Историко-хронологическое разнообразие почвенного покрова
Дифференциация почвенного покрова на поверхности Земли — это результат длительных процессов и сложной истории развития ландшафтов. Почвы начали формироваться с момента возникновения жизни на планете и заселения суши сначала низшими, а затем высшими организмами, т. е. как только появились условия для образования биокосных тел. По мере увеличения плотности жизни и эволюции живых организмов расширялась среда и изменялись формы почвообразования, сменявшие одна другую в пространстве и во времени. К настоящему моменту многие поколения почв безвозвратно исчезли с поверхности Земли в результате денудационно-аккумулятивных процессов, трансгрессий моря и тектонических явлений. В палеозойских и мезозойских литифицированных (окаменелых) осадочных породах континентального происхождения находят лишь следы древнего почвообразования. Фрагментарно встречаются древние почвы в кайнозойских континентальных осадках и в отложениях четвертичного периода.
И все-таки, несмотря на периодическое «стирание» почв в истории Земли, современный почвенный покров представляет собой сложное гетерохронное (разновозрастное) образование. Это связано с тем, что катастрофические (по отношению к почвенному покрову) природные явления происходили на разных участках земной поверхности в разное время. Так, обширные платформы и древние пенеплены влажных тропических и экваториальных областей, не подвергшиеся четвертичным оледенениям и заметным тектоническим нарушениям, представляют собой территории, где стабилизированная литологическая основа существует с мезозойского и даже более древнего времени. Здесь развиты ферраллитные коры выветривания, на которых почвообразование идет не прерываясь многие сотни тысяч и миллионы лет. При этом биоклиматическая обстановка во многих случаях не претерпевала существенных изменений.
Почвенный покров современных бореальных и суббореальных лесных областей значительно моложе. Определяющим его возраст фактором стали плейстоценовые материковые оледенения, особенно их последние стадии, после которых поверхность покрылась плащом гляциальных и флювиогляциальных наносов и начался текущий (голоценовый) этап формирования почвенного покрова. Длительность его протекания в этих областях — не более 10—12 тыс. лет.
Почвенный покров внеледниковых территорий суббореального пояса, занятых современными лесостепными и степными ландшафтами, имеет больший возраст — десятки тысяч лет. Новейший этап формирования почв здесь начинался в большинстве случаев на лёссовых аккумуляциях или наносах, связанных с трансгрессией морей. Самый молодой почвенный покров (десятки, сотни лет, первые тысячи лет) характерен для свежих аллювиальных осадков (особенно на низких поймах), территорий, покрытых недавними вулканическими отложениями, а также для горных областей, где активно идущие денудационно-аккумулятивные процессы постоянно «возвращают» почвообразование на начальные стадии его развития.
Гетерохронность почвенного покрова обусловливает различия в его составе и строении, поскольку почвы, находящиеся на разных этапах развития, могут существенным образом различаться. В процессе направленной эволюции при увеличении возраста почвы могут изменяться не только количественно (обогащение или обеднение веществами), но и качественно, неоднократно переходя, например, из одного подтипа и даже типа в другой. Поэтому для правильной оценки историко-хронологических факторов дифференциации почвенного покрова необходимо понимание закономерностей эволюции почв во времени. Основы эволюционно-исторического анализа почв и почвенного покрова заложены в положениях В.В. Докучаева о генетических связях между различными почвами, прогрессе и регрессе почв, об их устойчивости и изменчивости.
Одним из важнейших аспектов теории эволюции почв являются представления о связи развития почв с изменением факторов почвообразования. Практически любое изменение почв во времени обусловлено изменениями среды ее существования. При этом факторы почвообразования могут изменяться с различной быстротой, соизмеримой или несоизмеримой с возможной скоростью развития почв. Возможно несколько состояний почв во времени в связи с состоянием географической среды (рис. 22.3).
1. Относительно стабильное состояние почвы в условиях начавшегося изменения факторов почвообразования. Почва находится в равновесии с предшествующей комбинацией факторов почвообразования, а текущие изменения факторов еще недостаточны для его нарушения.
2. Одновременная эволюция почв и факторов почвообразования
Рис. 22.3. Типы (этапы) состояния почв во времени (1—4)
в связи с состоянием факторов почвообразования: а — состояние факторов почвообразования; б — состояние почв
3. Эволюция почв, протекающая вследствие изменения факторов почвообразования, но после них, в период стабилизации факторов.
4. Состояние относительного равновесия почв со средой в период постоянства факторов почвообразования, наступивший вслед за этапом их изменения.
Схема возможных рядов развития почв в соответствии с циклами изменения тех или иных факторов почвообразования была предложена Н.Н. Розовым. Им были выделены следующие циклы:
1) собственно биологический — это цикл «саморазвития» почвы в системе почва—растение, когда ведущим фактором является изменение биоценоза;
2) биогеоморфологический — цикл развития почвы и системы почва—растение в связи с развитием рельефа;
3) биоклиматический — цикл развития почвы и системы почва—растение вместе с изменением климата.
Биологический цикл (саморазвитие, онтогенез, автоэволюция, статопедогенез) разделяется на две фазы:
1) фазу образования почвы из горной породы;
2) фазу зрелой почвы.
В первую фазу вследствие «неуравновешенности» свойств горной породы с другими факторами почвообразования, прежде всего с гидротермическими и биогеохимическими условиями, а также вследствие смен биоценозов (по мере заселения горной породы) почвообразование идет относительно быстро.
По мере того как слагается устойчивый по отношению к данным гидротермическим условиям и условиям субстрата биоценоз — «климакс—ассоциация» — почва достигает зрелости. Дальнейший процесс изменения биоценоза и почвы идет значительно медленнее, хотя и не прекращается. Наряду с суточными и годичными биоценотическими ритмами, определяющими в значительной мере циклические почвенные процессы, в почвенной толще идут необратимые изменения минеральных и органических соединений, в результате которых часто существенно трансформируются условия местообитания живых организмов, что в свою очередь вызывает новые изменения в биоценозах. Таким образом, на стадии «зрелой почвы» ее дальнейшее развитие в условиях относительного постоянства климата и устойчивого рельефа обусловлено все большим проявлением обратной связи почв с биологическими факторами почвообразования, т. е. взаимодействием почв и биоты.
Формирование почвы, как уже говорилось выше, начинается с заселения поверхности породы организмами. При этом процесс идет различно в зависимости от того, начинается ли почвообразование на поверхности плотной массивной породы или на рыхлом, уже измененном выветриванием воздухо - и водопроницаемом материале.
На массивной породе процессы выветривания (т. е. изменения физического, химического и минералогического составов породы) и процессы почвообразования идут одновременно, распространяясь от поверхности вглубь и захватывая постепенно все более глубокие слои породы.
Первые поселенцы на скалах — микроорганизмы. Их клетки и споры переносятся по воздуху и откладываются на поверхности и в трещинах породы. Среди них есть автотрофы (синезеленые и диатомовые водоросли, азотфиксирующие бактерии и др.), которые не нуждаются в готовом органическом веществе — источнике углерода и азота, а поглощают эти элементы из воздуха или дождевых осадков.
После отмирания клетки автотрофных организмов служат питательным субстратом для гетеротрофных организмов (или сапрофитов), нуждающихся в готовом органическом веществе (разнообразные микроскопические грибы, актиномицеты, бактерии). Продукты жизнедеятельности и разложения этих организмов наряду с кислородом воздуха и атмосферной влагой воздействуют на минералы горных пород, разлагают и растворяют их.
На поверхности массивных пород поселяются и разнообразные литофильные лишайники: накипные, листовые и пластинчатые.
Лишайники разрушают породу, воздействуя на нее и химически и механически (гифы лишайников проникают в тончайшие трещинки между минералами). При отмирании лишайников их органические остатки смешиваются с минеральным мелкоземом, накапливающимся в углублениях и трещинах скал. В этих местах поселяются мхи, куртинки травянистой растительности и даже отдельные кустарники и деревья. Участки, покрытые такой растительностью, осваиваются беспозвоночными животными. Так формируются первичные, или пленочные, почвы, мощность которых измеряется сантиметрами. Они состоят практически из одного темноокрашенного, пронизанного корнями и сплошь переработанного беспозвоночными гумусового горизонта А1, лежащего на плотной, но с поверхности измененной породе.
На свежих рыхлых наносах начальное почвообразование идет несколько иначе. Первые стадии почвообразования на молодых рыхлых отложениях можно наблюдать на речном аллювии в поймах и дельтах рек, на свежих пролювиальных конусах выноса, молодых горных моренах и осыпях, на вновь обнажающихся из-под воды морских отложениях, на свежих вулканических пеплах вблизи действующих вулканов и на антропогенных выемках и насыпях (курганах и др.).
Рыхлые отложения водо- и воздухопроницаемы, что благоприятствует уже на самых первых стадиях почвообразования проникновению в глубь толщи наноса корней, микроорганизмов и почвенных животных. Рыхлые отложения содержат не только первичные минералы, но и продукты их выветривания — вторичные минералы. Большая удельная поверхность минеральной массы в рыхлых наносах и наличие элементов питания, доступных для растений, благоприятствуют относительно быстрому заселению поверхности высшими зелеными растениями и формированию через ряды сукцессионных смен растительности сложившегося биоценоза.
Имеется ряд исследований почв, образовавшихся на одних и тех же отложениях, в одних и тех же климатических условиях, но на разновозрастных, хорошо датированных субстратах (на разновозрастных моренах горных ледников, приморских дюнах, насыпных валах, курганах). Такие хроноряды позволяют установить направленность, скорость и стадии развития почв в период их начального становления в рамках биологического цикла почвообразования (рис. 22.4).
Исследования, проведенные с помощью метода почвенных хронорядов в высокогорной зоне Приэльбрусья, показали, что зрелый
гумусовый горизонт горно-луговых и горных лесо-луговых почв формируется за 300—500 лет; для образования хорошо выраженного ожелезненного метаморфического горизонта требуется не менее 1000 лет, иллювиального алюмо-железисто-гумусового горизонта — несколько первых тысяч лет (рис. 22.5). В полупустынных суглинистых почвах гумусированный выщелоченный от легкорастворимых солей горизонт образуется за несколько сотен лет, субаэральное атмогенно-биогенное обызвесткование почв проявляется через 1000—2000 лет, элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по содержанию ила становится хорошо заметной через 3000—4000 лет. В степных черноземах полноразвитый мощный гумусово-аккумулятивный горизонт появляется не менее чем через 2000—3000 лет после начала формирования профиля, иллювиально-карбонатный и элювиально-глинистый горизонты — через 3000—4000 лет. Сравнительно немного времени (несколько сотен лет) необходимо для образования выраженного органогенного горизонта в торфяно-глеевых почвах и элювиально-глеевого в глее - подзолистых почвах (А.Н. Геннадиев, 1990).
На рис. 22.6 показано, какие горизонты и в какой степени оказываются сформированными в различных почвенных зонах в течение 1000 лет, в том случае, если процесс почвообразования начинается на свежих субстратах.
Рис. 22.6. Хронокоррекция результатов почвообразования. Почвы: I — торфяно-глеевые и торфяные; 2 — подзолы; 3 — дерново-подзолистые; 4 — буроземы лессивированные; 5 — серые лесные; 6 — дерново-карбонатные; 7 — глеево-элювиальные; 8 — черноземы выщелочные и оподзоленные; 9 — черноземы типичные и обыкновенные; 10 — светло-каштановые; 11 — лугово-каштановые; 12 — горно-луговые субальпийские. Горизонты; А — гумусовые (0 — грубо-;/ — фульватные; h — гуматные); Т — торфяные; А2 — элювиальные; Вш — метаморфические; В — иллювиальные (I — текстурно-; h — гумусово-; Fe — железисто-; Са — карбонатно-; Cs — гипсово-; tN' — солонцеватые); G, g — глеевые. Штриховкой показаны горизонты, не успевающие сформироваться за 1000 лет
Таким образом, скорость начального формирования почв и отдельных их свойств в различных биоклиматических и тополитологических условиях существенно различается. Время, необходимое для того, чтобы то или иное свойство почвенного тела или вся почва в целом полностью сформировались, т. е. пришли в равновесие с данной комбинацией факторов почвообразования, предложено назвать характерным временем почвы или отдельного ее признака.
И.А. Соколовым и В.О. Таргульяном была произведена группировка свойств почв {гумидных умеренных областей) по примерной величине характерного времени. Из этих данных можно видеть, что почвы обладают как свойствами с очень малыми характерными временами — часы, сутки, месяцы (влажность, температура, состав почвенного поглощающего комплекса), так и свойствами с очень большим характерном временем — сотни тысяч и даже миллионы лет (образование зрелого минералогического профиля, выветривание кислых полевые шпатов, кварца). Названные авторы сформулировали представление о «почве-памяти» и «почве-моменте».
Почва-память — это совокупность устойчивых и консервативных свойств почвенного профиля, являющихся результатом действия факторов и процессов в течение всего периода почвообразования.
Почва-момент — это совокупность динамических, лабильных свойств, являющихся результатом факторов и процессов, действующих в момент наблюдения почвы или вблизи него.
Развитие почв в биогеоморфологическом цикле происходит в том случае, когда ведущими в эволюции почв становятся изменения рельефа. Почвы, достигшие равновесия с данной комбинацией факторов почвообразования или стремящиеся к равновесию с ними, выводятся из этого достояния в силу изменения геоморфологической обстановки и таким образом возникновения иной комбинации факторов почвообразования.
С.С. Неуструев доказал на основании анализа почвенного покрова разновозрастных террас степных рек выраженный в пространстве геоморфологический цикл эволюции почв — от солончаковых и солончаковатых почв поймы до луговых солонцов и остепеняющихся солонцов высоких террас.
В.А. Ковдой с соавторами была разработана концепция эволюции почв, которая исходит из того, что в пределах обширных территорий суши мира, представленных гляциальными, флювиогляциальными и аллювиальными равнинами, наиболее универсальной закономерностью послеледникового развития земной поверхности было ее медленное поднятие, сопровождающееся образованием постепенно повышающихся систем террас или постепенно углубляющихся систем долин. При этом происходило понижение уровня фунтовых вод и последовательное обсыхание почвенного покрова. В этой связи считается, что большинство почв великих равнин суши Земли прошли в прошлом гидроморфный этап развития, а полный эволюционный ряд таких почв представлен несколькими историко - генетическими стадиями. Выделяется пять основных стадий.
1. Гидроаккумулятивная — с подводным почвообразовательным процессом.
2. Гидроморфная — стадия капиллярно-надводного почвообразования.
3. Мезогидроморфная — с воздействием капиллярных вод лишь на глубокую часть почвенного профиля.
4. Палеогидроморфная — грунтовые воды не оказывают влияния на почвообразование, но о воздействии их на предшествующих стадиях свидетельствуют некоторые остаточные признаки былого гидроморфизма (специфические новообразования, конкреции, остатки гидрофильной флоры и т. д.).
5. Протерогидроморфная — стадия, при которой почвы развиваются при глубоком залегании грунтовых вод. Признаки прошлого гидроморфизма выражены слабо или отсутствуют. Только палеогеографические данные позволяют предполагать приуроченность ландшафта в прошлом к аккумулятивным гидроморфным условиям.
Развитие названных стадий почвообразования в геоморфологическом цикле осуществляется с различной скоростью и имеет качественные отличия в разнообразных биоклиматических условиях.
Биоклиматический цикл развития почв связан с изменениями климатических условий и сдвигом границ растительных и почвенных зон. Почвенный процесс видоизменяется вслед за эволюцией биоклиматической обстановки, что приводит к преобразованиям в строении почвенного профиля.
Универсальное значение направленному биоклиматическому циклу развития почв придавал В. Р. Вильяме. Им была выдвинута теория «единого почвообразовательного процесса», согласно которой все почвы равнин прошли в своем развитии ряд стадий, обусловленных изменениями положения полюсов Земли и соответственно термических зон. Эволюция почв шла, по В.Р. Вильямсу, в следующем направлении: от наиболее молодых — тундровых, через подзолистые, болотные к все более древним — черноземным, далее к сухостепным, солонцовым и солончаковым почвам. Предполагается, что одна и та же почва (как физическое тело) проходит через все названные стадии. Однако эта гипотеза была слишком абстрактной, умозрительной, она не подтвердилась последующими исследованиями.
Позднее были предложены более обоснованные схемы биоклиматической эволюции почв регионального характера.
Так, согласно схеме В.О. Таргульяна и A.JI. Александровского, почвообразование на суглинистых породах в пределах южной тайги Русской равнины претерпело в голоцене (последние 10—12 тыс. лет) следующие изменения. В позднеледниковье формировались слабо дифференцированные почвы с признаками гидроморфизма и солифлюкционных деформаций, в раннем голоцене развивались процессы гумусонакопления, оглеения и выщелачивания, отличавшиеся малой интенсивностью; позднее — в теплый и влажный раннеатлантический период — произошла глубокая текстурно-химическая дифференциация почвенных профилей; в позднеатлантическое время из-за увеличения засушливости климата проявилась стадия темноцветного лугово-степного почвообразования и в последней трети голоцена в связи с похолоданием климата протекали деградация темноцветного горизонта, кислотный гидролиз и элювиально-глеевый процесс.
В работах, посвященных истории голоценового почвообразования в степных областях Русской равнины (В.П. Золотун, 1974, И.В. Иванов, 1983 и др.), выявлено направленное возрастание мощности гумусового горизонта и увеличение глубины залегания карбонатов в черноземах на протяжении последних 4000—5000 лет, что трактуется как результат смены климатических условий — повышения увлажненности, происходившего на рубеже суббореального и субатлантического периодов голоцена (около 2500 лет назад).
Каждый из рассмотренных циклов (биологический, геоморфологический, биоклиматический) может быть ведущим в процессе развития почв на том или ином участке земной поверхности. Но нередко в природе почвенный покров одновременно эволюционирует в нескольких поступательных циклах изменения почв, как бы «вложенных» один в другой и вызывающих сложный суммарный эффект. В зависимости от соотношения стадий почвообразования, совпадения или несовпадения их направленности в процессе эволюции почв, те или иные почвенные свойства при переходе от одной стадии к другой могут либо усиливаться, либо ослабевать, либо исчезать вовсе, замещаясь на новообразованные.
В соответствии с тем, какой тип эволюции определяет развитие почвенного покрова во времени, свойства составляющих его почв могут в большей или меньшей степени соответствовать современным факторам почвообразования. Если почвенный покров относительно молод и формировался в условиях практически неизменной или медленно изменяющейся географической среды, то, как правило, свойства почв в полной мере отражают современную биоклимагическую и тополитологическую обстановку. В этом случае почвенный покров, по образному выражению В.В. Докучаева, представляет собой именно «зеркало ландшафта» (существующего в данный момент).
Но на значительных пространствах земной поверхности почвенный покров имеет длительную и сложную историю, он развивался при многократных сменах климата, биоценозов, геоморфологических и гидрогеологических условий. В таких ситуациях в почвах могут сохраняться черты, не объяснимые современными факторами почвообразования и свидетельствующие об иных фазах развития почв, связанных с иной в прошлом географической обстановкой. Такие унаследованные от былых этапов почвообразования свойства почв называются реликтовыми, а почвы, включающие их, — полигенетичными.
Так, к полигенетичным относятся современные субаэральные почвы (существующие вне влияния грунтовых вод), в профиле которых наблюдаются реликтовые горизонты гидрогенной аккумуляции тех или иных соединений (легкорастворимых солей, гипса, карбонатов кальция, гидроксидов железа и марганца и др.), указывающие на связь почв с грунтовыми водами в прошлом — на их палеогидроморфизм. О том же могут свидетельствовать в субаэральных почвах кремнеземистые корки и конкреции, сизые, зеленоватые и ржавые пятна в нижних частях профиля, а также остатки гидрофильной флоры. К реликтовым свойствам относятся криотурбации в почвах, не имеющих в настоящее время горизонта вечной мерзлоты; остатки мощного гумусового горизонта на некоторой глубине, верхняя часть которого подверглась минерализации; наличие целых профилей сильновыщелоченных ферраллитных почв в экстрааридных условиях тропических пустынь и т. д. Встречаются гидроморфные почвы, в которых обнаруживаются признаки прежнего субаэраль-
Рис. 22.7. Типы почвенно-генетических регионов. Регионы с преобладанием относительно молодых почв, отвечающих современным условиям: 1 — горы с преобладанием почво-элювиев; 2 — горы с сочетанием почво-элювиев и развитых почв на коре выветривания; 3 — молодые ледниковые равнины с сочетанием почво-элювиев и молодых почв. Регионы с преобладанием относительно молодых почв в сочетании с палеоклима- тогенными и гидрогенными; 4 — древнеледниковые равнины с участием почв с реликтами периг- ляциального и супераквального режимов; 5 — аккумулятивные лёссовые и другие равнины с Участием палеоклиматогенных и гидрогенных почв; 6 — аккумулятивные суглинистые равнины с Участием палеоклиматогенных и гидрогенных почв; 7 — песчаные аккумулятивные равнины с Участием палеоклиматогенных и гидрогенных почв. Регионы с преобладанием палеоклиматоген- Ньк почв: 8 — денудационные равнины с древними корами выветривания; 9 — денудационные, "Ластовые и аккумулятивные равнины с древними солевыми аккумуляциями. Регионы с молодыми палеогидрогенными почвами: 10 — аллювиальные, озерные равнины и низменности
ного почвообразования, свидетельствующие о лучших в прошлом условиях дренирования, — хорошо сформированные элювиальные и иллювиальные горизонты и др.
При резком изменении направленности почвообразования ранее сформированный почвенный профиль как бы отчуждается от новой комбинации географических факторов и его можно рассматривать как своеобразную почвообразующую породу для формирования нового профиля почв. Подобные явления наиболее четко выступают в тропических аридных областях, где на древних пенеп- ленах сохранились реликтовые ферраллитные латеритизированные почвы, на которых развиваются современные пустынные почвы с субаэральным или гидрогенным обызвесткованием и засолением.
Учитывая сказанное, о многообразии путей эволюции почв и сложном сочетании эволюционных циклов на различных участках суши Земли, можно выделить несколько основных типов почвенно - генетических регионов суши мира, характеризующихся определенным возрастом почвенного покрова, уровнем его устойчивости и характером изменения почв во времени (рис. 22.7).
1. Горные области с молодым и постоянно возобновляющимся почвенным покровом. В их пределах широко распространены почвы первой фазы развития (т. е. фазы образования почв из горной породы) — первичные почвы и почвоэлювии. Быстрое развитие рельефа приводит к частому обновлению почвенного покрова и уничтожению биоклиматических и иных реликтовых черт.
2. Молодые моренные ледниковые равнины с почвенным покровом, имеющим возраст 3—10 тыс. лет, с локальным распространением почв, прошедших гидроморфную стадию.
3. Древние ледниковые равнины с почвами, сохранившими следы перигляциального режима и последующих биоклиматических изменений.
4. Аккумулятивные внеледниковые возвышенные равнины, сложенные лёссами и лёссовидными породами, с относительно более древними почвами. Вероятное эоловое происхождение исключает на большей части этих равнин предшествующую гидроморфную стадию развития почв. Эволюция почв связана с биоклиматическими циклами и с погребением почв новыми эоловыми осадками.
5. Низменные аккумулятивные внеледниковые (флювиогляциальные, озерные, аллювиальные) равнины, пережившие в четвертичное время аквальную и супераквальную стадии развития, с почвами, сохранившими в той или иной мере черты прежнего гидроморфного режима. Эволюция почв этих территорий обусловлена в значительной мере биогеоморфологическим циклом развития: раз-
6. новозрастные элементы рельефа представляют эволюционный ряд почв от гидроморфных к палео- и протерогидроморфным.
7. Низменные молодые приморские равнины с молодыми почвами, развивающимися в биологическом и биогеоморфологическом циклах.
8. Молодые эоловые песчаные равнины с малоразвитыми и неразвитыми почвами, эволюционирующими в биологическом цикле.
9. Пластовые и денудационные равнины, не испытавшие в четвертичное время существенных тектонических движений, с сохранившимися мезозойскими и палеоген-неогеновыми корами выветривания. Неоднократные изменения климата и смещения зон и связанные с ними биоклиматические циклы изменения почв определили на значительных пространствах наличие в почвах реликтовых черт, унаследованных от иных биоклиматических условий.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 445;