торфянистая иллювиально-гумусовая почвы речных террас севера Западно-Сибирской низменности.

Среди равнинных почв базы данных СЕСmin выделяются также две группы. В первую входят таежные почвы холодных регионов страны: северного побережья Охотского моря, плато Путорана, Прибайкалья. Вторая группа состоит из сероземов Средней Азии и Южного Казахстана. Общим для этих почв является часто значительное количество кальция и магния в материнских породах (наиболее богаты этими элементами траппы плато Путорана и гипсоносные отложения Узбекистана).

Еще 22 почвы в базе данных СЕСmin - горные. Исходным материалом им служат самые разнообразные материнские породы: как граниты, так и габбро-диориты и пироксениты, как пески и супеси, так и плотные кристаллические массивы. Развитые на этих породах почвы отнесены исследователями к различным тундровым и подзолистым почвам, выделены также подбур, бурая лесная, таежная торфянистая и почвы, названные авторами таежными литогенными. Часть горных почв является мерзлотными, что связано с расположением их в холодных областях субарктического пояса и области резко континентального климата умеренного пояса. Кроме того, имеется несколько описаний тех же типов почв на территориях с более мягкими климатическими условиями. Это почвы Урала и Дальнего Востока. В данной группе почв особняком стоят слаборазвитая горная лесолуговая почва Кавказа, а также серозем, красновато-коричневая и светло-коричневая почвы Южного Казахстана и Таджикистана.

И, наконец, несколько почв базы данных СЕСmin, о которых следует сказать особо. Это почвы на древних корах выветривания. Только один почвенный разрез из вошедших в группу расположен на территории бывшего СССР - субтропический глеевый псевдопозол (название И.П.Герасимова, 1966) на красноземной коре выветривания. Остальные почвы представлены латеритом юга Китая, а также желто-красной латеритной и кварцево-ферраллитными желтыми Кубы. Очевидно, что эти почвы являются наиболее древними из всех описанных выше. Сумма кальция и магния в корах выветривания, а также самих почвах невелика (0,2-1,35%), а емкость катионного обмена не превышает 5,5 мг-экв/100 г почвы. Содержание гумуса и ила варьирует в довольно широких пределах, рН почв составляет от 4,7 до 5,9.

Таким образом, рассмотренные почвы выборки СЕСmin имеют емкость катионного обмена значительно ниже теоретически возможного максимума. Причины этого различны. Прежде всего, большое значение имеют свойства самих материнских пород, их плотность и состав. Известно, что на плотных породах почвы развиваются очень медленно и имеют укороченный профиль (Винокуров, Колоскова, 1975; Самойлова, 1983). Однако, и для плотных кристаллических пород, и для рыхлых отложений одинаково важен состав. Выветривание любых пород обычно происходит тем быстрее, чем они более основные, т.е. содержат меньше кремнезема (Белоусова, Тонконогов, 1968; Дюшофур, 1970; Самойлова, 1983). Неудивительно поэтому, что около половины почв данной выборки развиты на песчаных и супесчаных породах, содержащих от 59 до 97% кварца. Вместе с тем следует заметить, что и для песков возможна более полная реализация их почвенного потенциала. Так, в общей базе данных СЕС содержится немало описаний почв на песчаных породах. Все они имеют гораздо более развитую емкость катионного обмена. Четыре почвенных разреза (не считая пойменных) вошли в группу почв, имеющих максимально возможную обменную емкость. Это две подзолистые альфегумусовые на морских отложениях, а также дерново-глеевая и бурая лесная почвы. Их ЕКО составляет 22,3 - 35,7 мг-экв/100 г, причем значительная часть этих величин приходится на долю обменного водорода.

Другим фактором, задерживающим почвы на молодых стадиях развития и препятствующим формированию поглотительного комплекса с высокой емкостью обмена, может служить их орографическое положение. Хорошо известно влияние рельефа как условия почвообразования (Роде, 1947) на этот процесс. Одной из причин широкого распространения в горах почв с крайне низкой по сравнению с теоретически возможной ЕКО может являться то, что процесс эрозии в данном случае обгоняет процесс внутрипочвенного выветривания и гумусообразования⁶. Однако при определенных условиях и горные почвы достигают стадии зрелости по емкости обмена. Примером служат горные почвы, вошедшие в выборку СЕСmax.

Рассматривая зависимость почвенного покрова и почв субтропиков Грузии от рельефа и состава горных пород, М.Н.Сабашвили (1936) отметил, что влияние растительного покрова на характер почв полнее сказывается в нижней части склона с уклоном менее 5-8^о. Очевидно, в данном случае именно в этих условиях роль биоты начинает превалировать. Вообще значение растительности в почвообразовании исследовалось многими авторами. Еще в 1947 году Б.Б.Полынов писал, что живые организмы никогда не захватывают элементов в количествах, пропорциональных содержанию в среде, а по-своему их сортируют (Полынов, 1956д). Тем самым они активно изменяют свою собственную среду обитания. Могущественным фактором почвообразования является лес, а особая почвообразующая роль принадлежит дубу (Вайчис, 1970б). Ф.Дюшофур (1970) также подчеркивал, что климаксная растительность способна модифицировать химические особенности материнской породы, делая их более благоприятными для себя.

Выше уже говорилось о работе В.В.Пономаревой с соавторами (1971), отметившей влияние луговых трав о.Сахалин на процесс почвообразования. Интересно, что два описания почвенных разрезов, приведенные в этой статье, попали в разные выборки, одно с минимальной, а другое - с максимально возможной ЕКО. Эпидотово-хлоритовые сланцы, служащие материнской породой этим почвам, в сумме содержат около 1,5% кальция и магния. Буро-таежная развита под зарослями курильского бамбука. В состав золы этого растения входит 0,13% Са и Мg, и емкость катионного обмена почвы составляет менее 7 мг-экв/100 г. Дерново-буроземная почва сформировалась в тех же условиях, за исключением растительного покрова. Гигантский крестовник имеет иной зольный состав - 1,4% Са и Мg, а ЕКО почвы под ним превышает 30 мг-экв/100 г.

Вместе с тем, не подлежит сомнению существование влияния пород на растительность. “Качественные показатели фитоценозов, их опада и органического вещества, как движущей силы почвообразования, обязаны химическому потенциалу почв, определяемому материнскими породами” (Рейнтам и др., 1986, с.174). Наличие тесной связи растительного покрова с почвообразующими породами констатировали многие исследователи (Востокова, 1956; Галин, 1956; Давидович, 1959; Петров, Чижиков, 1965; Рейнтам, 1971). Ф.Дюшофур (1970), отмечая влияние растительности на материнские породы, указывает также на различную чувствительность растений к избытку кальция и на огромную роль этого элемента в распределении в природе различных растительных сообществ. Значение обменного кальция для растений изучал К.К.Гедройц. Он писал: “Из всех исследованных металлов как обменных катионов почвы только кальций...создает в почве при полном насыщении ее емкости обмена наиболее благоприятные условия для жизни растений” (Гедройц, 1935, с.51).

Рассмотрим влияние еще одного фактора - климата - на процесс развития емкости катионного обмена в почвах. Касаясь вопроса формирования элювия горных пород, Е.М.Самойлова (1983) отмечала, что мощность коры выветривания определяется климатической обстановкой. Климат воздействует и на состав элювия, так как может ограничивать возможность полного прохождения породой стадий выветривания (по Б.Б.Полынову). Климатические условия влияют также на скорость прохождения стадий. Согласно И.А.Соколову (1988; 1991), холодность климата определяет не столько направление почвообразования, сколько его интенсивность, а почвообразующий потенциал климата может характеризоваться, во-первых, мощностью толщи активного почвообразования и, во-вторых, степенью преобразованности исходных пород.

Почвы, на которых действие этого фактора проявилось особенно ярко, составили, как отмечалось выше, в базе данных СЕСmin две группы почв, развитых в условиях холодного, а также засушливого климата. Недостаток тепла в одном случае и влаги в другом задерживает в них формирование емкости катионного обмена такой величины, которая потенциально заложена в почвообразующих породах.

Как уже говорилось, наиболее преобразованными и древними в обработанном массиве данных оказались почвы, развитые в достаточно влажных областях тропического и субтропического поясов на древних корах выветривания. На схеме почвенно-климатических ареалов основных почвенных типов мира В.Р.Волобуева (1974) они занимают крайнее положение на пересечении термо- и гидрорядов, характеризующееся высокой тепло- и водообеспеченностью. Очевидно, именно такой климат является необходимым условием для прохождения породой полного цикла развития, заканчивающегося образованием конечной ее формы, представленной, согласно В.И.Тюльпанову (1993), латеритами, бокситами, железистыми латеритами, каолинитовыми глинами, имеющими крайне низкую емкость обмена.