Субтропические аридные области

Полупустынные и пустынные области занимают в субтропическом поясе значительные площади (1056 млн. га или 9% от площади Земли), на долю горных территорий приходится 162 млн.га. Выделяется несколько субтропических аридных областей. Наиболее обширная из них – Афро-Азиатская, захватывающая северную часть Сахары, север Аравийского полуострова и пустыни Передней и Средней Азии. Австралийская – находится в центральной части материка. Южно-Американская занимает центральную часть Чили. Северо-Американская – район Калифорнии. Южно-Африканская – юг Калахари.

В целом для территории характерны следующие климатические показатели (табл. 24).

Таблица 24

Средние климатические показатели для субтропических аридных областей.

Климат характеризуется резкой сезонной и суточной контрастностью температур, низким количеством атмосферных осадков. Осадки выпадают в зимне-весенний сезон, а лето и большая часть осени крайне сухи. Это создает резкую дифференциацию гидротермического режима в течение года. На всей территории отчетливо выражена контрастность сравнительно влажной и теплой мезотермической фазы вегетационного периода и жаркой, сухой летней ксеротермической фазы.

Преобладающими почвообразующими породами являются сиаллитные карбонатные коры выветривания (76%), они частично засолены и имеют грубообломочный характер. Окарбоначенные пески занимают 18% площади, на долю бескарбонатных, грубощебнистых кор выветривания приходится 4,6%, остальная территория (1,4%) представлена монтмориллонитовыми и такыровыми корами.

В области выделяются две почвенные зоны: зона малоразвитых и примитивных почв субтропических пустынь и зона сероземов и сопутствующих им почв.

Для зоны субтропических пустынь характерно малое количество осадков (около 100 мм в год) при значительной испаряемости. Коэффициент увлажнения ниже 0,12, что является лимитирующим фактором для развития биологических процессов. В таких условиях особое значение приобретают различия в характере породы, ее физических параметрах.

Почвы субтропических пустынь отличаются от других пустынных почв широким развитием процесса физического выветривания, что связано с низкой влажностью и очень высокими температурами в дневное время в летний период, а также с большой устойчивостью пустынных ландшафтов субтропических широт на протяжении последних периодов геологической истории. Наивысшие температуры воздуха и почвы зарегистрированы именно в пустынных субтропических областях (Сахара).

Наибольшую площадь занимают почвы каменистых и каменисто-глинистых пустынь (430 млн. га). Для этих территорий характерны элементы первичного почвообразования, которые представлены формой «пустынного загара» или «защитных корок». Пустынный загар представляет собой тонкую (0,5 мм) корочку темного или черного цвета на поверхности щебня или обнажившейся скалы, обогащенную оксидами железа и марганца. Образование этих корочек связывают с конденсацией влаги в трещинах породы в холодное ночное время и с восходящими потоками пленочных растворов при сильном нагревании поверхности днем. Очевидно, также, что с пленочной влагой связаны и многочисленные солевые, карбонатные и гипсовые корочки и «бородки» – характерные новообразования для каменистых пустынь. Возможно, влага конденсируется в почвах и в более прохладный зимний период. Вследствие этого векового процесса происходит заполнение солями трещин и пор в массивных и рыхлых породах. Соли выделяются и на нижней поверхности камней, покрывающих почву. Здесь образуются ярко-белые корочки извести, крупные, сложенные из длинных кристаллов, «бородки» гипса, а также выделения хлористого и сернокислого натрия. В тех местах, где каменистый панцирь не покрывает почву, максимальное накопление солей происходит у ее поверхности. Соли цементируют почвенную массу, образуя солевую корочку мощностью от нескольких сантиметров до полуметра. Формирование солевых корок чрезвычайно характерно для субтропических пустынь. Возможно, этот процесс усиливается редкими ливневыми осадками в зимнее время, когда почвы могут глубоко промачиваться, а затем влага постепенно возвращается к поверхности.

Песчаные субтропические пустыни занимают значительно меньшую площадь (около 180 млн. га) и представлены перевеваемыми, незакрепленными песками, лишенными почв и растительности (барханные пески). Барханы представляют собой скопления песков, располагающихся перпендикулярно направлению ветров. Обычно барханы имеют пологий наветренный склон (5-15°) и крутой подветренный(28-35°). Песок характеризуется большой водопроницаемостью, поэтому песчаные отложения барханов не засолены и в межбарханных понижениях накапливается пресная верховодка. Влажные слои могут обнаруживаться и на глубине 30-40 см.

Для закрепленных песков характерны грядовые и бугристые образования. Грядовые пески имеют вытянутые формы. Высота гряд от 5 до 30 м. Грядовые пески образуются при одном направлении преобладающего ветра в результате развевания в понижениях и навевания песков на повышенные участки. Бугристые пески формируются при ветрах, взаимно перпендикулярных или многосторонних направлений.

В состав растительного покрова пустынной зоны входят илак, селин, кумарчик, а из древесно-кустарничковых пород – саксаул, песчаная акация, джузгун, черкез, астрагал и др.

Значительные массивы занимают субтропические солончаки, формирующиеся при близком залегании грунтовых вод (21 млн. га) и имеющие солевые накопления не столько в толще, сколько на поверхности почвы. Кроме этих почв для пустынных территорий характерны и серо-бурые пустынные почвы. Важное значение имеют аллювиальные почвы и почвы оазисов, как главные районы земледелия пустынь.

Природные условия сероземной почвенной зоны несколько отличаются от рассмотренных выше территорий. В основном сероземы распространены в предгорьях и на подгорных равнинах. В частности, они характерны для предгорных хребтов Средней Азии и для некоторых равнинных районов Закавказья. Встречаются на подгорных равнинах и в низкогорьях Передней Азии и Пакистана, во внутренних, наиболее сухих областях лёссового плато в Китае. В Северной Америке они распространены в сухих предгорьях Скалистых гор, в Южной Америке – в сухих субтропических районах Аргентины, у подножия Анд в провинции Гран-Чако.

Климат в областях формирования сероземов континентальный, сухой, жаркий, с продолжительным безморозным периодом (175-240 дней). Сумма положительных температур больше 10°С у подножия гор составляет 5500-5800°C, в предгорьях –3500-4000°С. Среднегодовое количество осадков в зоне полупустынь около 200 мм, по мере поднятия в горы оно увеличивается до 400-500 мм в год. Важная особенность климата – резко выраженная контрастность весеннего и летнего периодов. Весна теплая влажная, но короткая; лето жаркое, сухое и продолжительное. До 70% осадков выпадает в зимне-весенний период. Испаряемость в 5-8 раз превышает годовое количество осадков.

Рельеф представлен предгорными и подгорными равнинами, сильно расчлененными речными долинами и временными водотоками. По мере приближения к горам подгорные равнины переходят в холмистые предгорья.

Наиболее характерными почвообразующими породами являются лёссы и лёссовидные суглинки, а также облёссованные элювиально-делювиальные, делювиальные, пролювиальные и древнеаллювиальные отложения, иногда подстилающиеся галечниковыми наносами. Породы высококарбонатные (10-20% CaCO₃).

Сероземы образуются под эфемерово-мятликово-полукустарничковыми пустынными степями. По количеству ежегодного опада эти растительные сообщества не уступают умеренно-засушливым и сухим степям (65-100 ц/га). На корневые остатки приходится 75-85% от общего поступления биомассы. С опадом ежегодно возвращается от 240 до 390 кг/га зольных элементов. В весенний период пышно развивается эфемерная растительность, в летнее время вегетируют многолетники.

Первые исследования сероземных почв, позволившие выделить их в самостоятельный тип, были выполнены С.С. Неуструевым (1908) в Сырдарьинской области, который и дал им название – сероземы. В дальнейшем этот термин вошел как в отечественную, так и в зарубежную литературу. Позднее существенный вклад в познание генезиса сероземов внес А.Н. Розанов (1951).

Тепловой режим этих почв характеризуется отсутствием промерзания или кратковременным промерзанием на глубину 25-30 см, благоприятными температурами во влажный весенний период (10-25°C) и устойчивыми высокими температурами летом (до 30°C в верхнем 30-сантиметровом слое и до 20-25°C на глубине более 1 метра). Отсутствие зимнего промерзания и благоприятное сложение определяют глубокое промачивание сероземов в зимне-весенний период (на 1 м и более). В это время увлажнение соответствует величине полевой влагоемкости (20-21%).

С мая по октябрь идет непрерывное иссушение почвы до глубины 1 м и более. Максимального иссушения почва достигает в летний ксеротермический период (июль-август), когда верхние горизонты теряют влагу до величины максимальной гигроскопичности, что приводит к подавлению биологических процессов.

Весной, при обилии влаги и благоприятном температурном режиме, происходит бурное развитие растительности, наблюдается вспышка биологической активности почвы. В этот период интенсивно протекает процесс гумификации и, вместе с тем, происходит активная минерализация органических остатков. Сероземы характеризуются высокой численностью и большим видовым разнообразием почвенной биоты:среди микроорганизмов преобладают нитрифицирующие бактерии и азотобактер, широко распространены представители всех классов простейших, интенсивно развиваются водоросли. Очень активна почвенная мезо- и макрофауна – черви, термиты, жесткокрылые, пресмыкающиеся, их деятельность существенно отражается в строении профиля, который характеризуется своеобразным кавернозным обликом, благодаря большому количеству ходов, коконов и других следов деятельности насекомых и червей

Именно высокой активностью почвенной биоты можно объяснить бедность сероземов гумусом.

В сухое время года происходит подтягивание к поверхности карбонатов и легкорастворимых солей. Зимой и весной наблюдается опреснение профиля почвы, благодаря выпадающим осадкам. Гумусированность и опресненность почв тесно связаны с абсолютной высотой местности: с увеличением высоты растет количество осадков, возрастает глубина промачивания, поэтому интенсивнее развивается растительность, удлиняется срок ее вегетации и усиливается гумификация. То есть, наблюдается увеличение гумусированности и опресненности профиля от сероземов предгорных равнин и аллювиальных террас к сероземам предгорий и низкогорий.

Процессы внутрипочвенного выветривания также интенсивно протекают в весенний период, что приводит к оглиниванию верхней и средней частей профиля почвы.

Профиль сероземов, описанный А.Н. Геннадиевым и М.А. Глазовской, имеет следующее строение (Ahfca-Bca-Cca(cs) – индексы горизонтов предложены М.А. Глазовской, 1972):

Ahfca – гумусовый горизонт, серый или светло-серый, пылевато-суглинистый, в верхней части задернован, чешуйчато-мелкокомковатой структуры, рыхлый, бурно вскипает при действии 10% HCL, что свидетельствует о наличии карбонатов. Мощность 12-20 см.

Bca– переходный горизонт, серовато-палевый, пылевато-суглинистый, непрочно-комковатой структуры, ячеистый, ноздреватый от обильных ходов и камер насекомых. Многочисленные капсулы от личинок, преимущественно жуков, заполнены минеральным материалом и образуют хорошо оформленные овальные структурные отдельности; по стенкам пустот карбонаты выделяются в виде псевдомицелия. Мощность 15-30 см.

Bca– карбонатно-иллювиальный горизонт, пылевато-суглинистый, уплотненный, с новообразованиями карбонатов в виде белесоватых пятен, мучнистых стяжений и конкреций. Мощность 50-80см.

Cca(cs) – почвообразующая порода палевого желто-палевого цвета, пылевато-суглинистая, с рассеянными, мелкими выделениями карбонатов, с глубины 1,5-2,5 м появляются прожилки мелкокристаллического гипса.

Почвы характеризуются невысоким содержанием органического вещества (1,5-3,5%) с постепенным уменьшением его вниз по профилю. Быстрое течение процессов новообразования и распада гуминовых веществ способствует образованию фульвокислот и низкомолекулярных фракций гуминовых кислот (Сгк/Сфк 0,7-0,9), поэтому гумусовый горизонт окрашен в светлые тона. Карбонаты кальция обнаруживаются с самой поверхности почвы, что также служит осветлению верхней части профиля. Максимальное количество карбонатов наблюдается на глубине 20-80 см. Реакция среды щелочная (рН 7,5-8,5), емкость поглощения невелика (10-20 м-экв/100 г почвы). Преобладающим катионом является Ca²⁺(80%), 10-15% составляет Mg²⁺. Содержание поглощенных K⁺ и Na⁺ в сумме не превышает 5%. Легкорастворимых солей в верхней части профиля мало, с глубиной их содержание увеличивается. Наблюдается незначительное накопление ила в верхней части профиля, по сравнению с породой, так как кратковременность влажного периода ограничивает процесс оглинивания. Почвы характеризуются высокой микроагрегированностью и пористостью (50-60%). Сероземы имеют небольшую плотность и высокую пористость(50-60%) по всему профилю, обусловленные их высокой микроагрегированностью и интенсивной деятельностью почвенной фауны.

Контрольные вопросы

1. Как субтропический пояс подразделяется по условиям атмосферного увлажнения.

2. Какие общие особенности имеют рыхлые почвообразующие породы субтропического пояса.

3. Какие типы растительности характерны для гумидных субтропических областей.

4. Морфологическое строение и свойства почв гумидных субтропических областей.

5. В чем проявляется главное различие наиболее широко распространенных почв гумидных субтропических областей.

6. Наиболее распространенные почвы семигумидных областей, их морфология и свойства.

7. Назовите основные типы почв семиаридных субтропических областей, дайте характеристику их морфологических и химических свойств.

8. Особенности почвообразования в сухих субтропиках.

ТРОПИЧЕСКИЙ ПОЯС

Тропический пояс занимает самую большую площадь (более 5,6 млрд. га), что составляет 42% поверхности суши. На долю горных территорий приходится 0,7 млрд. га или 12,8 % от площади пояса. Тропический пояс располагается на всех континентах.

Пояс характеризуется величиной годового радиационного баланса Q > 75 ккал/см², суммой положительных температур >8000°С и среднегодовыми температурами > +20°С. Климат жаркий, средняя температура воздуха самого холодного месяца не менее 20-22°С. Наблюдается равномерность распределения температур по сезонам года. Так как термические условия сходны, то распределение почв обусловлено, в основном, увлажнением и особенностями почвообразующих пород, которые в процессе выветривания приобретают ферраллитный состав. Наиболее влажные территории распространены в приэкваториальных широтах (1500-2500 мм осадков в год). К северу и к югу от них находятся области пассатной и муссонной циркуляции атмосферы, которые характеризуются либо недостатком увлажнения, либо неравномерностью его распределения по сезонам (1000-1200мм осадков в год). Поэтому водный режим почв разнообразен. В период дождей наблюдается сплошное промачивание почвы, в сухой – её сильное иссушение. Большое значение приобретает длительность периода увлажнения. Так как в тропиках высокая испаряемость, то годовая сумма осадков не дает представления о степени атмосферного увлажнения. Даже при весьма значительной годовой сумме осадков в тропических почвах на протяжении года может наблюдаться смена промывного типа водного режима непромывным. Принято считать сухими месяцы с количеством атмосферных осадков < 60 мм, а влажными – > 100 мм. Количество осадков < 60 мм в месяц составляет величину, меньшую испаряемости, вся вода расходуется на транспирацию, поэтому в это время почва не только не промывается, но даже теряет запас воды, доступной для растений, и высыхает. В периоды дождей, наоборот, процессы транспирации не в силах уравновесить количество выпадающей атмосферной влаги. В результате усиленного поверхностного стока и подъема уровня грунтовых вод, понижения рельефа и низменные равнины на некоторое время заболачиваются.

По сходству режима атмосферного увлажнения тропический пояс можно подразделить на четыре области: гумидную (на ее долю приходится примерно 18,3% площади пояса, что составляет около 1 млрд. га); семигумидную (28,5% площади или 1,6 млрд. га); семиаридную (около 30% площади или 1,7 млрд. га); аридную (23,2% площади или 1,3 млрд. га). Таким образом, на долю влажных и сухих ландшафтов в тропическом поясе приходятся примерно равные площади.

Почвообразование протекает преимущественно на ферраллитных корах выветривания (55,4%), которые приурочены, в основном, к влажным территориям. В засушливом климате преобладают феррсиаллитные коры выветривания (31,8%), незначительная доля приходится на маргалитовые и монтмориллонитовые коры, а также песчано-кварцевые, большей частью карбонатные, которые распространены, главным образом, в пустынях.

Основные процессы, формирующие почвы тропического пояса: ферраллитизация, слитообразование, латеритизация, феррсиаллитизация, рубефикация, гумусонакопление, лессивирование.

Ферраллитизация – наиболее распространенный процесс тропического пояса – заключается в глубоком преобразовании минеральной части почвенной массы, при котором происходит распад алюмо- и феррисиликатов. Этот процесс характерен для влажных тропиков (норма осадков > 1000 мм в год) и развивается при свободном дренаже. Подвижные продукты (кальций, магний, калий, натрий, значительная часть кремнезема) выносятся из выветривающейся толщи, в которой сохраняется щелочная среда, поэтому образующиеся при гидролизе минералов гидроксиды железа, алюминия, марганца не растворяются. По мере выноса подвижных компонентов, относительное содержание нерастворимых форм в коре выветривания увеличивается и часто составляет в сумме более 50% с максимумом в верхних горизонтах выветривающейся толщи. Ферраллитное преобразование пород иногда достигает нескольких десятков метров. Выветривание сопровождается образованием минералов группы каолинита, или галлуазита, поэтому молекулярные отношения SiO₂/Al₂O₃ в илистой фракции всегда меньше 2,0-2,5. При кристаллизации гидроксидов железа образуются гётит и гематит – минералы охристо-ржавого и красного цветов. Оксиды алюминия при кристаллизации дают гидраргиллит и бёмит, часть алюминия участвует совместно с кремнеземом в образовании каолинита.

Железо играет важную роль в морфогенезе ферраллитных почв, оно обусловливает их окраску и влияет на структуру. В зависимости от соотношения Al₂O₃/ Fe₂O₃ в илистой фракции коры выветривания подразделяют на аллитные (Al₂O₃/ Fe₂O₃ > 4), ферраллитные (4,0-1,5), альферритные (1,0-0,5), ферритные (< 0,5). Различные формы железа придают почвам окраску от ярко-красного до желтого цвета. В большинстве случаев – ярко-красный и кирпичный цвета, обусловлены преобладанием маловодных оксидов железа. При насыщении водой происходит переход оксидов в гидратную форму, и почвы приобретают желтые тона. Ферритные почвы формируются на ультраосновных породах, обогащенных железом и марганцем и содержащих минимум свободного кварца. Такие почвы описаны на Кубе (С.В. Зонн, 1982). Для ферритных, и альферритных почв характерна малая емкость катионного обмена, слабокислая и нейтральная реакция среды, связанная с наличием большого количества положительно заряженных свободных оксидов и гидроксидов железа. Подобные почвы формируются во влажных условиях, но при наличии сухого периода около 3-х месяцев.

Феррсиаллитизация – процесс, характерный для тропических территорий с небольшим количеством осадков (менее 800 – 1000мм в год) и длительным сухим периодом (до 8 мес.). В этих условиях не происходит глубокого промачивания и преобразования минеральной части почвы, высвобождается только железо, которое в форме малогидратных оксидов равномерно пропитывает почвенную массу или выпадает в осадок в форме мелких конкреций. То есть, феррсиаллитизация – это процесс накопления подвижных форм железа в виде Fe(OH)₃ и Fe₂O₃ на фоне интенсивного химического выветривания. При аккумуляции гидроксида железа почвы приобретают желтые тона, а при накоплении оксида железа – красные. На долю каолинита здесь приходится 20-30%, остальная часть принадлежит иллиту, гидрослюдам и другим минералам. Отношение SiO₂/R₂O₃ в феррсиаллитных почвах составляет 3,0 – 3,2.

Латеритизация (плинтитизация) – этот процесс ярко проявляется только в тропических условиях. При процессе латеритизации образуются железисто-кварцевые конкреции. Они накапливаются в почвах и корах выветривания на различной глубине от поверхности, образуя конкреционный слой. С поступлением новых порций железа образуются слои-панцири разной мощности, с течением времени эти слои превращаются в плотную горную породу. Латеритизация – это почвенно-геологический процесс накопления в аккумулятивных позициях вынесенных из элювиальных и транзитных элементов ландшафта подвижных форм железа и алюминия, который приводит к образованию ожелезненных внутрипочвенных прослоев конкреционного или панцирного строения различной структуры с различными соотношениями Si, Al, Fe. Для формирования латеритов необходимо постоянное или сезонное избыточное увлажнение с чередованием сухих и влажных периодов. Таким образом, для протекания этого процесса необходимо:

1. дополнительный приток ожелезненных вод;

2. изменение кислой pH среды на щелочную на пути движения железистых вод;

3. смена грубого крупнопесчаного или гравелистого гранулометрического состава суглинистым или глинистым, что обусловливает усиление бокового стока и ослабление вертикальной миграции влаги по профилю.

Слитизация – это процесс обратимой цементации монтмориллонитово-глинистых горизонтов почв в условиях периодического чередования увлажнения и иссушения. Природа этого процесса до сих пор остается не выясненной. Процесс слитизации характерен для территорий с переменно-влажным климатом и наблюдается на основных породах или на глинистых аллювиально-озерных отложениях, часто при недостаточном дренаже. В результате слитогенеза:

1. происходит оглинивание всего профиля почвы;

2. наблюдается преобладание минерала монтмориллонита;

3. появляется темная окраска, обусловленная образованием монтмориллонитово-гумусовых комплексов и не согласующаяся с содержанием гумуса (1-3%);

4. происходит образование натечных форм глины в средней части профиля;

5. наблюдается пластичность и вязкость почвы во влажном состоянии, плотность, трещиноватость и глыбистость – в сухом.

Соотношение SiO₂/Al₂O₃ от 3 до 5. Процесс протекает при нейтральной или щелочной реакции среды.

Рубефикация (ферритизация, ожелезнение) – процесс необратимой коагуляции и последующей кристаллизации оксидов железа в почвенном профиле в результате привноса железа во влажные периоды года и его кристаллизации во время просыхания. Наблюдается некоторая цементация почвенной массы – образование псевдопеска.