Процессы почвообразования
Процесс образования почвы из твердой горной породы (например, гранита) можно подразделить на две довольно определенные фазы – выветривание (разрушение) горной породы и образование почвы.
Выветривание горной породы приводит к образованию материнской породы, которая представляет собой рыхлую массу и состоит в основном из первичных минералов – кварца, полевых шпатов, ортоклаза и др. Главная роль в образовании материнской породы принадлежит физическим процессам: колебание температур, увлажнение и высушивание, образование льда, проникновение корней, кристаллизация солей.
Почвообразование – это главным образом биохимический процесс выветривания, он происходит под влиянием живых организмов и химического выветривания. Постепенно изменяются даже зерна отдельных минералов и образуются новые минералы, которые называются вторичными. Вторичные минералы отличаются от исходных, первичных высокой степенью дисперсности. Наиболее распространенными вторичными минералами являются каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидраты окиси железа и др. Необходимо подчеркнуть, что преобразование минералов – процесс очень медленный. Вначале преобразуются первичные минералы из материнской породы, способствуя превращению её в почву. Впоследствии материал, который уже является почвой, претерпевает дальнейшее превращение, и постепенно образуется более развитая почва. Почвы с течением времени непрерывно изменяются.
Формирование почвенного покрова области происходит в условиях большого разнообразия рельефа, почвообразующих пород, растительности, характера увлажнения и типа водного питания.
В связи с такими природными условиями почвенный покров отличается большим разнообразием по механическому составу – от песчаных до глинистых, химизму – от насыщенных основаниями (дерново-карбонатные) до почти их лишенных (подзолистые) и водному режиму – от нормального до постоянно избыточного увлажнения.
Основные процессы почвообразования на территории области – подзолистый, дерновый и болотный, в зависимости от соотношения факторов и условий почвообразования встречаются или в «чистом» виде, или, сочетаясь между собой, образуют многообразные подтипы дерново-подзолистых, подзолисто-болотных и дерново-болотных почв. Ниже приводится характеристика почвообразовательных процессов и основных типов почв области.
Подзолистый почвообразовательный процесс
Подзолистый почвообразовательный процесс является доминирующим в таёжно-лесной зоне. Протекает под пологом хвойного леса при промывном водном режиме. Отмирающие части древесной и мохово-лишайниковой растительности накапливаются на поверхности в виде лесной подстилки (Ао). Эти остатки, в отличие от трав и лиственных деревьев, содержат мало кальция и много соединений (лигнин, воска, смолы, дубильные вещества), при разложении которых образуются органические кислоты. В разложении древесных остатков участвуют главным образом грибы, которые предпочитают кислую среду и к тому же сами образуют кислые продукты. Сущность подзолообразования заключается в том, что в верхней части почвенного профиля под действием органических кислот происходит разрушение минералов илистой и коллоидной фракций и вынос продуктов разрушения из верхних горизонтов почвы с атмосферными осадками вглубь, часто до грунтовых вод. Образование фульвокислот при грибном разложении лесной подстилки является основным фактором в подзолообразовании. Они вступают в реакцию с зольными элементами разлагающихся органических остатков и образуют фульваты кальция, железа и марганца, хорошо растворимые в воде и легко вымываемые вниз нисходящими атмосферными осадками. В результате под лесной подстилкой обособляется горизонт А2, который, вследствие выноса железа и марганца, относительно обогащен кремнеземом и имеет белесый цвет (цвет печной золы), обеднен элементами питания и илистыми частицами, имеет кислую реакцию, приобретает пластинчатую структуру или становится бесструктурным.
Продукты разрушения первичных и вторичных минералов в форме минеральных и органно-минеральных соединений перемещаются из верхних горизонтов в нижние. Наиболее легко растворимые простые соли выносятся за пределы профиля. Фульваты железа и алюминия по мере движения растворов по профилю осаждаются вследствие уменьшения кислотности растворов, микробиологического разложения органической части органо-минеральных комплексов с освобождением гидроокислов железа и алюминия и осаждением их в иллювиальном горизонте, который обогащается илистыми частицами и часто приобретает заметную уплотненность (иногда цементированность). Фильтрация растворов в этом горизонте более замедленная и идет главным образом по ходам землероев, корней и трещинам, поэтому граница между элювиальным и иллювиальным горизонтами неровная с глубоко проникающими в горизонт В белесыми языками.
Колебания в степени подзолистости в значительной степени зависят от рельефа местности, материнских пород и их механического состава, климатических особенностей. На ясно выраженном склоне значительная часть выпавших атмосферных осадков стекает в нижележащие места по поверхности почвы, меньшая их часть просачивается через почву, вызывая выщелачивание питательных веществ. Процессы оподзоливания проявляются в более слабой степени, нежели на более ровных участках, на которых почти вся вода атмосферных осадков проходит через почву.
Самая высокая степень оподзоленности в Вологодской области наблюдается на покровных легких суглинках. Объясняется это водно-физическими свойствами почв. Средние, а тем более тяжелые суглинки труднее пропускают воду, при слабой водопроницаемости пород, как отмечено выше, осадки скатываются по поверхности или, при равнинном характере рельефа, застаиваются на поверхности, и вместо оподзоливания происходит заболачивание. В супесях и песках условия для процессов оподзоливания тоже не очень хорошие: вода проходит через почву быстро, не успевая обогатиться перегнойными веществами, и действует на почвы в течение более краткого промежутка времени.
Необходимо отметить, что степень оподзоленности вологодских почв по сравнению с более южными соседними областями ниже, что объясняется более низкой годовой температурой, меньшим числом дней, в которые вода не скована льдом, менее обильными осадками в теплое время года.
Профиль этого типа почв характерен резким разграничением на генетические горизонты. С поверхности залегает лесная подстилка, ниже ее гумусовый горизонт мощностью 2-3 см, который часто отсутствует, особенно на легких почвах. Гумусовый горизонт сменяется белесым бесструктурным (подзолистым) горизонтом. Ниже подзолистого образуется горизонт вымывания (иллювиальный), уплотненный, окрашенный в рыжевато-бурые тона. На глубине 120 – 150 см иллювиальный горизонт постепенно сменяется материнской породой.
Подзолистые почвы бедны питательными веществами и трудны для освоения в сельском хозяйстве. Они требуют известкования, внесения органических и минеральных удобрений. По степени выраженности подзолистого процесса подзолистые почвы делятся на слабо-, средне- и сильноподзолистые почвы.
Дерновый почвообразовательный процесс
Дерновый почвообразовательный процесс развивается под травянистой растительностью, корневая масса которых чаще преобладает над наземной, или под смешанными лесами на карбонатных породах, свойства которых препятствуют проявлению процесса подзолообразования. Сущность дернового почвообразовательного процесса состоит в накоплении гумуса, питательных веществ, полезной микрофлоры и создании водопрочной структуры. Под травянистой растительностью биологический круговорот веществ проходит более интенсивно, что обусловлено ежегодным отмиранием органической массы; травянистые остатки содержат больше кальция, а разложение органической массы непосредственно в почве благоприятствует образованию и закреплению гумусовых веществ. Большое влияние на темп и характер разложения органического вещества оказывает аэрация почв. В аэробных условиях органические остатки разлагаются более интенсивно, но полной минерализации не происходит, так как процесс регулируется природными факторами, увеличение влажности и понижение температуры в осенний период снижают интенсивность или полностью прекращают минерализацию органического вещества. В анаэробных условиях органическое вещество разлагается медленно. Если анаэробные условия начинают преобладать, образуются восстановленные соединения – закисное железо, сероводород, метан и другие, которые начинают угнетать рост и развитие растений. Органические остатки при этом накапливаются в виде торфяной массы, и дерновый процесс переходит в болотный – подтип болотно-дерновых почв.
Присутствие в почвообразующих породах карбонатов кальция существенно влияет на направление почвообразования. Несмотря на промывной режим и лесную растительность, вынос оснований компенсируется поступлением кальция из обломков известковых пород, поэтому до тех пор, пока они не полностью растворены, в почвах сохраняется нейтральная или слабощелочная реакция.
В ряде случаев дерновый почвообразовательный процесс развивается при участии сильно минерализованных, богатых кальцием (жестких) грунтовых вод. Такие почвы характеризуются большим содержанием гумуса и отчетливо выраженным оглеением. Необходимо отметить, что дерновые почвы очень часто в различной степени оглеены и требуют регулирования водно-воздушного режима.
Наиболее характерный морфологический признак дерновых (в особенности оглеенных) почв является слабая дифференциация профиля на горизонты. С поверхности они имеют дернину (А0) мощностью 2-7 см. Под ней расположен гумусовый (дерновый) горизонт (А1) серого или темно-серого цвета, с комковато-зернистой структурой. Иногда в нижней части горизонта обнаруживаются признаки оподзоливания в виде посветления и появления кремнеземистой присыпки. Эту часть горизонта выделяют в самостоятельный подгоризонт (А1,А2) –род дерново-оподзоленные почвы. Гумусовый горизонт подстилается переходным горизонтом (В), сменяющимся почвообразующей породой (С).
Эти почвы характерны большими запасами гумуса, зернистой или мелкокомковатой структурой, слабокислой или нейтральной реакцией и высокими запасами питательных веществ.
По степени заболоченности дерновые почвы подразделяются на глеевые, глееватые и глубокооглеенные.
Болотный почвообразовательный процесс
Болотный почвообразовательный процесс протекает под влиянием постоянного избыточного увлажнения близко залегающими грунтовыми водами или в понижениях, где застаиваются атмосферные осадки. Болотные почвы могут развиваться и на водоразделах при низкой водопроницаемости почвенных горизонтов (иногда это образование плотного ортштейнового горизонта).
Нередко причиной заболачивания лугов может явиться большое накопление в почве органических веществ в результате интенсивного развития дернового процесса почвообразования. Значительное накопление перегноя и мертвых растительных остатков увеличивает влагоёмкость почв и служит одной из причин длительного задерживания в них влаги, т. е. заболачивания лугов.
Возникшее в силу тех или иных причин избыточное увлажнение почвы определяет собой и весь дальнейший ход почвообразовательного процесса. В условиях переувлажнения развивается растительность, способная мириться с обилием влаги. Очень часто в начале заболачивания появляются щучка, сабельник, ситник, различные осоки, затем мох, кукушкин лён и, наконец, сфагнум. В других случаях начало заболачивания сопровождается появлением зелёных мхов, на фоне которых получают развитие кукушкин лен, а затем различные виды сфагнума.Нередки случаи, когда на подзолистых почвах сфагновый мох поселяется и непосредственно, без кукушкина льна.
Наличие избыточной влаги в верхних слоях почвы затрудняет доступ кислорода воздуха, замедляет разложение растительных остатков и способствует дальнейшему их накоплению. Образующиеся при этом различного рода органические кислоты ещё более замедляют процесс минерализации, парализуя жизнедеятельность основных разрушителей органического вещества – аэробных бактерий. В результате почвы всё более и более обогащаются полуразложившейся массой в виде торфа, которая и составляет неотъемлемую часть всякой болотной почвы.
В слоях, расположенных глубже, где доступ воздуха сильно затруднен,
количество микроорганизмов резко уменьшается, и разложение растительного
материала вообще сводится на нет.
В результате жизнедеятельности огромной массы аэробных и анаэробных микроорганизмов остатки болотной растительности претерпевают ряд сложных изменений и постепенно превращаются в торф, представляющий собой сложную смесь продуктов разложения растительных тканей и тел отмерших организмов.
Наряду с торфообразованием и накоплением торфа формирование болотных почв сопровождается оглеением минеральной части.
Глеевый почвообразовательный процесс
Для проявления этого процесса необходимо и достаточно наличие и действие следующих трех факторов: органического вещества, переувлажнения и гетеротрофной микрофлоры (оглеение – процесс биохимический). Поскольку перечисленные факторы глееобразования в зонах избыточного увлажнения встречаются повсеместно, этот почвообразовательный процесс в Вологодской области является доминирующим.
Эти три условия могут возникать и встречаться практически во всех природных зонах земного шара. Глееобразование всегда сопровождает хозяйственную, а иногда и неразумную (бесхозяйственную) деятельность человека и может привести к застою влаги в почвах, например, при переполивах, в результате уплотнения почв при обработке, в результате подтопления в верхних бьефах водохранилищ и т.д.
Необходимо подчеркнуть важную роль застоя влаги в почвах как ведущего фактора глееобразования, т. к. анаэробная микрофлора и органическое вещество присутствуют в почве практически всегда.
При глееобразовании значительно изменяются состав и свойства органической и минеральной частей почвы. Избыточное увлажнение благоприятствует образованию и накоплению в составе органического вещества водорастворимых органических веществ типа низкомолекулярных кислот, продуктов распада дубильных веществ, способствует трансформации гуминовых кислот в фульвокислоты с доминированием в их составе наиболее подвижных, агрессивных фракций. В минеральной части происходит разрушение первичных и вторичных минералов. Существенным превращениям подвергаются соединения элементов с переменной валентностью, переход окисных соединений в закисные. Наибольшее значение имеет переход трехвалентного железа в подвижное двухвалентное и вынос его за пределы профиля почвы – основной аналитический признак глееобразования. Это, в свою очередь, вызывает появление окраски холодного цвета (от белесо-серого или сизого до синего).
При длительном и постоянном избыточном увлажнении ионы закисного железа вступают в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя с ними фторичные алюмо-ферросиликаты, которые имеют сизоватую или голубоватую окраску. Приобретение глеевыми горизонтами специфической окраски связано и с потерей пленок окисного железа с поверхности почвенных минералов, собственная окраска которых придает характерный цвет глею.
При непродолжительном, но повторяющемся переувлажнении соединения железа находятся то в окисной, то в закисной формах, что отражается на почве образованием ржавых и охристых пятен, примазок и других железистых образований.
Глееобразование сопровождается выносом и накоплением элементов в профиле почв и их миграцией в ландшафте, поэтому оно может вызывать деградацию почв. Понимание основных закономерностей формирования почв под влиянием глееобразования и управление этим процессом на сельскохозяйственных полях с помощью агротехнических, агромелиоративных и гидротехнических мероприятий в настоящее время имеет очень важное значение для рационального использования почв и повышения их продуктивности.
Аллювиальный почвообразовательный процесс
Аллювиальный почвообразовательный процесс проявляется в поймах рек при периодическом затоплении последних полыми водами.
Развитая пойма во многих случаях делится на три части: прирусловую, центральную и притеррасную. Они различаются по составу аллювиальных отложений, рельефу, гидрологическим условиям и, как следствие, по растительности и почвенному покрову. Прирусловая пойма в большинстве случаев представляет собой узкую полосу, непосредственно прилегающую к руслу реки. Отложения прирусловой поймы отличаются однородностью механического состава во всех горизонтах. При переходе из русла в пойму резко уменьшается скорость течения полых вод, что вызывает оседание в прирусловой части поймы большого количества взвешенных частиц, состоящих преимущественно из элементов супеси и песка.
Здесь развиваются дерновые слоистые песчаные и супесчаные почвы. Как правило, они мало плодородны, легко подвергаются водной эрозии. Наиболее целесообразно в экологическом и хозяйственном отношениях оставлять эти почвы под покровом естественной травянистой и древесной растительности.
В области центральной и притеррасной пойм, где скорость полых вод медленнее, откладывается аллювий, состоящий преимущественно из пылеватых и илистых частиц. Поскольку русло реки постепенно мигрирует, скорость полых вод в пойме на одних и тех же участках изменяется. Кроме того, в годы сильного половодья, при котором талые воды создают один мощный поток по всей ширине речной долины, частички глины и перегноя уносятся водой, а на поверхности поймы отлагаются более тяжелые частички и неразрушенные органические остатки. Поэтому для аллювиальных наносов характерна слоистость механического состава.
Притеррасная пойма находится в несколько иных условиях. Она развивается под влиянием совместного воздействия как аллювиальных вод реки, так и делювиальных вод, притекающих с коренных берегов. Притеррасная пойма представляет собой несколько пониженную по отношению к центральной пойме территорию, здесь часто развиваются заболоченные и болотные почвы.
Поймы малых рек, как правило, не имеют прирусловой песчаной области, заболоченное притерасье у них не всегда выражено.
В поймах рек лесной зоны развиваются два типа почв: аллювиальные дерновые и аллювиальные болотные.