Почвы лесной зоны
Лесная (или лесолуговая) зона расположена между тундрой на севере и лесостепной зоной на юге и простирается от западной границы России до побережий Охотского и Японского морей.
Южная граница зоны в пределах европейской части проходит примерно по линии Тула — Рязань — Нижний Новгород — Казань — устье р. Вятки — по р. Кама до устья р. Белой — севернее Уфы и далее на юг вдоль Уральского хребта, а в Сибири примерно по линии Тагил — Ир-бит — Тюмень — Новосибирск — Томск — Иркутск — Владивосток.
На огромном протяжении лесной зоны с запада на восток мы встречаем большое разнообразие климата и рельефа, которые в значительной степени определяют разнообразие растительности и почвенного покрова. Само название зоны указывает на то, что в ней широко представлена древесная растительность, по характеру которой лесную зону подразделяют на три подзоны:
• подзона хвойных лесов, или тайга;
• подзона смешанных лесов, где хвойные леса чередуются с лиственными породами;
• подзона лиственных лесов, в которой доминируют лиственные древесные породы.
Из древесных растений в лесной зоне преобладают: хвойные — ель, сосна, лиственница, пихта сибирская, сосна сибирская (кедр сибирский); лиственные дуб, липа, осина, ясень, вяз, граб, береза и др.
В лесной зоне большие пространства заняты лугами и болотами. Поэтому эту зону часто называют лесолуговой зоной, а по характеру преобладающих здесь почв — нечерноземной зоной.
В лесной зоне выпадает большое количество осадков (от 500 до 700 м в год). Умеренная температура зоны исключает возможность интенсивного испарения влаги, поэтому большая часть атмосферных осадков проникает в почву. Таким образом, развитие почв в этой зоне происходит при систематическом их увлажнении и промывании.
На территории лесной зоны Российской Федерации преобладают три типа почвообразовательного процесса, которые называются подзолообразовательным, дерновым и болотным. Эти процессы обуславливают свойства почв и их сельскохозяйственное использование.
Подзолообразовательный процесс. Так ученые-почвоведы называют процесс почвообразования, который является преобладающим на большой территории, занимаемой хвойными лесами таежной зоны. В чем же сущность подзолообразования?
Под пологом хвойного леса отмирающие части древесной и мохово-кустарничковой растительности образуют лесную подстилку. Она постоянно пополняется свежим опадом — в среднем 0,3-0,5 кг сухого вещества на 1 м2 ежегодно.
Под воздействием микроорганизмов, населяющих лесную почву, подстилка подвергается разложению. Хвойная подстилка обладает кислой реакцией, поэтому в ее минерализации участвуют преимущественно грибы, тогда как деятельность бактериальной микрофлоры угнетена. Это и понятно, ведь бактерии в отличие от грибов не выносят кислой реакции среды. К тому же дубильные вещества, которыми богата хвоя, обладают бактерицидным действием.
Другое важное свойство хвойного опада — бедность щелочными и щелочноземельными металлами (калием, кальцием и магнием). Поэтому в результате разложения лесной подстилки органические кислоты, которые образуются в большом количестве, нейтрализуются лишь частично. Значительная часть этих кислот вместе с осадками (а их количество в таежной зоне весьма велико) вымывается в нижние горизонты почвы.
Кислоты растворяют различные минеральные и органоминеральные соединения, которые в форме растворов вместе с нисходящим током воды вымываются из верхних слоев почвы. В результате почва обедняется питательными веществами (гумусом, минеральными веществами), а ее реакция становится кислой.
Если мы проведем почвенные раскопки в хвойном лесу, то обнаружим следующее характерное строение почвы (рис. 4).
С поверхности почва имеет темную подстилку мощностью до 6-7 см, ее обозначают символом A0. Под подстилкой иногда располагается маломощный гумусовый горизонт (A1), его толщина не более 5 см. Ниже залегает бесструктурный, белесого цвета подзолистый горизонт (A1) мощностью 30-50 см. Под ним располагается бурый или красновато-бурый горизонт, называемый иллювиальным (В), который постепенно переходит в материнскую породу (С).
Завершая описание подзолообразовательного процесса, отметим, что его важнейшим условием служит большое количество осадков, которое обусловливает промывной тип водного режима. Другое не менее важное условие подзолообразования — химические свойства лесной подстилки хвойного леса (кислая реакция и бедность зольными элементами). Вот почему под сомкнутыми хвойными лесами оподзоливание почв происходит сильнее, чем под лесами смешанными или лиственными. Так возникают подзолистые почвы, которые отличаются низким естественным плодородием и нуждаются в комплексной мелиорации (табл. 4).
Дерновый процесс почвообразования. Этот тип почвообразования в пределах лесной зоны наиболее полно проявляется под смешанными и широколиственными лесами и лугами.
Сочетание хвойных и широколиственных пород изменяет облик леса: он становится осветленным, многоярусным. Под пологом леса развиваются злаковые и другие травянистые растения, а количество мхов, напротив, уменьшается.
Деятельность человека в форме выборочной вырубки леса также приводит к усилению развития травянистого покрова под пологом леса, а сплошная вырубка к образованию лугов. Эти условия ведут к развитию дернового процесса, а почвы, формирующиеся под его воздействием, называются дерновыми.
Наиболее характерными чертами дернового почвообразовательного процесса являются накопление в верхнем горизонте почвы гумуса и минеральных питательных веществ, а также образование водопрочной структуры. В результате формируется мощный гумусовый горизонт, черного или темно-серого цвета, с хорошо выраженной зернистой структурой (рис. 5).
Дерновый процесс протекает под воздействием травянистой растительности, остатки которой откладываются в массе почвы. С помощью корней растения извлекают из почвы и материнской породы питательные элементы, которые после их отмирания накапливаются в верхнем горизонте почвы.
Травянистые растения богаты зольными элементами, в частности калием, кальцием и магнием. Они взаимодействуют с гумусом и нейтрализуют значительную часть органических кислот, поэтому растворения и вымывания из почвы питательных веществ здесь не происходит. По этой же причине в минерализации остатков растений наряду с почвенными грибами активное участие принимают бактерии. А благодаря деятельности свободноживущих и клубеньковых азотфиксирующих бактерий в дерновых почвах накапливается азот — важнейший элемент почвенного плодородия.
В итоге верхние горизонты почвы накапливают питательные вещества, формируется зернистая и комковатая структура почвы, улучшаются ее физические свойства, усиливается деятельность полезных микроорганизмов. Поэтому природное плодородие дерновых почв существенно выше, чем подзолистых.
Интенсивность дернового процесса зависит от количества органических остатков, поступающих в почву и условий их разложения и превращения в гумус. Наибольшую массу отмерших корней оставляют в почве луговые растения. Разложение их протекает в тесном контакте с минеральной частью почвы. Это создает лучшие условия для закрепления в почве гумуса.
На образование и накопление гумуса большое влияние оказывает содержание в почве углекислого кальция. Он стимулирует деятельность бактерий по разложению растительных остатков и способствует закреплению в почве гумусовых веществ. Поэтому наиболее благоприятные условия для образования дерновых почв создаются на карбонатных материнских породах (известняках, мергеле и др.). В этом случае формируются дерново-карбонатные почвы с мощным гумусовым горизонтом (15 см и более) и высоким содержанием гумуса (10 % и более).
He менее важное значение для дернового процесса имеет хорошая аэрация почвы. При недостатке кислорода (в анаэробных условиях) растительные остатки разлагаются медленно и могут накапливаться в виде торфяной массы. В этом случае дерновый процесс переходит в болотный процесс (см. ниже).
Болотный процесс почвообразования протекает при избыточном увлажнении почвы. На таких почвах поселяется влаголюбивая растительность, отдельные виды которой способны задерживать и накапливать влагу. Например, влагоемкость мха кукушкина льна достигает 670 %, а некоторых видов сфагнума от 1600 до 3000 % и более. В результате под воздействием влаголюбивой растительности в толще почвы накапливается еще больше влаги.
При избыточном увлажнении в почве уменьшается количество газообразного кислорода и создаются анаэробные условия. Это в первую очередь сказывается на численности и составе микроорганизмов почвы. Общее количество их сильно сокращается главным образом за счет группы аэробов (видов, нуждающихся в кислороде воздуха).
Недостаток кислорода и господство анаэробных микроорганизмов обуславливает темп и характер разложения органических веществ. Растительные остатки в этих условиях минерализуются и превращаются в гумус очень медленно. В результате часть ежегодно поступающих в почву растительных остатков остается в полуразложившемся состоянии. Постепенно на поверхности заболачивающейся почвы образуется горизонт торфа.
Торф представляет собой сложный комплекс продуктов разложения остатков растений в виде растительных тканей, сохранивших клеточное строение, различных промежуточных соединений, гумусовых и минеральных веществ. Накопление органического вещества в виде торфа является первой характерной особенностью болотного почвообразовательного процесса. Нарастание торфа идет медленно, в среднем 1,5-2 см в год. Ho за длительное время торфяная масса может достичь значительной мощности (2-3 м и более).
Этот процесс сопровождается образованием ряда не полностью окисленных соединений, в том числе и газообразных (метана, сероводорода, аммиака и др.).
Наряду с накоплением торфа дефицит кислорода при избыточном увлажнении обуславливает химическое восстановление ряда минеральных соединений (главным образом железа и марганца). Под влиянием закисных соединений железа и марганца почва приобретает характерную сизую или зеленую окраску и в ней формируется особый горизонт, который ученые-почвоведы называют глеевым, а сам процесс его формирования — оглеением.
Оглеение сопровождается разложением минеральной части почва, она уплотняется, ее пористость и водопроницаемость уменьшаются. Так возникают болотные почвы с очень характерным строением профиля (рис. 6).
В настоящее время площадь под болотами в таежно-лесной зоне достигает 20 %. По современным представлениям, болотный почвообразовательный процесс может происходить в результате заболачивания суши или зарастания водоемов.
Заболачивание суши особенно часто происходит в таежно-лесной зоне, для которой характерно превышение количества осадков над испарением. Вода может накапливаться в различных понижениях рельефа, а также в случае наличия водоупорного слоя в толще почвы.
Заболачивание нередко происходит на гарях и лесосеках при сплошных вырубках, так как при этом резко уменьшается испарение влаги через транспирацию древесных пород. Возобновление леса обычно приводит к осушению территории.
Неумеренная пастьба скота приводит к разрушению дернины, уплотнению почвы, что в совокупности затрудняет сток воды и усиливает застаивание ее на поверхности. Избыточное увлажнение почв создается и при близком уровне грунтовых вод или при выходе их на поверхность. Все эти факторы могут стать причиной заболачивания почв.
Зарастание водоемов (озер, речных стариц и пр.), или заторфовывание — это другая причина возникновения болотных почв.
Вначале на дне водоема откладывается гниющий ил сапропель, состоящий из массы отмирающего планктона и минеральных веществ, приносимых водными потоками. Затем, начиная от берегов, на сапропеле поселяются хвощи, камыши, тростник и другие влаголюбивые растения, которые после отмирания заполняют водоем.
Нередко в зарастающем водоеме поселяются растения, образующие плавающий на воде ковер — сплавину (трифоль, сабельник, телорез, рдесты, некоторые осоки, мхи). В этом случае зарастание водоема идет одновременно сверху и снизу
После заполнения органической массой всего водоема на поверхности поселяется болотная растительность и начинается развитие болотного почвообразовательного процесса.
Болота в ландшафте играют важную роль аккумуляции воды. Благодаря высокой влагоемкости торфа они накапливают воду в периоды избыточного увлажнения. В засушливое время года болота служат источником воды. Таким образом, благодаря болотам поддерживается благоприятный водный баланс экосистем.