1.3. Почва и рельеф
Почва представляет собой особое (биокосное) природное тело, образующееся на поверхности суши в результате продолжительного взаимодействия почвообразующих пород, климата, живых организмов в определенных условиях рельефа и (во многих случаях) при антропогенном воздействии. Свойства почвы оказывают значительное влияние на условия жизни наземных организмов и в первую очередь растений. Свойства почвы (и вообще – субстрата) объединяют под общим названием эдафические факторы среды.
По довольно утилитарному определению В.Р. Вильямса, почва – это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Таким образом, важнейшим свойством почвы принято считать ее плодородие.
Почва – многофазно-твердофазная среда, включающая твердые, жидкие, газообразные компоненты и биоту – совокупность организмов. Она во многом представляет собой продукт физического, химического и биологического выветривания горных пород под воздействием климата, растений, животных, микроорганизмов, хотя в ней есть признаки и более высокой организации – надпородного развития.
Физические свойства почвы (плотность, влажность, теплопроводность и др.) определяются ее механическим составом – соотношением песчаных и глинистых частиц; содержанием органической составляющей и иных компонентов.
Важнейшая функция почвы – обеспечение растений водой и минеральным питанием. Различают биологически доступную – свободно передвигающуюся по капиллярам почвы воду и биологически недоступную воду, удерживаемую почвенными частицами так прочно, что растения не могут ее усвоить. Различают физическую и физиологическую сухость почвы. При физической сухости в почве наблюдается недостаток влаги, при физиологической сухости вода в почве содержится, но не может усваиваться растениями из-за высокой солености, кислотности или при плохой аэрации, низкой температуре, нарушающих нормальную физиологическую функцию корневой системы.
Химические свойства почвы зависят от содержания растворимых и потенциально растворимых минеральных и органических веществ. Показатель концентрации ионов водорода в почве (рН) может различаться для разных типов почв. Лесные типы почв имеют кислую реакцию среды, степные – близкую к нейтральной или щелочную реакцию. Флора почв с нейтральной реакцией среды особенно богата видами. Известковые и засоленные имеют щелочную реакцию с рН 8-9, а торфяные – кислую с рН до 4: на этих почвах развивается специфическая растительность.
В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы, простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Основные биохимические процессы протекают в верхнем слое почвы толщиной до 40 см, т. к. он наиболее обогащен воздухом, органическими отходами продуцентов и консументов (детритом) и содержит наибольшее количество микроорганизмов по сравнению с более глубоко расположенными слоями.
Процесс гумусообразования начинается с разрушения и измельчения отмершей растительной массы и мертвого животного вещества. Этот процесс осуществляется под воздействием абиотических факторов (осадки, перепады температур), животных при обязательном участии грибов и бактерий. К таким животным относятся сапрофаги, потребляющие мертвое вещество; некрофаги, питающиеся трупами животных; копрофаги, уничтожающие экскременты. Большую роль в почвообразовании играют подвижные животные. Они разрыхляют почву, создают условия для ее аэрации, перемещают органические и минеральные вещества. Например, дождевые черви на луговых почвах за год выбрасывают на поверхность до 80-90 т/га копрогенного материала, степные грызуны перемещают вверх сотни кубометров грунта.
Почвенных обитателей подразделяют на три группы:
- микробиотип, микробиота – почвенные микроорганизмы: зеленые, сине-зеленые, диатомовые водоросли, бактерии, грибы и простейшие;
- мезобиотип, мезобиота – многочисленная (десятки и сотни тысяч особей на 1 м 2 почвы) совокупность сравнительно мелких легко извлекаемых из почвы подвижных животных: почвенные нематоды, мелкие личинки насекомых, клещи, ногохвостки и др.;
- макробиотип, макробиота – крупные насекомые, дождевые черви и др. животные. Наибольшее значение имеют дождевые черви, достигающие численности до 300 экз. на 1 м 2 .
Специфические приспособительные особенности выработались у заселяющих подвижные пески растений (псаммофиты) и животных (псаммофилы). Растения-псаммофиты (ивашелюга) используют для закрепления подвижных песков, возникших, например, в результате перевыпаса, при ошибках при проведении мелиоративных работ и т. п. После закрепления песка псаммофитами создаются благоприятные условия для произрастания других растений: сосновых лесов на песчаных дюнах, бахчевых культур на степных и пустынных песках. При этом сами псаммофиты находят для себя все меньше благоприятных условий и исчезают (вытесняются), что приводит к полной смене растительных ассоциаций и животного населения.
Почва состоит из хорошо выраженных слоев, часто различающихся по цвету. Эти слои называются почвенными горизонтами, а последовательность горизонтов от поверхности вглубь называется почвенным профилем. Для автоморфных почв это, как правило, следующие горизонты:
- верхний горизонт – горизонт А (гумусовый), разделен на слои: подстилка (А0); гумусово-аккумулятивный (А1);
- выщелоченная (светлоокрашенная, т. е. в этом слое часть минеральных веществ и окрашивающих почву гуминовых кислот вымыты или извлечены растениями) – это элювиальный горизонт А2 (характерен для лесных почв);
- глубже горизонта А расположен горизонт В – иллювиальный, или горизонт вмывания;
- еще ниже залегает материнская горная порода С, из которой формируется почва.
Для умеренных, полярных широт большое экологическое значение имеет снежный покров в зимнее время (его толщина, рыхлость), так как он обеспечивает благополучную зимовку многих видов растений и почвенных микроорганизмов. Наземным животным – каждому виду – свойственна определенная критическая глубина снега, при которой ему становится трудно передвигаться и добывать пищу.
Рельеф может создавать разнообразие окружающих условий в пределах территорий с одинаковым климатом. С увеличением высоты на каждые 1000 м температура воздуха снижается примерно на 6 о С. В холмистой и сильно пересеченной местности ее наклон и экспонированность солнечным лучам определяют температуру, освещенность и влажность почвы. На крутых склонах почвы хорошо дренируются, что приводит к недостатку влаги для растений, хотя в близлежащих низменных местах почва насыщена влагой. Микрорельеф защищает или, наоборот, усиливает воздействие ветра.
Таким образом, орографические факторы оказывают на биоценозы не только прямое, но и косвенное влияние (орография – морфологическое описание форм рельефа). Вертикальные и горизонтальные особенности рельефа обусловливают разнообразные формы местообитаний, занимаемых биогеоценозами: сплошные пространства для однородных территорий; ленточные формы, пояса для разных уровней склонов оврага; локальный, островной характер на участках микрозападин, ложбин, бугров и холмов, около небольших водоемов и в них самих и т. п. Поэтому по профилю, расположенному от вершины водораздела к берегу реки или ко дну оврага, может быть представлено несколько разных биогеоценозов.
Источник
Рельеф. Орографическое районирование
Рельеф — важный фактор почвообразования и географического распространения почв. Он играет ведущую роль в перераспределении тепла и влаги, продуктов выветривания и почвообразования на земной поверхности.
Перераспределение солнечной энергии вызвано наличием склонов разной крутизны и экспозиции. Положительные и отрицательные элементы рельефа любого уровня связаны между собой процессами денудации и аккумуляции, геохимическим потоком веществ. Неровности рельефа, влияя на сток поверхностных вод, способствуют стеканию влаги атмосферных осадков с возвышенных элементов рельефа в понижения. С перераспределением влаги по элементам рельефа связана миграция как твердого вещества почв (смыв и размыв — эрозия), так и растворимых продуктов выветривания и почвообразования, осуществляемая не только с поверхностными, но и с грунтовыми водами.
Благодаря различию в возрасте почв на разных элементах рельефа и дифференциации условий почвообразования рельеф оказывает существенное влияние на закономерности пространственного распространения почв — структуру (тип строения) почвенного покрова и служит основой почвенной картографии. В строении почвенного покрова можно выделить несколько уровней организации, вложенных один в другой: микроструктуры — мезоструктуры — макро- и мегаструктуры. Микроструктуры (или элементарные почвенные структуры) связаны в своем распространении чаще всего с микрорельефом. Мезоструктуры выражены повсеместно и обычно связаны с определенным типом мезорельефа или пространственной сменой почвообразующих пород. Пространственное чередование мезоструктур, обусловленное различными факторами (биоклиматическими, орографическими, литологическими, историко-генетическими), создает макро- и мегаструктуры почвенного покрова, охватывающие большие территории. Рельеф выступает и как фактор эволюции почв при его изменении.
Орографическое районирование
Орография (от гр. oros — гора и graphо — пишу) означает раздел географии, занимающийся описанием форм земной поверхности, их классификацией и изучением их распределения. Наибольший интерес в орографии представляет описание возвышенных мест (таких, как горы, возвышенности и холмы) на фоне низменностей, депрессий, котловин и т.п. Карта орографического районирования России представляет собой карту возвышенных мест России, то есть карту относительных высот, отсчитанных для каждого возвышенного места от своего уровня. Важно осуществление объективного районирования, основанного на явном определении того, что можно понимать под «возвышенными местами». Такое районирование и послужило основой созданной карты. Этот подход может выявлять заметные различия между характеристиками ландшафтов, экосистем и почв для возвышенных и других мест (низменностей, котловин, долин), как это впервые отметил В.В. Докучаев [81].
Легко представить себе определение замкнутых (бессточных) депрессий: если вылить воду на слепок земной поверхности, то оставшиеся на нем лужицы и будут замкнутыми депрессиями. Глубина каждой такой депрессии отсчитывается от уровня соответствующей ей водной поверхности и аналогична глубине полностью заполненного озера. П.К. Соболевский [224] отметил, что при переворачивании такого слепка поверхности возвышенные места заменяются депрессиями. Перевернув слепок и вылив на него воду, получаем возвышенные места в виде лужиц, а вместе с ними и значения их высот, отсчитанные от уровня свободной водной поверхности, разного для разных возвышенных мест, как и в случае депрессий или озер. На практике, конечно, никто не переворачивает этот слепок, но осуществляют инверсию высот, то есть замену в компьютере знака абсолютной высоты на противоположную, а затем рассчитывают «глубины депрессий» для этой инвертированной поверхности по известному алгоритму [289], получая карту высот возвышенных мест. Именно таким образом построена карта орографического районирования территории России. При расчете использовалась матрица высот земной поверхности NASA «GTOPO30» для Евразии разрешения 2,7 км в плане.
Подавляющая часть крупных возвышенных мест имеет определенные географические названия.
Глубины для серии озер могут быть представлены в единой легенде, поскольку они отсчитываются для каждого озера от соответствующего ему уровня свободной водной поверхности, отвечающего максимальному заполнению озера водой. Аналогично, высоты возвышенных мест отсчитываются от уровня «свободной водной поверхности», разного для каждой «лужицы» в инвертированной поверхности, а потому также могут быть представлены в единой легенде. Этим уровнем для каждого возвышенного места является высота наибольшей замкнутой горизонтали внутри континента (или острова), которая его окаймляет. Показано [292], что высота и положение на карте этой замкнутой горизонтали не зависят от границ континента.
При расчетах депрессий граница местности рассматривается как «пропасть» [289], так что достигающая этой границы вода уходит с территории. Ясно, что если рассматриваемая территория не включает в себя всей замкнутой депрессии, то рассчитанная глубина депрессии будет неправильной. Поскольку для получения карты возвышенных мест используется в точности тот же алгоритм, что и для расчета замкнутых депрессий, но примененный к инвертированной земной поверхности, здесь также важно положение границы используемой при расчете карты. Она должна включать в себя все возвышенные места на территории России вместе с их границами, даже если эти границы находятся за пределами России. Поэтому вначале проводился расчет для всего континента (Евразии), и лишь затем из полученной для континента карты оставляли отвечающую России часть.
Несколько неожиданным свойством карты возвышенных мест России является их иерархическое устройство, выраженное в явном виде. Обычно вопросы установления иерархии ландшафтов и экосистем вызывают известные трудности, а решение этих проблем носит не вполне явный характер [233]. В данном случае ситуация иная. Конкретно, рассчитанные для всего континента возвышенные места являются таковыми первого континентального уровня, которые, как уже отмечалось, не зависят от границ континента; именно они показаны на карте. Если выделить какое-либо возвышенное место и принять его границу как границу карты, то получим возвышенные места второго континентального уровня, и так далее [292]. Предвосхитив эту идею, В.В. Докучаев [81] писал о важности «возвышенных, сухих мест» в почвоведении, определенных им на некотором высоком уровне иерархии.
Построенная на основе этих подходов карта может использоваться для выявления некоторых рельефообразующих процессов, происходящих на геологических временах. Так, ледовая эрозия формирует определенные формы рельефа в периоды оледенения (например, друмлины; известны так называемые «поля друмлинов», то есть множество вытянутых вдоль направления движения древних ледников возвышенных мест, обычно относительной высоты 5–15 м).
Всем формам рельефа вне возвышенных мест на карте отвечает нулевое значение в легенде (наиболее темный цвет). Им, как правило, соответствуют низменности и равнины, с которыми нередко связаны заболоченные участки местности. Границу относительно контрастно выраженного возвышенного места принято характеризовать как базис эрозии, или «подножие» (границу) возвышенного места. К нему направлено движение (и скопление) мигрирующих вниз по склонам под действием силы тяжести и эрозионно-денудационных процессов материалов (почв и грунтов), то есть, в первую очередь, относительно легко перемещаемых мелкодисперсных частиц, а также и обломков горных пород.
Предложенная классификация форм рельефа местности на три непересекающиеся системы областей, а именно возвышенные места, замкнутые депрессии и пространство между ними (седловины) [292], имеет свойство высокой точности определения этих форм [291] и применима для участков местности практически любой протяженности.
Источник