Агрофак

ПОМОЩНИК АГРОНОМА

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Почвоведение Генезис и эволюция почв Подзолистые почвы и подзолы. Главные особенности

Подзолистые почвы и подзолы. Главные особенности

Подзолы представляют собой почвы с профилем ABC, развитие которых определяется наличием грубого гумуса (мор), очень кислого и с медленной гумификацией.

Подзолообразование является преимущественно процессом интенсивного химического выветривания силикатов, осуществляющегося под влиянием грубого гумуса и приводящего к освобождению полуторных окислов.

Наличие почти во всех подзолах горизонта В сподик (spodic) заставляет относить их к порядку сподосолей (Spodosols) по американской классификации. Лишь некоторые подзолы с признаками псевдоглея не относятся к этому порядку (Glossaqualf).

Условия образования. Холодный или влажный климат. Низкие средние температуры вызывают медленное разложение и, следовательно, подкисление органического вещества. Значительные суммы осадков при повышенной облачности, способствующие интенсивному выносу, также благоприятствуют оподзоливанию, но косвенным путем (атлантический климат).

В северных странах — на севере СНГ, в Финляндии, северной Швеции и Канаде — главную роль играют низкие температуры. В северных районах СНГ годовая сумма осадков составляет всего лишь 570 мм при средней годовой температуре +3,6°. В таких условиях процесс выноса почти отсутствует, медленное разложение и окисление органического вещества вызывает оподзоливание, являющееся ведущим процессом. Подзол здесь представляет собой климаксную почву.

В атлантическом климате подзолообразование носит лишь локальный характер и возникает лишь при воздействии каких-либо специфических условий: особых видов растительности, необычных свойств материнской породы или же при неблагоприятно протекающей эволюции лесного гумуса. Возможность появления таких условий отмечалась в первой части, и в этом случае подзол оказывается почвой в стадии деградации.

В тропическом климате подзолы крайне редки. Ленеф и Ош (Leneuf, Ochs, 1956) описали подзолы с горизонтом железистых конкреций, встреченные ими в областях с очень влажным климатом на песках.

Таким образом, подзолы являются зональными почвами только в бореальных областях, в других местах они могут быть результатом деградации или же интразональными образованиями специализированных ассоциаций.

Растительность, продуцирующая кислые продукты. В атлантическом климате оподзоливание связано с растительностью, дающей при разложении грубый гумус. Таковы верещатники в ландах и хвойные леса с высоким отношением C/N в продуктах разложения, медленной гумификацией и малым содержанием органических воднорастворимых соединений. Подобная растительность является активным агентом подзолообразования.

Легкопроницаемые материнские породы, бедные щелочноземельными элементами. Воздействие растительности, стимулирующей подзолообразование, тормозится или, наоборот, усиливается свойствами материнской породы. При этом особенное значение имеют два основных свойства: содержание глины и кальция и растворимость. Растворимые органические вещества реагируют с минеральной частью глубоких горизонтов только при условии их достаточной инфильтрации. В слабокислой среде они быстро минерализуются или нейтрализуются, теряя свою агрессивность. Наконец, их полимеризация и гумификация замедляются при отсутствии глины — стабилизатора гумуса. Во Франции наиболее типичные подзолистые почвы обнаружены на песках, легко проницаемых песчаниках, и на наиболее кислых кристаллических породах.

В холодном и влажном климате (горном или бореальном) наличие в материнской породе извести не всегда оказывается достаточным тормозом для подзолообразования. Напомним, что в бореальном климате серые лесные почвы могут считаться аналогами подзолов на карбонатных породах.

Во влажных горах (Высокой Юре, Предальпах) при плохом дренаже под чистыми еловыми насаждениями на мергелистых породах развиваются типичные подзолы со стагноглеем. Материнская порода полностью выщелочена до глубины 75 см. Верхняя часть профиля представляет собой подзол с горизонтом накопления гумуса, нижняя часть, заполненная постоянной верховодкой, эволюционирует в сторону стагноглея с двух- и трехвалентным свободным железом. Основными элементами напочвенного покрова являются гигрофильные мхи: Sphagnum и Polytricum commune. Приведенный пример иллюстрирует преобладающее влияние растительности и климата в их крайних выражениях над влиянием материнской породы (Favarger, Richard, 1959).

Изучение типичного профиля. В качестве примера возьмем хорошо дренируемый гумусово-железистый подзол.

Последовательность горизонтов такова: А0 и А1— гумусовые, А2— горизонт выщелачивания, пепельный в типичном подзоле, Bi— горизонт аккумуляции гумуса, В2— горизонт аккумуляции железа, С — материнская порода.

Таблица 16

Описание профиля

Микросложение горизонта А2 явно несвязное, заметны растительные остатки между отдельными зернами кварца. По тонкопылеватому механическому составу и по цвету напоминает золу. Глины практически нет.

В горизонте В, напротив, гумусовые и железистые коллоиды обнаруживают тенденцию к образованию пленок вокруг зерен кварца. Иногда пленки склеиваются между собой с тенденцией к образованию конкреций (жерствы).

Основные химические свойства: pH горизонта А0 колеблется от 3,5 до 4,5, заметно повышаясь к горизонту аккумуляции. Горизонты В значительно обогащены свободным железом (так же как коллоидным кремнеземом и свободным алюминием). Индекс выноса свободного железа всегда превышает 4 (подзолистые почвы), чаще всего в типичном подзоле он порядка 8—10. Горизонт А2 практически лишен свободных окислов железа. Содержание же свободного А12O3 в горизонте В может достигать и даже превышать 2%.

Наиболее полимеризованные гумусовые соединения темного цвета аккумулируются в горизонте В4 гумусово-железистых подзолов. Он может содержать 5—12% гумуса, почти целиком растворимого в слабом растворе соды. Горизонт В2 особенно сильно обогащен почти бесцветными фульвокислотами, не скрывающими ржавый цвет окислов железа.

Степень насыщенности катионами поглощающего комплекса в верхних горизонтах всегда ниже 20%; обычно она колеблется около 5—10%. Емкость обмена сравнительно высока в А0 и В, что объясняется большим количеством содержащегося в них гумуса, но падает почти до нуля в А2.

Механизм подзолообразования. В условиях атлантического климата процессы выноса, как правило, подготавливают почву для подзолообразования; в бореальном климате подзолизация может протекать самостоятельно под влиянием хвойной растительности или верещатников. То же самое наблюдается и на горных склонах.

Подзолообразование является следствием резко выраженного окисления гумуса (мор), продуцирующего большие количества растворимого или псевдорастворимого органического вещества, мигрирующего вглубь. Сначала мигрируют свободные фульвокислоты, что соответствует стадии подзолистых или охристых подзолистых почв, затем — более полимеризованные гуминовые соединения, аккумулирующиеся в B2 и знаменующие этим появление стадии гумусово-железистого и иллювиально-гумусового подзола.

Эти растворимые или диспергированные соединения не только восстанавливают и выносят все имеющиеся в горизонтах A1 и А2 свободное железо, но и вызывают более или менее полное химическое разрушение минеральной части поглощающего комплекса, освобождая алюминий и кремнезем, также мигрирующие в профиле (Tamm, 1930). Окислы железа и алюминия закомплексовываются растворимыми органическими соединениями, устойчивыми к воздействию микробов, и выносятся благодаря им.

В конце концов в горизонте А2 рассматриваемых подзолов остается лишь крайне незначительное количество глинистых минералов. Все минеральные элементы, даже наиболее мелкие, состоят из обломочного кварца (Michaud, Millot, 1950). Коллоидальный и растворимый кремнезем вынесен в горизонт В, так же как гидроокислы железа и алюминия. Кремнезем и алюминий, обладающие противоположными зарядами, взаимно коагулируют, образуя смешанный гель аллофана, способный постепенно эволюционировать в кристаллическое образование. По-видимому, так возникают неосинтетические глины, однако это еще не было никем доказано.

Эволюция глины в процессе подзолообразования. Совсем недавно многие авторы изучали механизм выветривания глин в присутствии ионов Н+ (Thomas, Glenn, 1960; Jackson, 1960; Coleman, Craig, 1961; Chakravarti et al., 1961; Spain et al., 1961 и т. д.).

Если сравнить между собой три больших семейства глин, можно предположить, что каолинит наиболее устойчив и легче противостоит окислению. Иллиты постепенно развиваются в сторону вермикулитов путем расширения межплоскостных расстояний, а монтмориллониты более других подвержены разрушению.

Учитывая сказанное, нетрудно восстановить ход эволюции глины в сильнокислой среде. Сначала раздвигаются слои иллитов, освобождается алюминий октаэдрических слоев из областей разрыва кристаллических решеток; затем свободный алюминий переходит в обменный и проникает в межплоскостные расстояния, где и полимеризуется; в тетраэдрическом слое в зонах нарушений освобождается кремнезем; растворимый кремнезем и псевдорастворимый комплексированный алюминий выносятся и соосаждаются в горизонте В в виде смешанного геля. Розанов (1961) обратил внимание на обилие свободного алюминия в подзолах.

Эволюция органического вещества. Важная роль органического вещества в оподзоливании подтверждается его накоплением в горизонте В (в виде бурых гуминовых кислот в В1 и фульвокислот в В2). Именно этим подзолистые почвы резко отличаются от лессивированных, крайне бедных органическим веществом в горизонте В.

Возможно, что растворимые органические вещества в подзолах претерпевают двухфазную эволюцию. Такое предположение вытекает из работ Яркова (1956), Бетремье (Betremieux, 1951), Дюшофура и Жакэна (Duchaufour, Jacquin, 1959). Первая фаза развивается в анаэробных условиях: для нее характерны растворимые формы органического вещества, мобилизующие железо и способствующие его выносу (главным образом в виде двухвалентного железа). Вторая фаза наступает в хорошо аэрируемой среде; она сопровождается потерей растворимости (окисление) и полимеризацией в горизонте В. Промежуточные продукты трансформируются в нерастворимые гуминовые кислоты одновременно с выпадением окисного железа. Наиболее растворимые соединения выносят больше железа и медленнее полимеризуются, чем вещества с большой молекулой. Первые мигрируют глубже вторых, вот почему в гумусово-железистых подзолах образуется два последовательных горизонта: B1 — темный, обедненный железом, и В2— яркого цвета, содержащий много железа.

Недавние исследования эволюции гумусовых соединений в почвах с помощью хроматографии и электрофореза подтвердили эту гипотезу (Jacquin, 1963; Burges, 1960). В частности, растворимые полифенолы из горизонта А0 под влиянием иссушения полимеризуются и переходят в менее растворимые формы. Подобное превращение было осуществлено экспериментально.

Если в результате высокой биологической активности полимеризация полифенолов происходит быстро, никакая миграция невозможна, как, например, в почвах с мюллевым гумусом. В подзолах, наоборот, процесс полимеризации замедлен и протекает в горизонте В лишь после выноса туда растворимых соединений.

С другой стороны, гидроокислы железа и алюминия, находящиеся в горизонте В в результате предыдущих миграций, играют существенную роль в осаждении растворимых органических веществ. Тюрин утверждает, что растворимые креновые кислоты превращаются в нерастворимые фульвокислоты при комплексировании с большими количествами полуторных окислов. Мартин и Рив (Martin, Reeve, 1960) осуществили следующий эксперимент: псевдорастворимый комплекс с алюминием (отношение С/Al больше 6), находящийся в растворе при pH = 4, выпадает в осадок при незначительном повышении pH (4,5) под действием окисного железа, вынесенного в горизонт В; комплекс достигает своей изоэлектрической точки благодаря увеличению положительного заряда. Аналогичный опыт был проведен Шнитцером (Schnitzer, 1954).

Наконец, Виттих (Wittich, 1963) показал возможность катализирующего действия окисного железа при полимеризации гумусовых соединений в кислой среде.

Итак, потеря электроотрицательными коллоидами заряда и потеря растворимости в результате иссушения и полимеризации происходят одновременно. В ряде случаев следует учитывать только второй процесс, например в случае гидроморфных подзолов, где гумусово-иллювиальные уплотненные прослойки формируются без увеличения содержания железа в горизонте В.

Основные различия между процессом механического выноса коллоидов (лессиважем) и оподзоливанием можно свести к следующему (см. табл. 17).

Перемещение горизонта В. Если две фазы — лессиваж и оподзоливание — сменяют друг друга, соответствующие горизонты формируются на разных уровнях, особенно в том случае, когда эволюция почвы сопровождается эволюцией растительности в хорошо дренируемой среде. Фаза лессиважа соответствует лесной фазе, и вследствие глубокого расположения корней деревьев горизонт аккумуляции глины и железа располагается глубоко.

Последующая подзолистая фаза связана со сменой леса ландами с поверхностной корневой системой; в этом случае второй аккумулятивный горизонт, обогащенный железом и гуминовыми кислотами, образуется на меньшей глубине (гумусово-железистый подзол). Прежний горизонт В лессивированной почвы располагается всегда ниже (горизонт В3 на рис. 62 и 63).

Аккумулятивные горизонты, перекрывающие друг друга. В некоторых подзолах очень старых ландов, сформированных на песках, под горизонтом В и до глубины нескольких метров встречаются последовательные прослои, обогащенные гумусом и железом. Происхождение их спорно; предполагается, что каждая прослойка соответствует тем участкам, где происходят изменения в механическом составе, уровне грунтовых вод и гН2. Не исключено, что часть органического вещества и железа данной прослойки растворяется в какие-то дождливые сезоны и выпадает на более низком уровне.

Основные типы полноразвитых грубо-гумусных почв (рис. 59 и 60). По степени эволюции их можно разделить на 3 группы: охристые подзолистые без горизонта А2 с профилем A0A1BC; подзолистые, которые образуются на начальных стадиях процесса подзолообразования, имеют светлый, но еще не пепельный горизонт А2; подзолы, возникающие при интенсивном протекании процесса подзолообразования, с выраженным пепельным или серым горизонтом А2.

Кроме того, отдельно будет рассмотрен подкласс гидроморфных подзолов, формирующихся в слабо - или недренированной среде.

Негидроморфные подзолистые почвы. Охристые (бурые) подзолистые почвы являются еще молодыми без ясного горизонта А2. Под горизонтом А0 мощностью несколько сантиметров (модер или мор) залегает очень черный без признаков зернистой структуры горизонт A1 мощностью около 10 см. Он быстро сменяется железистым горизонтом В (иногда наблюдается очень маломощный и не сплошной А2).

Подобный тип почв развивается на склонах из кристаллических или плотных кварцевых пород, а также на поросших лесом песчаных равнинах.

Особенности охристых почв. Главным морфологическим признаком охристых почв является контраст между черным горизонтом A1 с высоким содержанием гумуса типа модер, хотя и без глинисто-гумусовых агрегатов (Duchaufour, 1963), и ярко-охристым или ржавым горизонтом В с гумусовыми затеками.

По свойствам поглощающего комплекса и характеру кислотности охристые подзолистые почвы не отличаются от подзолов. Отношение C/N в горизонте A1 колеблется между 20 и 30. Обилие органического вещества в В (в основном фульвокислоты, 2—3% от веса при C/N порядка 20) отличает эти почвы от кислых бурых лесных почв. Именно с этим растворимым органическим веществом и связывается обилие свободных алюминия и железа (обменный А1 составляет от 2 до 6 мэкв на 100 г почвы) как вынесенных сюда из горизонта A1 так и образовавшихся на месте в результате интенсивного выветривания в кислой среде.

Характерно и микростроение рассматриваемых почв, представленное либо мельчайшими конкрециями размеров пыли, либо флокулированными агрегатами размеров песка (Altmiiller, 1962). Отсутствие общей цементации способствует в отличие от некоторых подзолов легкому проникновению корневых систем.

Вероятно, охристые подзолистые почвы образуются при замедленном протекании процесса подзолообразования, когда какой-либо фактор противодействует выносу железа. Таким фактором может быть крутизна склона, еще достаточно биологически активное органическое вещество, обилие железа или алюминия в материнской породе, способных коагулировать глину, наконец, время, так как охристые подзолистые почвы широко распространены на молодых отложениях (дюнные или аллювиальные пески).

Подзолистые почвы отличаются от предыдущих наличием отчетливого горизонта А2, очень светлого, но еще не вполне пепельного. Ниже располагается горизонт В охристого или ржавого цвета. Индекс выноса железа равен 4—6.

В обоих типах почв оподзоливание начинается под влиянием растворимых светлоокрашенных компонентов органического вещества (фульвокислот), начинающих мигрировать и захватывать железо и алюминий. Они вызывают более или менее сильное обесцвечивание горизонта А2, хорошо заметное в подзолистой стадии.

Подзолы являются более развитыми почвами с мощным (10— 20 см) гумусовым горизонтом из очень кислого мора, пепельным А2 и гумусово-аккумулятивным горизонтом В. Индекс выноса железа выше 4 (обычно 8—10). Более энергичная миграция гумусовых кислот еще усиливает названные свойства.

Для хорошо дренируемых территорий (сухие пустоши) характерны железистые (с одним, преимущественно железистым, горизонтом В) и гумусово-железисто-иллювиальные подзолы (с двумя горизонтами В — гумусовым и железистым). В обоих развит пепельный горизонт А2. Вторые находятся на более высокой ступени развития, чем первые, и имеют черный, залегающий выше ранее сформированного охристого горизонта В, горизонт В1 богатый железом и гуминовыми кислотами.

Все рассмотренные типы, согласно американской классификации, относятся к подпорядку Orthod; исключение составляют некоторые железистые малогумусные подзолы — подпорядок Ferrod.

Гумусово-подзолистые почвы (Aubert, 1952), или подзолы-ранкеры (Kubiena, 1953), являются промежуточными между подзолами и грубогумусными ранкерами. Они были обнаружены на крутых склонах, образованных плотными породами. Для них характерно наличие горизонтов Ао и подзолистого А2, залегающего непосредственно на материнской породе. Горизонт В отсутствует. Подобные почвы относятся к подпорядку Umbrepts.

Гидроморфные подзолы образуются при плохом дренаже, выражающемся в появлении постоянной или временной верховодки. Она располагается достаточно глубоко, так что не препятствует выносу из хорошо дренируемых верхних горизонтов. Эти почвы являются переходными к гидроморфным.

Различаются два типа: с псевдоглеем при временной верховодке и с глеем при постоянном присутствии грунтовой воды.

Подзол с псевдоглеем. Этот тип почв формируется в результате деградации лесной лессивированной почвы. Псевдоглей может быть следствием как литологической неоднородности, так и перемен в глинисто-гумусово-аккумулятивном горизонте В, постепенно теряющем проницаемость. При достаточно глубокой верховодке происходит поверхностное оподзоливание.

Тип подзола верхней части профиля зависит от продолжительности присутствия и глубины залегания верховодки. Если существует уровень, где возможности сезонной аэрации и иссушения достаточны, образуется гумусово-иллювиальный или даже гумусово-железистый горизонт В над капиллярной каймой (гумусовый или гумусово-железистый подзол с псевдоглеем).

В противном случае, если преобладают восстановительные условия, вынесенное железо выпадает в виде ржавых пятен или конкреций, которые смешиваются с верхней частью псевдоглея; горизонт А2 сразу переходит в горизонт g (подзол с псевдоглеем в прямом смысле).

Гидроморфный гумусовый подзол с глеем (подпорядок A quod). Этот тип, характерный для песчаной подпочвы с постоянным присутствием грунтовой воды и более или менее восстановительной средой, широко распространен в ландах Гаскони. Его гумус представляет собой типичный гидромодер (иногда гидромор); вынос гумусовых соединений задерживается зеркалом грунтовых вод; горизонт А2, пропитанный гумусом, смешивается с горизонтом А1. Черновато-бурый горизонт В беден органическим веществом (часто 1—2%), образующим пленочки вокруг не полностью сцементированных песчинок. Этот горизонт типа конкреционного, но еще рыхлый, все более уплотняется с возрастанием количества органического вещества — более чем до 3% (гумусовый ортштейн). Заметим, что окислов железа немного даже в В4; будучи легкоподвижными в двухвалентной форме, они выносятся из профиля. Что касается лежащего ниже глея, то в очень кислой среде в нем мало ржавых пятен и нередко он содержит мало железа (Dietrich 1958).

Ортштейны. Плотные сцементированные прослойки образуются при цементации зерен песка или суглинка коллоидами: гумусом, окислами железа, коллоидальным кремнеземом. Они образуют пленки вокруг зерен, что приводит к цементации целых прослоек (конкреционная или пленочная структура). Существует два типа уплотненных прослоек: 1) железистые ортштейны, образующиеся при хорошем дренаже в результате уплотнения горизонта В2 гумусово-железистых подзолов; в этом случае вмытые окислы железа играют главную роль в цементации; 2) гумусовые, гидроморфные ортштейны, формирующиеся над постоянным зеркалом грунтовых вод; цемент в них в основном гумусовый; характерны для гумусовых подзолов.

Однако в некоторых случаях, в частности, если грунтовые воды содержат много растворимых бикарбонатов двухвалентного железа, колебания уровня грунтовых вод могут вызвать фазы окисления плотных прослоек, так что растворимое железо выпадает в форме трехвалентного во всей их массе. Постепенно прослойки все больше уплотняются за счет железа, мигрирующего с восходящими токами, и местами становятся очень плотными (слой garluche в ландах с 10—15% железа — ортштейновая железистая кора).

Подзолы и растительность. Климатические подзолы (бореальные и альпийские) следует отличать от атлантических подзолов, возникающих в результате деградации. Первые находятся в биологическом равновесии с климаксными хвойными лесами. Для них характерен гумус типа активного мора, с большим количеством обменных катионов, обеспечивающих достаточное минеральное и азотное питание хвойных с развитой микоризой.

Вторые, напротив, обеднены более или менее длительными процессами выноса и характеризуются неактивным мором. Их свойства могут быть крайне неблагоприятными для всякой растительности, за исключением растительности ландов (верещатники) или некоторых неприхотливых хвойных (сосны обыкновенная и приморская). Лиственные породы, как правило, не выдерживают таких условий; исключение в некоторых случаях составляют березы и красный американский дуб.

К неблагоприятным свойствам атлантических подзолов относятся:

1. Непроницаемость грубогумусного горизонта А0, переполняющегося водой во влажные сезоны и становящегося токсичным. Он может нарушать водный баланс более глубоких минеральных горизонтов в сухое время.

2. Недостаточная минерализация азота (очень высокое отношение C/N, часто выше 30) и фосфора в грубогумусных горизонтах. Обменные основания, даже если их абсолютное количество достаточно, не могут поглощаться вследствие антагонизма ионов Н+.

3. Минеральные горизонты обладают неблагоприятными физическими и химическими свойствами: А2 бесструктурен и лишен коллоидов; В, напротив, чрезвычайно плотен и непроницаем для корней. Оба горизонта исключительно бедны обменными катионами, особенно А2, в котором создаются почти стерильные условия. Развитие нейтрофильных элементов во многих случаях ограничено токсичностью обменных марганца и алюминия.

В подзолах основная масса корней деревьев сосредоточена в гумусовых горизонтах А0 и А1. Однако некоторые виды при известной рыхлости горизонта В развивают стержневой корень, разветвляющийся в начале горизонта, где еще находится достаточно воды и обменных элементов (рис. 61).

Можно противопоставить с биологической точки зрения лессивированные и подзолистые почвы.

Для лессивированных почв характерен ускоренный цикл миграции металлических катионов и азота. Часть катионов выщелачивается и задерживается в горизонте В. После поглощения корнями эти катионы с помощью гумуса возвращаются в горизонт A1.

Подзолы отличаются медленным циклом миграции. Минерализация гумуса заторможена и освобождает незначительные количества азота и обменных оснований — Са, Mg, К. Последние энергично удерживаются грубым гумусом.

Таким образом, почти все питательные элементы задерживаются в А0, а минеральные горизонты все больше и больше обедняются. Интенсивность процессов выноса со временем падает, а биологический цикл постепенно замыкается в поверхностных гумусовых горизонтах.

 

Кто на сайте

Сейчас 61 гостей онлайн