Почвы арктических и субарктических ландшафтов

План

1. Географическое распространение.

2. Особенности факторов почвообразования.

3. Почвообразующие процессы и типы почв.

4. Охрана и использование почв.

 

Географическое распространение. Почвы арктических и субарктических (тундровых) ландшафтов распространены в пределах арктического и субарктического климатических поясов Евразии и Северной Америки. В Южном полушарии тундры отсутствуют.Арктическая суша представлена исключительно островами и узкими участками материковых побережий Евразии и Северной Америки. Южная граница аркто-тундровой почвенной зоны совпадает с изотермой самого теплого месяца +10ºС. Однако южная граница отклоняется от широтного направления в связи с изменением степени континентальности климата и влиянием на прилегающую сушу холодных или теплых океанических течений. В Северной Америке южная граница аркто-тундровой зоны проводится по параллели 66-67º с. ш. на западном побережье, на восточном побережье граница смещается к югу до 54-55º с.ш., в Евразии – от 68-69º с.ш. в районе Кольского полуострова до 58º с. ш на побережье Берингова моря.

Особенности факторов почвообразования. Почвы аркто-тундровой зоны формируются в условиях холодного и влажного климата. Средняя температура января на севере зоны составляет -30-36ºС и ниже, на юге до -4ºС; средняя температура июля по всей зоне как правило не поднимается выше + 10ºС. Сумма активных температур менее 400ºС.Типы температурного режима почв: мерзлотный и длительно сезоннопромерзающий. Количество осадков в пределах зоны колеблется от 100 до 300 мм в год, однако при малых величинах испаряемости увлажнение избыточное (коэффициент увлажнения больше 1). Это способствует формированию полугидроморфных и гидроморфных почв. Снежный покров невысокий. На процессы почвообразования оказывает непосредственной влияние повсеместное распространение многолетней мерзлоты. Типы водного режима почв: мерзлотный, промывной (в лесотундре), водозастойный (в понижениях рельефа). Почвообразующие породы представлены в основном моренными, морскими, аллювиальными отложениями. В рельефенаблюдается чередование равнинных участков с возвышенными. Присутствуют специфические формы микрорельефа, образование которых обусловлено климатическими условиями и многолетней мерзлотой: полигональные формы («пятнистая тундра»), бугры с ледяным ядром – гидролакколиты. При таянии льда в толще четвертичных отложений образуются впадины, депрессии различного размера, которые заполняются водой – термокарстовые озера. Почвенно-грунтовые воды залегают близко к поверхности, для них характерна малая минерализация. В составе растительности преобладают мхи и лишайники, кустарники, кустарнички, травянистые растения. Могут встречаться отдельные деревья. По характеру растительности выделяют с севера на юг следующие подзоны: арктическая пустыня, мохово-лишайниковая (типичная) тундра, кустарничковая тундра (южная), лесотундра. Биомасса составляет 50-280 ц/га, масса опада – 10-25 ц/га. Животный мир малоактивен.

Почвообразующие процессы и типы почв. Основные почвообразующие процессы: дерновый процесс (с налагающимся глеевым), болотный процесс (торфообразовательный и глеевый), подзолообразовательный процесс (с налагающимся глеевым). Каждому сочетанию почвообразовательных процессов соответствует свой тип почв.

Основные типы почв: арктические почвы (полигональные), тундрово-глеевые, болотные, подзолисто-глеевые. Арктические почвы (полигональные) распространены на арктических островах Евразии и Северной Америки.Формируются при дерновом процессе почвообразованияна почвообразующих породах карбонатного состава.Сущность дернового процесса почвообразования заключается в накоплении органического вещества при разложении травянистой растительности. В арктической зоне при отмирании мхов, лишайников, трав и их разложении происходит образование гумусовых веществ (преимущественно фульвокислот из-за низкой зольности растительных остатков тундр), которые окрашивают верхнюю часть почвенного профиля преимущественно в светло-бурые тона, происходит формирование горизонта А₁. Такие почвы имеют слабокислую или нейтральную реакцию (pH = от 5,5 до 6,6) и содержат 2,5-3% гумуса. Мощность почвенного профиля (до 30 см) обусловлена глубиной сезонного оттаивания почвенно-грунтовой толщи. Почвенный профиль слабо дифференцирован. В более благоприятных условиях выражен лишь растительно-торфянистый горизонт А₀ и значительно хуже маломощный горизонт А_1. Формула: А₀+А₁+C. На почвообразующих породах легкого механического состава, в условиях рельефа, исключающего застой атмосферной влаги, под злаково-осоковыми сообществами формируются дерновые аркто-тундровые почвы. Содержание гумуса в них 3-5%.

Тундрово-глеевые почвы распространены на низменных равнинах в подзонах мохово-лишайниковой и кустарничковой тундр. Формируются в условиях затрудненного дренажа почвенно-грунтовых вод и дефицита кислорода. Для профиля этих почв характерно наличие глеевого горизонта, который образуется в результате восстановительных процессов в условиях водонасыщения почвенной толщи. Сущность глеевого процесса заключается в переходе окисных соединений в закисные при избыточном увлажнении и недостатке кислорода в почвенном профиле. Вступая в реакцию с кремнеземом или оксидом фосфора закисные соединения обуславливают зеленоватую или сизоватую окраску почвы, формируя глееватый или глеевый горизонты. Реакция тундрово-глеевых почв близка к нейтральной, содержание гумуса 1-3%, в составе гумуса преобладают фульвокислоты [16]. В условиях глубокого залегания многолетней мерзлоты тундрово-глеевые почвы более выщелочены и обладают кислой реакцией. Формула: А₀+А₁+ В_g+C_g (G).

Болотные почвыраспространены преимущественно в подзоне южной тундры и лесотундры в условиях избыточного увлажнения, низменного рельефа, недостатке кислорода в почве, при достаточном количестве отмерших растительных остатков для протекания процесса торфонакопления (торфообразовательного процесса). Максимальной выраженности в них также достигает процесс оглеения. Сущность торфообразовательного процесса заключается в медленном разложении органических остатков, накоплении полуразложившейся растительной массы и формировании торфяного горизонта. В нижней части профиля болотных почв активно идет глеевый процесс и формирование глеевого горизонта. Формула: А₀+А_т+ C_g (G).

Подзолисто-глеевые почвыраспространены в зоне лесотундры при наличии хвойной растительности и при промывном водном режиме почв.Они формируются в результате подзолообразовательного процесса и налагающегося глеевого. Сущность подзолообразовательного процесса заключается в разрушении первичных и вторичных минералов и их производных под действием органических кислот; при этом трудноподвижные соединения переходят в легкоподвижные и вымываются в иллювиальный горизонт за исключением кремнезема (остается в верхнем горизонте). В результате в верхней части профиля формируется подзолистый горизонт.В нижней части профиля подзолисто-глеевых почв идет глеевый процесс и формирование глеевого горизонта или глееватого. Формула: А₀+А₂+ В_g+C_g (G).

Охрана и использование почв. Плодородие почв акрто-тундровой зоны низкое. Используются почвы арктической и тундровой зон в качестве оленьих пастбищ, для выращивания вокруг промышленных центров в открытом грунте моркови, капусты, лука, картофеля, в закрытом грунте – многих других культур. Создание пахотных угодий возможно на интразональных аллювиальных почвах [13]. Для повышения плодородия почв необходимы следующие мероприятия: мульчирование, осушение, рыхление, внесение минеральных и органических удобрений, известкование, организация строгого контроля за хозяйственной деятельностью.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите факторы, которые оказывают наибольшее влияние на формирование почв арктической и тундровой зон.

2. Перечислите основные типы почв арктической и тундровой зон.

3. Раскройте морфологические особенности почв арктической и тундровой зон.

4. Оцените плодородие почв арктической и тундровой зон.

 

 

Почвы таежной зоны

План

1. Географическое распространение.

2. Особенности факторов почвообразования.

3. Автоморфные почвы.

4. Полугидроморфные почвы.

5. Гидроморфные почвы.

6. Мерзлотно-таежные почвы.

 

Географическое распространение. Зона хвойных лесов умеренного пояса протянулась от западных до восточных побережий в Евразии и Северной Америке. Данная зона самая крупная по площади на территории России.Ее северная граница проводится по южной границе аркто-тундровой зоны, а южная граница в Северной Америке по 45-46º с. ш. на побережьях Тихого и Атлантического океанов, и по 55º с. ш. во внутренних районах континента; в Евразии южная граница проходит по 52º с. ш. на западе, по 58º с. ш. внутри континента и по 52-54º с.ш. на востоке материка.

Особенности факторов почвообразования. Климат зоны умеренно холодный, влажный и неодинаковый в разных частях таежно-лесной зоны. На западе зоны климат более мягкий и влажный, на востоке – более холодный и сухой. На западе зоны средняя температура января составляет -10°С, июля +15°С, количество атмосферных осадков составляет около 500 мм в год. В восточных районах на той же широте климат резко континентальный: средняя температура января составляет -30°С и ниже, амплитуда среднемесячных температур составляет 50-60°С, количество атмосферных осадков уменьшается до 150-200 мм в год. Сумма активных температур изменяется от 400-1000°С в северной тайге, до 1000-2200°С в средней и южной тайге. В таежных районах Сибири развита многолетняя мерзлота, но почвенно-грунтовая масса летом оттаивает на 50-100 см, поэтому мерзлота не препятствует росту деревьев, обладающих неглубокой корневой системой. Коэффициент увлажнения по всей зоне больше 1 (за исключением Восточной Сибири – 0,55-1). Типы теплового режима: длительно сезоннопромерзающий и сезоннопромерзающий. Типы водного режима: промывной, застойный, непромывной (в Восточной Сибири).

Почвообразующие породы представлены четвертичными отложениями. В европейской части России преимущественно ледниковыми, флювиогляциальными, перигляциальными отложениями. К востоку от Урала, в северной половине Западно-Сибирской равнины, почвы формируются на ледниково-морских и озерно-ледниковых отложениях. Восточнее Енисея почвообразующими породами служат маломощные элювиальные и делювиальные отложения нагорий и аллювиально-озерные отложения низменных равнин.

Рельеф зоны разнообразен. В Европейской части России рельеф преимущественно равнинный и холмисто-волнистый. Здесь широко распространены холмы с четко выраженными понижениями, встречается большое количество мелких озер и заболоченных территорий. Западно-Сибирская низменность представляет собой обширную низменную территорию, слаборасчлененную реками. Восточная Сибирь сложена рядом горных цепей и предгорий.

Почвенно-грунтовые воды залегают близко к поверхности на низменных участках (принимают активное участие в почвообразовании) и расположены глубоко на возвышенных (активного участия в почвообразовании не принимают). Преобладающий тип растительности зоны – хвойные леса. На территории Балтийского щита доминируют светлые сосновые леса, на Восточно-Европейской равнине в составе древостоя преобладает ель европейская. К востоку от Урала увеличивается количество пихты и появляются лиственница и сосна сибирская. В Центральной и Восточной Сибири преобладают светлохвойные лиственничные леса. Биомасса лесов северной тайги составляет 1000 ц/га, южной тайги – 3300 ц/га. Масса опада соответственно изменяется от 35 до 55 ц/га. Повсеместно распространены мелколиственные леса из березы, осины, ольхи. Болотная растительность занимает около 20% всей площади таежной зоны. Луговая растительность занимает небольшие площади в долинах рек и на распаханных водоразделах. Животный мир разнообразен, основная роль его в почвообразовании заключается в измельчении и преобразовании органического вещества, перемешивание минеральной и органической части почвы. Почвы таежно-лесной зоны активно используются в сельскохозяйственных целях: под пашни, сенокосы, сады и огороды и т. д.

Основные почвообразовательные процессы: подзолообразовательный процесс, дерновый процесс, болотный процесс (торфообразовательный и глеевый).

Автоморфные почвы. Подзолообразовательный процесс и развитие автоморфных почв подзолистого типа.

Необходимыми условиями протекания данного процесса являются: хвойная древесная растительность (хвойный опад), ограниченное поступление органических остатков, разложение органических остатков грибами, промывной тип водного режима (точка зрения № 1, см. ниже).

Единой точки зрения на сущность подзолообразовательного процесса не существует. Имеют место быть следующие варианты.

Процесс разрушения первичных и вторичных минералов и их производных под действием органических кислот (содержатся в хвойных породах), при котором трудноподвижные соединения переходят в легкоподвижные и вымываются в иллювиальный горизонт (горизонт вмывания) за исключением кремния (оксида кремния), который остается и придает горизонту белесую окраску. В результате в верхней части профиля формируется подзолистый горизонт – А₂. Однако при микроскопических исследованиях не обнаружено в подзолистом горизонте четких признаков выветривания минералов, кроме того, в горизонте А₂ часто находят первичные минералы, неустойчивые к выветриванию.

Причина образования обесцвеченного горизонта А₂ не в разрушении минералов и их выносе, а в условиях сезонного оглеения верхней части почв. При водонасыщении верхней части почв Fe³⁺ переходит в подвижную форму оксида Fe²⁺, происходит обесцвечивание горизонта, а когда воздух проникает в этот горизонт, то железо из растворов выпадает в виде мелких конкреций оксида. Однако процессом оглеения нельзя объяснить формирование в подзолистых почвах мощного иллювиального горизонта.

Некоторые исследователи предполагают, что химические элементы, освободившиеся при выветривании, не выносятся в иллювиальный горизонт, а аккумулируются растительностью. Питательные химические элементы постепенно освобождаются при разрушении лесной подстилки и вновь захватываются корнями растений.

Некоторые ученые склоняются к тому, что определенное участие в образовании подзолистого горизонта А₂.принимает и лессиваж – перемещение илистых частиц из верхнего горизонта в нижний, без предварительного разрушения [7].

Типы почв: подзолистые, подзолисто-иллювиально гумусовые, подзолисто-иллювиально железистые.

Подзолистые почвы. Подзона подзолистых почв расположена между 60º и 62º с.ш. Формула: А₀+А₂+В+С. В зависимости от интенсивности подзолообразовательного процесса выделяют несколько подтипов [10, 23]:

· А₂ – пятнами, почва слабоподзолистая;

· А₂ – до 15 см, почва среднеподзолистая;

· А₂ – до 25 см, почва сильноподзолистая;

· А₂ – больше 25 см, почва глубокоподзолистая.

Подзолисто-иллювиально-гумусовые и подзолисто-иллювиально-железистые почвы широко распространены на Балтийском кристаллическом щите. Они образуются из грубообломочного материала, почвы песчаного механического состава. Подзолисто-иллювиально гумусовые почвы имеют иллювиальный горизонт ярко коричневого, кофейного цвета (накопление гумусовых частичек); подзолисто-иллювиально-железистые отличаются охристой, ржавой окраской иллювиального горизонта (скопление примазок и конкреций железа).

Плодородие почв подзолистого типа очень низкое. Содержание гумуса 1-3% (преимущественно в форме фульвокислот), pH верхних горизонтов – 3,5-5. Сельскохозяйственное использование не целесообразно.

Дерновый процесс и развитее автоморфных почв дернового типа.

Основными условиями для протекания дернового процесса почвообразования являются: травянистая и/или лиственная лесная растительность, сравнительно большое поступление органических остатков, разложение органического вещества бактериями, желательна карбонатность почвообразующих пород.

В зоне тайги при дерновом процессе почвообразования происходит накопление органического вещества при разложении травянистой растительности. В процессе гумификации образуются гуминовые кислоты (80%), которые покрывают минеральные частицы. В результате обособляется перегнойно-аккумулятивный горизонт А₁ темно-серого или черного цвета. Тип почв: дерновая. Распространены южнее 60º с.ш. Формула: А₀+А₁+В+С или А_п+В+С.

В зависимости от интенсивности дернового процесса выделяют несколько подтипов [10, 23]:

· А₁ (А_п) – до 20 см, почва дерновая маломощная;

· А₁ (А_п) – до 40 см, почва дерновая среднемощная;

· А₁ (А_п) – более 40 см, почва дерновая мощная;

При наличии в почве карбонатов кальция название подтипов определяется следующим образом [19]:

· вскипание на глубине 30-60 см, но есть белесые пятна, почва дерново-карбонатная оподзоленная;

· вскипание на глубине 30-60 см, белесых пятен нет, почва дерново-карбонатная выщелоченная;

· вскипание на глубине до 30 см, почва дерново-карбонатная типичная.

Дерновые почвы являются высокоплодородными в зоне тайги. Содержание гумуса в горизонте А₁ достигает 5-10% и более, pH различно. Эти почвы в первую очередь используются под пашню.

Развитие автоморфных почв дерново-подзолистого типа.

Данные почвы формируются при сочетании дернового и подзолообразовательного процессов. Поэтому для их формирования необходимы: хвойная лесная и травянистая и/или лиственная лесная растительность, среднее количество органических остатков, разложение органических остатков бактериями и грибами, промывной тип водного режима.

Тип почв: дерново-подзолистая. Распространены южнее 60º с.ш., до границы серых лесных и черноземных почв. Формула: А₀+А₁+А₂+В+С или А_п+А₂+В+С.

В зависимости от интенсивности процессов почвообразования выделяют несколько подтипов дерново-подзолистых почв [10, 23]:

· А₂ – пятнами, почва дерново-слабоподзолистая;

· А₂ меньше или равен А₁, почва дерново-среднеподзолистая;

· А₂ больше А₁, почва дерново-сильноподзолистая.

Плодородие среднее (зависит от подтипа), содержание гумуса в горизонте А₁ 3-6%. Реакция по всему профилю кислая и сильнокислая (pH=3,3-4,3). Использование: под пашни, сенокосы. Необходимы мероприятия по повышению плодородия почв, особенно внесение органических и минеральных удобрений и известкование.

Полугидроморфные почвы (периодическое переувлажнение). При близком залегании к поверхности грунтовых вод, в условиях затрудненного дренажа и недостатке кислорода на основные почвообразовательные процессы в таежно-лесной зоне накладывается глеевый процесс.

Подзолообразовательный процесс + глеевый процесс.

Тип почвы: подзолистая глееватая (глеевая). Формула: А₀+А_2(g)+В_g+С_g(G). В зависимости от интенсивности процессов почвообразования выделяют несколько подтипов (см. подзолистые почвы) + глееватость. Например, сильноподзолистая глееватая или сильноподзолистая глеевая. Плодородие таких почв крайне низкое.

Дерновый процесс + глеевый процесс.

Тип почвы: дерновая глееватая (глеевая). Формула: А₀+А_1(g)+В_g+С_g(G) или А_п(g)+В_g+С_g. В зависимости от интенсивности процессов почвообразования выделяют несколько подтипов (см. дерновые почвы) + глееватость. Например, дерновая среднемощная глееватая (или глеевая). Менее плодородна, чем дерновая, т.к. для нее характерная кислая реакция среды и недостаток кислорода в почвенном профиле.

Дерновый процесс + подзолообразовательный процесс + глеевый процесс.

Тип почв: дерново-подзолистая глееватая (глеевая). Формула: А₀+А_1(g)+А_2(g)+В_g+С_g(G) или А_п(g)+А_2(g)+В_g+С_g(G). В зависимости от интенсивности процессов почвообразования выделяют несколько подтипов (см. дерново-подзолистые почвы) + глееватость. Например, дерново-среднеподзолистая глееватая (глеевая). Плодородие таких почв ниже среднего.

Торфообразовательный процесс + подзолообразовательный процесс + глеевый процесс.

В условиях заболоченного хвойного леса формируются почвы, переходные между болотными и подзолистыми. Тип почвы: болотно-подзолистая. Широко распространены севернее 60º с.ш. Формула: А₀+А_т+А_2(g)+В_g+С_g(G).

В зависимости от мощности торфяного горизонта выделяют подтипы [19]:

· А_т – до 30 см, почва торфянисто-подзолисто-глеевая;

· А_т – до 50 см, почва торфяно-подзолисто-глеевая.

Почвы характеризуются высокой кислотностью (pH=3-4,5), малым количеством гумуса (около 5%), бедны элементами питания. Плодородие низкое, использование: нецелесообразно.

Гидроморфные почвы (постоянное переувлажнение). В понижениях рельефа, при тяжелом механическом составе почвообразующих пород, близком залегании почвенно-грунтовых вод и водозастойном типе водного режима формируются гидроморфные почвы.

Тип почв: болотная (низинных и верховых болот). Формула: А₀+А_т+G. В зависимости от мощности торфяного горизонта выделяют подтипы [10, 23]:

· А_т – до 30 см, почва торфянисто-глеевая;

· А_т – до 50 см, почва торфяно-глеевая;

· А_т – до 100 см, почва торфяная маломощная;

· А_т – до 200 см, почва торфяная среднемощная;

· А_т – больше 200 см, почва торфяная мощная.

Болотные почвы верховых болот имеют низкое плодородие, низкую зольность – около 5%, высокую кислотность (pH=2,5-3,8), в составе гумуса преобладают фульвокислоты, бедны питательными элементами. Обеспечивают продуктивность лекарственных растений, ягод.

Болотные почвы низинных болот более плодородны. Имеют зольность 20% и выше, слабокислую или нейтральную реакцию среды (pH=5,5-6,5), в составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, богаты азотом и кальцием. При осушении могут использоваться под пастбища, сенокосы, пашню. Торф целесообразно использовать в качестве удобрения.

Мерзлотно-таежные почвы. Характерны для зоны распространения многолетней мерзлоты в пределах таежно-лесной почвенной зоны. Образуются при высокой континентальности климата, непромывном или периодически промывном типах водного режима, под луговой или хвойной древесной растительностью, на мерзлом водоупорном горизонте.

Под луговой растительностью на породах богатых кальцием (лессовидные отложения) протекает дерновый процесс почвообразования и формируются палевые мерзлотно-таежные почвы (Якутско-Вилюйская низменность). Формула: А₀+А₁+В_(g)+С_g.. Содержание гумуса в палевых почвах составляет 3-4%, реакция среды близка к нейтральной. Используются в качестве пастбищ и пашни, при условии проведения мероприятий по повышению плодородия почвы.

Под хвойной лесной растительностью протекает подзолообразовательный процесс и формируются бурые мерзлотно-таежные почвы (подбуры). Формула: А₀+А₂+В_(g)+С_g. У этих почв нет четкой дифференциации почвенного профиля, т. к. вода не доходит в нижние горизонты, железо перемещается только до слоя вечной мерзлоты, происходит закрашивание всего почвенного профиля в бурый цвет. Содержание гумуса в бурых почвах 1-3%, реакция среды кислая, плодородие низкое, использование нецелесообразно.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите причины разнообразия почв в таежной зоне.

2. Раскройте общие морфологические особенности почв таежной зоны.

3. Перечислите точки зрения на протекание подзолообразовательного процесса.

4. Назовите интразональные почвы в зоне тайги, объясните, чем обусловлено их развитие.

5. Объясните, как многолетняя мерзлота влияет на процессы почвообразования.