Mse-Online.Ru
Почвообразование в тундровой зоне
Обширную территорию северной части России общей площадью 180 млн. га, составляет тундровая зона. В европейской части страны в нее входит северная часть Кольского полуострова, далее на восток она занимает все побережье Северного Ледовитого океана на север от Полярного круга.
В Западной Сибири ее южная граница проходит приблизительно по Полярному кругу. От Енисея она поднимается на север и тянется по 70-й параллели на восток до Колымы. Потом она спускается на юго-восток и тянется до основания полуострова Камчатка.
Факторы почвообразования. Климат этой зоны суровый, характеризуется низкой среднегодовой температурой, продолжительной, малоснежной и холодной зимой, коротким прохладным летом и незначительным годовым количеством осадков (200—250 мм). Среднегодовая температура для европейской части тундры колеблется в пределах от —0,2 до —0,4°С, а для азиатской части — от —9 до —14 °С.
Таким образом, климат в разных частях тундровой зоны неодинаков и при движении на восток становится все более континентальным и суровым. Продолжительность вегетационного периода небольшая и в арктической тундре составляет около двух месяцев, в типичной — около трех и в лесотундре — около четырех месяцев. При этом средняя температура вегетационного периода в арктической тундре составляет около 4 °С, типичной — 5,7 °С и в лесотундре — 9,4 °С.
При небольшой общей сумме годовых осадков в тундре количество дней с осадками сравнительно небольшое — свыше 100— 150 на год, что свидетельствует о незначительной силе каждого дождя или снегопада.
Относительная влажность воздуха в июле составляет 75— 90 %, в августе — 77—80 %.
Особенности климата тундры приводят к развитию в почве вечной мерзлоты, то есть такого слоя, который на протяжении десятков лет, столетий, а может и тысячелетий скован льдом. Над слоем вечной мерзлоты находится слой ежегодного оттаивания почвы, который не отличается большой мощностью и достигает под торфяниками 0,2—0,4 м, на местах с глинистыми породами — 0,7—1,2, на песках — 1,2—1,6 м.
Вопрос о происхождении вечной мерзлоты окончательно еще не решен, однако есть все основания считать ее нарастающей, а не убывающей. Вечная мерзлота накладывает резкий отпечаток на природу и почвенный покров этой зоны.
Растительность в тундре в связи с суровыми климатическими условиями развита слабо и состоит только из растений, приспособившихся к низким температурам короткого вегетационного периода с непрерывным сильным освещением. Существенная черта тундры — безлесье. Широкое распространение в зоне имеют преимущественно мхи, лишайники, некоторые осоки и злаки, которые не образуют сплошного растительного покрова, а растут отдельными кустиками и терновниками. Древесная растительность встречается редко, главным образом в виде кустарников, тем не менее на огромном протяжении тундровой зоны растительные группировки отличаются значительным разнообразием.
Характерной особенностью растительности тундры, как упоминалось, является склонность растений расти подушками или терновниками, что лучше защищает их от ветра, а следовательно, и от высыхания, столь губительного в тундре.
Почвообразующими породами в тундровой зоне являются преимущественно ледниковые отложения и осадки морской бореальной трансгрессии (наступления моря). По механическому составу они разнообразны и представлены пластическими серыми глинами, опесчанеными глинами и суглинками, а иногда и песками. Все эти породы ореховатые, с остатками морской фауны и иногда содержат валуны.
Рельеф тундры в основном представляет собой равнину с небольшими возвышенностями, холмами и сопками. Наряду с этим встречаются в большом количестве замкнутые понижения, занятые озерами. Кроме того, равнинный рельеф тундры нарушается наличием речных долин и отрогов горных хребтов, которые во многих местах пересекают территорию зоны.
Таким образом, современные условия почвообразования этой зоны характеризуются суровым климатом, бедной тундровой растительностью и наличием в почве вечной мерзлоты. Процесс почвообразования в зоне тундры происходит очень слабо и развивается по болотному типу, а болотно-тундровые, поверхностно-оглеенные почвы, которые образуются, отличаются примитивным строением профиля.
Современный почвообразовательный процесс не имел здесь другой стадии единого почвообразования, так как тундровая зона позже всего освободилась от льдов большого четвертичного оледенения. Поэтому и сейчас почвы зоны наиболее молодые в едином почвообразовательном процессе.
Водный режим тундровых почв, несмотря на небольшое количество атмосферных осадков, характеризуется постоянным избыточным увлажнением даже верхнего слоя и продолжительным восходящим потоком капельно-жидкой воды. Наличие вечной мерзлоты и короткое прохладное лето обусловливают низкую температуру почвы на протяжении лета, что вместе с постоянным чрезмерным увлажнением и преобладанием анаэробных условий определяет слабое развитие микробиологических процессов, распад органического вещества почвы, а поэтому и незначительное накопление перегнойных веществ, или гумуса, в почве. Полуразложившиеся органические вещества часто накапливаются в виде торфа.
Постоянный анаэробиоз определяет развитие кислотных процессов и образование почти на самой поверхности глеевых почв, то есть горизонта скопления закисных соединений железа и марганца, который имеет светлый с голубовато-зеленоватыми оттенками цвет.
Источник
Краткая характеристика условий почвообразования и почв зоны тундры. Их сельскохозяйственное использование.
1.
Определение понятия «почва» и «плодородие» в трудах классиков почвоведения.
С появлением земледелия человек ввел в свой обиход представление о почве как об относительно рыхлом землистом слое, в котором укореняются наземные растения и который служит предметом земледельческой обработки. Бытовавшее до этого понятие отождествляло почву с землей — участком поверхности, на которой обитает человек.
Простое представление о почве вполне удовлетворяло человечество в течение нескольких тысячелетий исторического развития, так как человек еще не сталкивался вплотную с теми проблемами земледелия, перед которыми он был поставлен в последние столетия, — проблемами голода, малоземелья, катастрофической эрозии, опустынивания, падения плодородия, необходимости получения все большей продукции со все меньшей площади. Решение этих общих задач привело к зарождению новой науки на рубеже XX в. — почвоведения. Важно, что эта наука развивалась не как чисто описательная и умозрительная дисциплина, а сформировалась в ответ на практические запросы бурно развивающегося земледелия индустриальной эры.
Существовавшие ранее определения стали непригодны, поскольку не характеризовали всю специфику почвы как природного тела и не отражали ее наиболее характерные особенности. Тройственное отношение человека к почве — как к природному телу, предмету труда и продукту труда — усложнило выбор наиболее точного научного определения почвы.
Первую формулировку нового определения почвы В. В. Докучаев дал в докладе о принципах естественной классификации почв 14 апреля 1879 г., где он сказал: «Если изучать почву по ее наиболее типичным, наиболее распространенным и наиболее естественным представителям, тогда неизбежно придется сделать такое определение: это суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее сильно окрашены гумусом и постоянно являются результатом взаимной деятельности следующих агентов: живых и отживающих организмов (как растений, так и животных), материнской горной породы, климата и рельефа местности».
На протяжении двадцати лет он оттачивал это определение, стремясь сделать его наиболее научно точным. В своей последней крупной работе «Лекции о почвоведении» (1901) В.В.Докучаев написал, что почва «есть функция (результат) от материнской породы (грунта), климата и организмов, помноженная на время».
Самое главное в Докучаевском определении почвы, сыгравшем столь выдающуюся роль в развитии новой науки, — это то, что оно, во-первых, ставит почву в ряд самостоятельных природных тел, качественно отличающихся от всех иных тел природы. Во-вторых, согласно Докучаевскому определению, почва — это явление историческое, имеющее свой возраст и историю образования. Наконец, третье — это подчеркнутое в самом определении наличие функциональных связей между почвой и всеми другими природными телами и явлениями.
Одновременно с Докучаевским направлением, в котором почва рассматривалась прежде всего как самостоятельное природное тело в его функциональной зависимости от других природных тел и явлений, в русской науке развивалось и другое направление, связанное с именами
П. А. Костычева (1845—1895) и В. Р. Вильямса (1863-1939). Эти ученые обращали внимание в первую очередь не на «входящие» функции почвы, а на «выходящие», на отношение к почве произрастающих на ней растений. Соответственно и даваемое ими определение почвы подчеркивало совершенно другую ее сторону.
Развивая идеи П. А. Костычева о почве как среде произрастания растений, академик В. Р. Вильямс дал такое определение почвы в своем учебнике почвоведения: «Когда мы говорим о почве, мы подразумеваем рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений. Понятие о почве и ее плодородии неразделимо. Плодородие — существенное свойство, качественный признак почвы, независимо от степени его количественного проявления. Понятие о плодородной почве мы противопоставляем понятию о бесплодном камне, или другими словами, понятию о массивной горной породе».
Подходы В. В. Докучаева и П. А. Костычева — В. Р. Вильямса взаимно дополняют и обогащают друг друга, характеризуя в целом русскую почвенно-генетическую школу. Поэтому вполне оправданным служит объединение этих двух направлений генетического почвоведения в едином определении почвы. Соответственно, в современном почвоведении принято такое определение: почва — это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени.
Краткая характеристика условий почвообразования и почв зоны тундры. Их сельскохозяйственное использование.
Почвы тундры отличаются слабой биохимической активностью, бедностью элементами питания, неблагоприятными условиями водно-воздушного и теплового режимов.
Почвообразование в тундре протекает в условиях отрицательных среднегодовых температур, обусловливающих формирование и сохранение слоя вечной мерзлоты, образование морозных трещин, развитие процессов, приводящих к перемешиванию грунта в верхнем активном, оттаивающем слое.
В почвах преимущественно развиваются микроскопические грибы, анаэробные гнилостные бактерии. Бактерии, фиксирующие азот, почти отсутствуют. Количество микроорганизмов сравнительно невелико. Даже небольшое количество отмирающего органического вещества, поступающего на поверхность почвы и в ее толщу, не успевает перерабатываться микроорганизмами и накапливается в форме оторфованных органических остатков. При разложении органических остатков освобождается большое количество водорастворимых органических веществ, в которых преобладают фульвокислоты. В толще почвы из-за переувлажнения и недостатка кислорода воздуха в присутствии органического вещества развиваются глеевые процессы, в результате которых соединения железа становятся более подвижными.
Железо в глеевых почвах находится в закисной форме, что придает почвам голубоватый или сизый цвет. При опускании грунтовых вод поступающий в почву кислород воздуха окисляет соединения железа, образуя охру ярко-желтого, оранжевого, красного и бурого цветов. Почва становится охристо-глеевой.
В тундровых почвах содержится 1—2,5% гумуса; минеральная часть слабо изменена. Наибольшие изменения наблюдаются в самом верхнем (8—20 см) слое почвы. При значительном накоплении гумусовых веществ и преобладании фульвокислот происходит подкисление верхних горизонтов почвы. В верхней части почвенного профиля наблюдается накопление полуторных соединений железа, а калий, кальций и магний вытесняются из поглощающего комплекса верхних горизонтов.
Таким образом, для тундры наиболее характерны процессы накопления оторфованных органических остатков и глеевые процессы, протекающие в толще почвы. В зоне лесотундры начинает проявляться подзолистый процесс и образуются карликовые подзолы мощностью 8—15 см.
В настоящее время различают несколько типов почв тундры: полигональные, тундрово-глеевые, болотные и дерновые. Полигональные почвы формируются в условиях резкого преобладания процессов физического выветривания и действия низких температур. Поверхность почв в этих районах покрыта сетью полигонов в виде многоугольников, отделенных друг от друга каменными валиками. На каменных валиках поселяются растения, образующие при отмирании торфянистую подстилку. Минеральная часть полигональных почв более или менее однородна. Их различают по выраженности глеевых процессов, механическому составу и материнским породам. Тундрово-глеевые почвы — это зональные почвы, занимающие 105 млн. га. Болотные почвы занимают 18 млн. га и представлены преимущественно низинными торфяниками. Дерновые почвы большого распространения не имеют.
В зоне тундры примерно 75% территории занято оленьими пастбищами, 5% находится под лесами н кустарниками, около 10%—под болотами и 10%—под неудобными землями. Для сельскохозяйственного освоения наиболее благоприятны почвы легкого механического состава, так как оттаивают на большую глубину и лучше дренированы, однако и они требуют агротехнических мероприятий, направленных па усиление биохимических процессов, улучшение воздушного, теплового и пищевого режимов почв.
Большое значение в жизни людей тундры имеют лесное редколесье и кустарниковые заросли. Леса снижают силу ветра, достигающего иногда скорости 35 м/с, повышают температуру воздуха, способствуют большему прогреванию почв. Редколесья защищают сельскохозяйственные участки от холодных ветров, способствуют накоплению снега и сохранению посевов. В последнее время редколесье тундры в ряде районов входит в систему защитных лесов.
Источник
Почвообразовательный процесс в тундре
Развитие почвообразовательного процесса в тундре отличается большим своеобразием. Основные особенности почвообразования в тундре связаны с низкими температурами и высокой влажностью воздуха. Большое влияние имеет также вечная мерзлота, препятствующая проникновению влаги вглубь, поэтому вся толща тундровой почвы постоянно оказывается крайне влажной. Вместе с тем наличие влаги затрудняет доступ кислорода в более глубокие слои почвы, в результате чего в почвах тундры всегда господствует анаэробиозис.
Развитие анаэробных процессов приводит, с одной стороны, к образованию в почве закисных соединений железа, а с другой, — к накоплению мертвого органического вещества в виде торфа.
Низкие температуры и непродолжительность вегетационного периода препятствуют интенсивному развитию биологических процессов.
Весьма слабое развитие в почвах тундры имеют процессы химического выветривания, преобладающим здесь является физическое, морозное выветривание. Растительность развита скудно. Деятельность микроорганизмов в тундровых почвах угнетена. Микрофлора этих почв однообразна и количественно бедна; в ней преобладают главным образом микобактерии, плесневые грибы и актиномицеты.
Вследствие плохой аэрации в почвах тундры почти полностью отсутствует такой фиксатор азота, как азотобактер, и связывание азота в этих условиях осуществляется главным образом анаэробными бактериями. Нитрификация в почвах выражена крайне слабо, а во многих случаях и вовсе не обнаруживается. Процессы нитрификации явно проявляются лишь в луговых тундровых почвах, развивающихся на наиболее сухих местах под злаковой растительностью, но удельный вес этих почв в общем почвенном покрове тундровой зоны сравнительно ничтожен.
Вследствие слабого развития микробиологической деятельности процессы минерализации органического вещества в почвах идут весьма медленно. Поэтому содержащиеся в торфе зольные элементы остаются недоступными для травянистых и деревянистых растений.
Вследствие слабого развития растительности ежегодный прирост и поступление органического вещества в почву весьма ничтожны. Поэтому и мощность торфяного слоя болот в тундре очень невелика и обычно не превышает 1 м, редко достигая и этой величины. Нередко встречаются заболоченные участки и вовсе лишенные торфянистого слоя.
Развитие почвообразовательного процесса в тундровой зоне осуществляется главным образом под пологом мохово-лишайникового и кустарникового покрова при незначительном участии или даже отсутствии травянистой растительности.
В результате таких условий почвообразования дерновый процесс в тундре проявляется крайне слабо. Поэтому в профиле почв тундровой зоны обнаруживается обычно лишь едва заметный на глаз перегнойный горизонт мощностью около 3—9 см, имеющий несколько более темно-серую окраску по сравнению со всей почвенной толщей. Иногда же этот горизонт совсем не выражен.
В столь же слабой степени проявляется здесь и подзолообразовательный процесс, сущность которого будет рассмотрена несколько ниже. Наличие слоя вечной мерзлоты, расположенного неглубоко от поверхности, препятствует просачиванию воды сверху вниз, а следовательно, исключает возможность выщелачивания и оподзоливания почвы. Этим и объясняется тот факт, что в тундровых почвах подзолистый горизонт в большинстве случаев совсем отсутствует или же выражен весьма слабо. Только на песчаных и супесчаных материнских породах, обладающих хорошей водопроницаемостью, обычно встречаются почвы с заметно развитым подзолистым горизонтом.
При этом оподзоливание начинается обычно непосредственно с поверхности под слоем подстилки из отмершей скудной тундровой растительности.
В то же время почти во всех без исключения почвах тундровой зоны как результат развития восстановительных процессов резко выражено оглеение. При этом в одних почвах обнаруживаются лишь неяркие сизые и охристые пятна, в других же оглеением охвачена вся толща почвы с характерной ярко-синей окраской.
Нередко в почвах тундры сплошной глеевый горизонт залегает непосредственно под лишайниково-моховой растительностью и простирается на 25—30 см в глубину. Иногда же, наоборот, хорошо выраженный глеевый горизонт залегает в нижней части профиля над слоем вечной мерзлоты, а поверхностный слой почвы оглеен слабо.
Наиболее распространенными почвами в тундровой зоне являются полигональные, глеевые, торфяно-глеевые, подзолисто-глеевые, торфяники и дерновые луговые.
Полигональные почвы свойственны наиболее северной окраине тундровой зоны и широко встречаются в северной части полуостровов Ямал и Таймыр, а главным образом на островах Северного Ледовитого океана. Это своеобразные почвенные образования, поверхность которых разбита морозобойными трещинами на многоугольники до 10 м в поперечнике. Состоят они обычно из грубого обломочного материала с небольшой примесью мелкозема. Эти образования почти лишены растительности или же покрыты преимущественно лишайниками и мхами.
Полигональные почвы отличаются едва выраженным перегнойным горизонтом, мощность которого не превышает 2 см> ничтожным количеством органического вещества, слабокислой или нейтральной реакцией и значительной насыщенностью кальцием и магнием. Некоторое представление об этих свойствах полигональных почв дает табл. 19.
Глеевые почвы являются наиболее типичными и широко распространенными в тундровой зоне. Поверхность их нередко лишена заметного слоя органического вещества, иногда же имеет перегнойно-торфяный слой мощностью до 4 см, под которым залегает глеевый горизонт с ярко выраженной синей окраской.
Глеевые почвы характеризуются слабокислой или нейтральной, реже — слабощелочной реакцией. Поверхность этих почв в большинстве случаев покрыта густой сетью морозобойных трещин до 30 — 50 см глубиной, которые в некоторой степени играют роль естественного дренажа.
Торфяно-глеевые почвы характеризуются наличием на их поверхности торфяного слоя мощностью до 10—20 см, под которым залегает гумусовый горизонт толщиной 2—3 см, и резко выраженньш глеевым горизонтом. Они занимают обширные пространства как в арктической тундре, так и в южной тундре и лесотундре. Внешних признаков оподзоливания в профиле торфяно-глеевых почв не обнаруживается, что подтверждается также и аналитическими данными, приведенными в табл. 20.
Вместе с тем торфяно-глеевые почвы, как видно из табл. 21, обладают кислой реакцией и содержат в себе поглощенные Н + и А1 +++
Подзолисто-глеевые почвы встречаются главным образом в лесотундре и кустарниковой тундре. Их развитие приурочено преимущественно к залеганиям супесчаных и песчаных отложений, покрытых кустарниковой или древесной растительностью. Профиль подзолисто-глеевых почв характеризуется наличием верхнего перегнойного горизонта мощностью 0—3 см или небольшого торфянистого слоя, ниже которого залегает слабо выраженный подзолистый горизонт мощностью 7—10 см.
Глубже явно выделяется иллювиальный горизонт мощностью 20—26 см, заметно обогащенный скоплением перегноя и железа.
Торфяники наиболее широко распространены в лесотундре, затем в южной и кустарниковой тундре.
При этом в южных подзонах преобладают преимущественно сфагновые торфяники, по мере же продвижения к северу — гипновые болота.
Дерновые луговые почвы встречаются главным образом по поймам рек под травянистой растительностью в условиях хорошего дренажа. Они отличаются заметно выраженным перегнойным горизонтом, значительным содержанием перегноя и слабокислой или нейтральной реакцией.
К сказанному следует добавить, что существенной особенностью всех тундровых почв является их малая мощность, обусловленная слабым развитием химических и биологических процессов. Так, например, в почвах Хибинской тундры, где отсутствует вечная мерзлота, горизонт A 1 составляет 2—3 см, горизонт А2 — 7—10 см, а с глубины 30—40 см уже начинается горизонт С, т. е. почвообразующая порода. В Большеземельской тундре общая мощность почв обычно не превышает 20—30 см, в Западной Сибири— 20—25 см, а на севере Якутии — 3—9 см.
Аналогичное строение имеют почвы тундры и в других пунктах. Так, профиль тундровой почвы Красноярского края отличается следующими особенностями: сверху залегает торфяная подстилка мощностью 3—7 см из мхов, осок и веточек карликовой полярной березы; ниже идет перегнойный горизонт мощностью 1—2 см; еще ниже оглееный синеватый горизонт мощностью 20—25 см с обильными признаками ржавчины; под ним залегает мерзлая почвообразующая порода.
Содержание перегноя в тундровых почвах колеблется чаще всего в пределах от 1 до 2%, но в отдельных случаях может достигать 8—15%; при этом около 70% его составляют фульвокислоты и только 10—15% представлены гуминовой кислотой.
Вследствие слабого развития биологических и химических процессов почвенный раствор тундровых почв беден минеральными соединениями; содержание плотного остатка в водных вытяжках из тундровых почв составляет 0,03—0,10%, в том числе на долю минерального остатка приходится около 0,02—0,07%.
Энергия нитрификации в целинных тундровых почвах ничтожна. Количество усвояемой фосфорной кислоты и калия в почвах тундры также весьма ограничено.
Обладая весьма малым запасом питательные веществ, почвы тундры отличаются повышенной гидролитической и обменной кислотностью и соответственно низкой насыщенностью основаниями.
Вместе с тем в тундре встречается немало почв, насыщенных основаниями, в которых почти не наблюдается никаких признаков выщелачивания и вымывания. Реакция почвенного раствора в таких почвах обычно бывает слабокислой или нейтральной. Такого рода почвенные образования довольно часто встречаются в районах распространения карбонатных отложений.
Гаркуша, И.Ф. Почвоведение/ И.Ф. Гаркуша.- Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962.- 448 с.
Источник