Агрофак
Скорость почвообразования. Возраст почв
Методы изучения. Возраст отложений и время заселения растительностью. Этот метод применяется к постледниковым почвам, образовавшимся на одинаковом, но разновозрастном субстрате; начало почвообразования в каждом случае известно. Если допустить, что климатические условия и растительность не изменялись, то становится возможным восстановить этапы развития почв путем сравнения профилей в почвах разного возраста. Мы приведем здесь только один пример образования почв на ледниковых песках эволюция почв озера Мичиган (Franzmeier et al., 1963). Эти отложения находились под воздействием почвообразования разные периоды времени длительностью от 2250 до 10 000 лет. Сначала образуется подзол с белесым А2, мощность которого постепенно увеличивается, вплоть до возраста 4000 лет. Начиная с этого периода развитие почвы протекает более медленно и главным образом за счет повышения мощности горизонта В; равновесие достигается в почвах, имеющих возраст около 8000 лет.
Палинология. Изучение пыльцы в торфяниках производилось уже давно. Постепенное нарастание торфяной толщи кверху и последовательная стратификация пыльцевых ассоциаций позволили восстановить климатические фазы, соответствующие тем или иным четвертичным отложениям. Изучение смены климатических фаз и сопутствующих им растительных формаций позволяет почвоведам анализировать условия, при которых образовались почвы умеренных широт.
Подчеркнем, кроме того, что с периода бронзового века (около 1000 лет до н. э.) началось усиленное сведение леса человеком.
Современные палинологические методы позволили усовершенствовать изучение фаз эволюции почв. Многие авторы (Dimbleby, 1961; Munaut, 1967) показали, что в некоторых песчаных, хорошо фильтрующихся почвах пыльца претерпевает миграции, в результате которых она стратифицируется по профилю аналогично тому, как это происходит в торфяниках. Это позволяет выявить климатические фазы, которые господствовали при образовании почвы, и, поскольку они датированы, установить приблизительный возраст почв.
Таким образом Жеу с сотрудниками (Gehu et al., 1965) показали, что большая часть бретонских подзолов образовалась под влиянием деградации в ланды, которые пришли на смену лесной фазе. Это доказывается тем, что верхние почвенные горизонты изобилуют пыльцой вереска, тогда как на глубине преобладает пыльца лесной растительности.
Гюйе сравнил два вогезских подзола (Guillet, 1968) — равнинный, на котором распространен лиственный лес в стадии климакса, и горный — под преимущественно хвойным лесом климатического типа. На равнине был обнаружен древний деградированный подзол под вереском, который сохранился под лиственным, недавно посаженным лесом. В то же время подзол в горах образовался в результате длительных процессов, развитие которых продолжается и в настоящее время.
Мюно (Munaut, 1967) получил интересные палинологические данные, которые позволили ему установить этапы формирования подзолов в районе бельгийского Кампина. Некоторые подзолы с железистым горизонтом В оказались очень древними и образовались под лесом в атлантический период, а подзолы с гумусовым горизонтом В оказались более молодыми, возникшими при инвазии верещатников.
Археологические данные. Исследования древних курганов доставили ценные материалы почвоведам. Сравнение почвы на поверхности кургана возрастом 4500 лет (район Галле) с почвой, захороненной под курганом, показало, что первая почва представляет собой брюнифицированный лессивированный чернозем (индекс выноса глины 1,5), тогда как вторая не лессивирована (Sachsse, 1965). Следовательно, можно заключить, что процесс выноса глины с поверхности происходил по крайней мере в течение 4500 лет.
Интегрирование во времени процесса, скорость которого известна. Этот остроумный прием имеет целью измерить либо непосредственно в поле, либо с помощью определенной аппаратуры известный физико-химический процесс в течение сравнительно короткого времени. Поскольку быстрота процесса известна, становится возможным путем углубленного изучения профиля в его современном состоянии восстановить то минимальное время, которое необходимо для его формирования. Этот прием был применен для изучения различных процессов растворения и выноса карбонатов при данных растительности и климате (Arkley, 1963), вымывания и выноса глины (Zottl et al., 1967).
Приведем еще пример, касающийся оподзоливания под хвойным лесом (из работы Stone, McFee, 1965) в районе Адирондака. Авторы считают, что оподзоливание началось после пожара, который произошел 300 лет тому назад (возраст лесного насаждения). Аккумуляция грубого гумуса в А0 происходила в количестве 600 кг в год (или 180 т/га в среднем). Исследование близ расположенных разновозрастных насаждений показало, что существует тесная связь между возрастом горизонта А0 (следовательно, его мощностью) и количеством органического вещества в горизонте В. Соотношение между этими двумя величинами подчинено линейной зависимости, и анализ графика показывает, что в этих очень благоприятных для оподзоливания условиях в горизонте В1 накапливается за 1 год 100 кг органического вещества на 1 га. Приведенные факты говорят о быстром ритме процесса. Изучение этого процесса позволяет рассчитать возраст более развитых подзолов, сформировавшихся в том же районе, но о которых отсутствует точная информация.
Определение возраста органического вещества с помощью С14 (радиоуглеродный метод). В живом растительном веществе концентрация радиоактивного изотопа С14 (находящаяся в равновесии с СO2 воздуха) постоянна, хотя и невелика. Эта концентрация составляет приблизительно 1,85 х 10-10 % от валового содержания углерода. Когда растение отмирает (будучи гумифицировано или превратившись в состояние ископаемого) и, следовательно, процессы обмена в нем прекращаются, то относительное количество С14 уменьшается. Поскольку период полураспада этого элемента достигает примерно 5568 лет, то можно рассчитать возраст гумифицированного или захороненного органического вещества. Гюйе (Quillet, 1965) сопоставил возраст слоев вогезского торфяника, рассчитав его по радиоуглеродному методу, с данными по палинологии. Поскольку торф достаточно инертный, то время его образования соответствует возрасту углерода. Но использование этого метода для определения возраста гумуса современных почв сталкивается с серьезными трудностями. Метод позволяет определить только средний возраст углерода, поскольку органическое вещество почвы находится в постоянном развитии: оно то омолаживается за счет новых поступлений, то минерализуется и исчезает. Определение среднего возраста дает лишь приблизительные, мало точные указания о быстроте возобновления органического вещества. Таким способом Поль с сотрудниками (Paul et al., 1964) показали, что органическое вещество в бурой лесной почве (средний возраст 300 лет) менее устойчиво, чем в черноземе (средний возраст более 1000 лет). Средний возраст углерода в В1 подзолов на юге Швеции достигает всего 400 лет (Tamm et al., 1967). По другим же признакам этот автор считает, что процесс подзолообразования начался на юге Швеции примерно 8000 лет назад. Следовательно, приходится допустить, что в почве происходит постоянное возобновление органического вещества, с одной стороны, за счет привноса из верхних горизонтов, с другой — путем медленной минерализации с ритмом порядка 1% в год. Это возобновление на юге Швеции происходит быстрее, чем в подзолах бореальных областей, где средний возраст углерода может превышать 1000 лет.
Итак, радиоуглеродный метод является результативным только в сравнении с другими методами. Гюйе его применял в сочетании с палинологией при исследовании двух подзолистых почв. Оказалось, что горизонт Вh в подзоле на равнине под широколиственным лесом имел средний возраст 1000 лет и уже не соответствовал современной растительности, а в другой подзолистой почве возраст органического вещества в Вh достигал только 700 лет, и она находилась еще в процессе формирования.
Результаты и выводы. Сравним два процесса, характерные для умеренного климата, — вынос глины (лессиваж) и подзолообразование.
Вынос глины (лессиваж) в биологически активной среде является относительно медленным процессом. Минимальное время, необходимое для достижения равновесия в бурой лессивированной почве, исчисляется примерно в 5000 лет. Действительно, бурые лессивированные почвы на лёссе (Meyer, 1960) развивались почти в течение всего постледникового периода, то есть приблизительно 8000 — 10 000 лет.
Как указывает Цёттль, кривая процесса выноса глины, построенная в зависимости от времени, имеет форму S, амплитуда ее невелика (пока почва еще содержит много флокулирующих ионов Са), затем отклонение кривой увеличивается и снова уменьшается под влиянием усиления кислотности (рис. 2).
Оподзоливание, напротив, с самого начала протекает намного быстрее, особенно при благоприятных экологических условиях (кварцевая материнская порода, влажный климат, окисляющая растительность). Равновесие достигается через значительно более короткое время, чем в лессивированной почве. Однако быстрота подзолистого процесса очень изменяется в зависимости от условий среды. Если экологический фактор играет тормозящую роль, то, как мы увидим, подзолообразование становится медленным и неполным.
Таков подзолистый процесс под лиственным лесом; некоторые очень древние подзолы образовались, по-видимому, под такой растительностью на очень бедных песчаных породах в атлантический период (Dimbleby, 1962; Munaut, 1967); в этом случае подзолы неполноразвитые и отличаются присутствием железистого горизонта. Подобное подзолообразование под лиственным лесом, относительно медленное и постепенное, наблюдалось на ледниковых песках озера Мичиган (Franzmeier et al., 1963). В этом случае равновесие установилось через 7000—8000 лет.
Деградированные подзолы, образующиеся в результате инвазии вереска, более молодые. Их появление связано с вырубками лесов, начавшимися в бронзовом веке, и поэтому их возраст датируется 2000—3000 лет. Эти подзолы отличаются дифференцированным профилем и присутствием характерного темного горизонта Bh (гумусово-железистый подзол).
Наконец, некоторые подзолы в исключительно благоприятных условиях могут образовываться очень быстро, за несколько веков; таковы подзолы, формирующиеся под недавно интродуцированными хвойными насаждениями на песчаных равнинах во влажном климате. Здесь, под старыми соснами, наблюдаются воронко — или рюмкообразно внедрившиеся подзолы, чей возраст равен возрасту насаждения.
В гумусово-железистом подзоле различают две фазы развития (Franzmeier et al., 1963): фазу быстрого увеличения мощности горизонта А2 и более медленную фазу увеличения мощности горизонта В. В течение второй фазы верхняя граница горизонта В остается постоянной, так как поступающие сверху и удаляющиеся вещества компенсируются привносом, идущим с поверхности. Тем не менее профиль в целом постепенно углубляется, а затем стабилизируется; граница между горизонтами А2 и Вh со временем становится более резкой.
Источник
Как быстро образуется почва?
«Геологическое время» течёт удивительно медленно. Естественные изменения ландшафта практически невозможно заметить невооружённым глазом. Тем не менее измерения крутых горных вершин Новой Зеландии показывают, что скалы могут трансформироваться в почву более чем вдвое быстрее, чем считалось возможным ранее.
Обычно люди не задумываются, насколько быстро или медленно текут геологические процессы. Им совершенно безразлично, с какой скоростью распадаются горы. Однако в научном мире полагают, что исследователи не просто обнаружили новый рекорд скорости.
Распадающиеся горные хребты производят не менее половины всего количества выветриваемых и осадочных пород на планете, хотя занимают лишь несколько процентов ее поверхности. Таким образом, рекорды горных вершин имеют огромное значение для углеродного цикла. Земная кора выталкивает на поверхность горы, которые затем крошатся и вымываются водой в море, где, оседая на дно, формируют новую породу.
«Некоторые предыдущие работы утверждали, что существуют пределы [скорости] производства почвы, — рассказывает первый автор исследования Исаак Ларсен (Isaac Larsen), который работал над темой в рамках докторской диссертации в области наук о Земле. — Но никто не делал измерений».
«Эта работа определяет соотношение между темпами производства почвы и скоростью химического выветривания пород, и расширяет его до более высоких значений, чем когда-либо ранее наблюдаемые», — продолжает Ларсен, который в настоящее время работает в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене.
Объектом исследований учёных был «чрезвычайно прочный» горный хребет в новозеландских Южных Альпах, где крутизна склонов составляет примерно 35 градусов и ежегодно выпадает 10 метров осадков. Для сбора образцов породы Ларсен вместе с соавтором аспирантом Университета Линкольна в Новой Зеландии Андре Эгером (André Eger) высаживался с вертолёта на удалённые горные вершины и спускался с них пешком, чтобы доставить в базовый лагерь около 10 килограммов проб. Как вспоминает Ларсен: «Это были самые сложные полевые [исследования], которые я делал».
Собранные образцы учёные изучили в лаборатории, измерив количество бериллия-10, который образуется только на поверхности Земли под воздействием космического излучения. Измерения определили, что темпы производства почвы на вершинах хребтов составляют от 0,1 до 2,5 мм в год, и экспоненциально убывают с увеличением толщины почвы.
Зафиксированная скорость образования почвы более чем вдвое превышает предполагаемую величину. Кроме того, исследование показывает, что темпы производства почвы и её выветривания увеличиваются по мере того, как склоны становятся круче. Учёные предполагают, что в других местах с открытыми горными склонами, например, в Гималаях, происходят аналогичные процессы.
«Пара миллиметров в год звучит довольно медленно для всех, кроме геологов, — говорит соавтор работы профессор Дэвид Монтгомери (David Montgomery). — Однако измеренные Исааком два миллиметра производства почвы в год означают, что образование дюйма почвы займёт всего десяток лет. Это потрясающе быстро для геолога, ведь здравый смысл подсказывает, что нужны века».
Источник
Забытая реальность
вспомним прошлое, вернемся к истокам
Скорость почвообразования как инструмент: за и против истории
Если я буду утверждать, что отраслевые науки сопрягаются истории естественно, то со мною согласятся все, кроме исследователей с альтернативными взглядами.
Если буду говорить, что науки сопрягаются истории принудительно, то и в этом случае согласятся опять многие, но уже без историков и людей от науки.
Задача: привести в согласие тех, кто вникает : историков, ученых и исследователей с альтернативными взглядами. Если это удастся, то как себя поведут те, кто не вникает?
Скорость почвообразования — наиважнейший инструмент в археологии, которая душою и телом служит истории. Ибо история археологична и археология исторична. Значит при ответе на вопрос о скорости почвообразования почвоведение не может не учитывать требования исторической науки.
История и наука — крупные игроки.
Для ознакомления с точкой зрения почвоведов взял советский вузовский учебник.
Нахожу вполне ожидаемые сведения о согласии с научной картиной мира.
далее углемодный метод утверждает «тыщи лет»
Здесь наука затрудняется
Молодость, зрелость и древность почв на этом ученом языке означает тысячи, десятки тысяч и миллионы лет.
Казалось бы важным дать студентам первоначальные простые и внятные представления о том, как быстро природа формирует «кожу» планеты. На вопрос «как быстро» — отвечает: «медленно формирует».
Такой ответ по-своему тоже хорош. Вывод нужный получается из него — кожу-почву надо беречь.
Только как бы мы с вами жили, если бы после порезов или ожогов кожа бы у нас восстанавливалась за несколько месяцев, т.е. в десятки-сотни раз медленнее, чем обычно? А именно в такой пропорции «надувают»
будущих почвоведов их учебники. И тех, кто не вникает — через археологию.
Историки согласны с цифрами, альтернативщики — с выводами. Хлопать в ладоши ещё рано: и те и те согласны, но пока что с разным.
Привлечём лесоводов. Что же говорит лесоводство о скорости почвообразования?
В книге Ткаченко М.Е. «Общее лесоводство» на стр.162 изложено, что
Посчитаем: 735 куб.м./10000 кв.м.=0,074 м. или 7.4 см за 80 лет. На год приходится: 7.4/80 = 0.93 мм
На следующей странице находим более интересные цифры:
Даже «песчаные» цифры позволяют нам рассчитывать на прирост почвы (9 см./45 = 2 мм. в год.
За 100 лет = 20 см., за 200 — 40 см. и за 300 — 60 см.
Если же взять средние данные, то получаем прирост гумуса в 2-3 раза быстрее: за 200 лет — 1 метр. И даже больше!
Лесоводство — отраслевая наука, такая же, как и почвоведение. А цифры дают разные.
Потому что почвоведам дан заказ придумать параметры, а про лесоводов забыли.
В статье «После драки или драги» , здесь на Конте, приведены результаты обследования дражных отвалов на состояние почв и лесов спустя 70 лет после ухода человека. Ученый-лесовод Сергей Низких делает вывод, что : «..через 70 лет после прекращения деятельности человека природная среда начинает примерно соответствовать ее естественному состоянию».
Лесоводы — согласны. Почвоведы, археологи молчат, сказать нечего, — считай, согласны. Альтернативщики — согласны. Кто не вникает — тоже согласны, хотя и не вникали.
Согласие достигнуто. Задача решена. Почва прирастает быстро.
Источник