Почвоведение в горных условиях

1. Физические, физико — механические, тепловые свойства почв. Почвенный раствор и почвенный воздух. Общие физические свойства почв: плотность (удельный вес), плотность сложения (объемный вес), пористость (скважность) и удаленная поверхность. Их значение при оценке свойств почв и практическое использование. Физико-механические свойства и их влияние на плодородие почв. Тепловые свойства и их оценка относительно плодородия почв и хозяйственной деятельности. Почвенный раствор и почвенный воздух, их значение для почвообразования и плодородия почв и пути регулирования.

К физическим свойствам почвы относятся структура, водные, воздушные, тепловые, общие физические и физико-механические свойства. К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

К физико-механическим свойствам относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. Физико-механические свойства активно воздействуют на рост и развитие растений, например, прорастание семян, распространение корней растений в глубину и ширину. Они оказывают большое влияние на почвообрабатывающие орудия.

Почвенный раствор можно определить как жидкую фазу почв, включающую почвенную воду, содержащую растворенные соли, органоминеральные и органические соединения, газы и тончайшие коллоидные золи. Наиболее существенным источником почвенных растворов являются атмосферные осадки. Грунтовые воды также могут участвовать в их формировании. В зависимости от типа водного режима почвы участие грунтовых вод может быть систематическим (выпотной или застойный водный режим) и периодическим (периодически выпотной водный режим). При орошении дополнительным резервом влаги для почвенных растворов становятся поливные воды.

Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменяют свой состав при взаимодействии с твердой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву. Образующийся почвенный раствор в свою очередь играет огромную роль в динамике почв, питании растений и микроорганизмов, принимает активное участие в процессах преобразования минеральных и органических соединений в почвах, в их передвижении по профилю.

Физические свойства почвы разделяются на основные (объемный и удельный вес, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые). К последним относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т. д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы. Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование. Объемный и удельный вес. О б ъ е м н ы й в е с — вес единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном сложении (с порами), или вес в граммах 1 см³ сухой почвы. Он определяется взвешиванием образца с ненарушенным строем, взятого в строго определенном объеме. У д е л ь н ы й в е с — вес в граммах 1 см³ твердой массы почвы без пор. Удельным весом почвы называют отношение веса твердой ее фазы определенного объема к весу воды при 40оС в том же объеме. Пористость (скважность). Суммарный объем пор между частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением объема пор к объему почвы называется о р и с т о с т ь ю, или с к в, а ж н о с т ь ю. В отличии от пористого сложения почвы или от пористости горных пород или других тел, скважность почвы нередко называют порозностью.

Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что-то же, обратно пропорциональна размеру частиц диспер Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные. Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор «Сорптоматик» (время измерения — приблизительно один образец в сутки).

Пластичность и липкость почвы обусловлены наличием в ней глинистых частиц и воды. Пластичность — это способность почвы изменять свою форму под влиянием силы без нарушения сложения и сохранять ее после устранения этой силы. Чем больше в почве илистых частиц, тем сильнее выражена ее пластичность. Наибольшая пластичность характерна для глинистых почв. У песчаных почв пластичность отсутствует. Пластичность зависит также от состава поглощенных катионов и содержания гумуса. Так, при значительном содержании в почве поглощенных катионов натрия ее пластичность увеличивается, а при насыщении кальцием — уменьшается. С увеличением содержания гумусапластичность почвы уменьшается.

Липкость находится в непосредственной связи с пластичностью и также обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды. Сухие почвы не обладают липкостью. По мере увлажнения примерно до 80% наименьшей влагоемкости липкость повышается, а затем начинает уменьшаться.

Набухание — это увеличение объема почвы при увлажнении. Наиболее набухаемы глинистые почвы с высоким содержанием коллоидов, на поверхности которых происходит сорбция влаги. Песчаные почвы с очень низким содержанием коллоидов совсем не набухают. Обменные катионы натрия сильно повышают набухаемость почв, поэтому солонцы отличаются высокой набухаемостью. При значительной набухаемости разрушается почвенная структура.

Усадка — процесс, обратный набуханию. При высыхании почвы образуются трещины, разрываютсякорни растений, повышаются потери влаги за счет испарения. Чем больше набухаемость почвы, тем сильнее ее усадка.

Связность — это способность почвы оказывать сопротивление внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Связность выражают в граммах на квадратный сантиметр. Наибольшую связность в сухом состоянии имеют глинистые бесструктурные почвы, наименьшую — песчаные. При оструктуривании глинистых и суглинистых почв резко снижается их связность.

Твердость — способность почвы сопротивляться сжатию и расклиниванию. Твердость и связность зависят от гранулометрического состава, содержания гумуса, состава обменных катионов, структурности и степени увлажнения. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью. На их обработку требуется меньше энергозатрат.

Удельное сопротивление — это усилие, которое затрачивается на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Оно характеризуется сопротивлением почвы в килограммах, приходящимся на 1 см² поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом. Удельное сопротивление зависит от физико-механических свойств почвы и колеблется в пределах 0,2…1,2 кг/см².

Для улучшения физических и физико-механических свойств почвы применяют комплекс мероприятий: внесение органических удобрений, возделывание многолетних трав, посев сидератов, выбор сроков и приемов обработки почвы в зависимости от состояния ее влажности. При известковании кислых почв и гипсовании щелочных изменяется состав поглощенных катионов и улучшаются физико-механические свойства. Этому способствуют также мероприятия, снижающие уплотнение почвы машинами (минимизация обработок, глубокое рыхление и др.).

В почву поступает тепло, выделяемое при экзотермических, физико-химических и биохимических реакциях. Однако тепло, получаемое в результате биологических и фотохимических процессов, почти не изменяет температуру почвы. В летнее время сухая нагретая почва может повышать температуру вследствие смачивания. Эта теплота известна род названием.

Воздух приземного слоя, поверхностные и грунтовые воды и солнечную радиацию. Действие его на развитие почв может быть прямым, выражающимся в увлажнении, промачивании, нагревании и охлаждении почв, И косвенным, сказывающимся в жизнедеятельности почвенных организмов.

Почвенный раствор имеет огромное значение в генезисе почв и их плодородии. Он участвует в процессах преобразования (разрушение и синтез) минеральных и органических соединений, в составе почвенного раствора по профилю почв перемещаются разнообразные продукты почвообразования. Исключительно велика роль почвенного раствора в питании растений. Поэтому важно знать его состав, свойства (реакция, буферность, осмотическое давление) и динамику.

2. Почвенно-географические зоны равниной части РФ и соответствующие им наиболее распространенные типы почв. Вертикальные почвенные зоны горных областей РФ. Сходство и различие равнинных и горных почв, причины различия. Особенности ведения хозяйства в горных условиях, в целях защиты почв от эрозии С точки зрения геологической структуры и рельефа территорию России можно разделить на две основных части, восточную и западную, граница которых пролегает примерно по Енисею. Западная часть — преимущественно равнинная, с невысокими холмами и возвышенностями; в восточной части преобладают горы (хотя имеется и несколько крупных низменностей). Принимая во внимание эти топологические факторы, на территории России можно выделить шесть основных орографических частей: Фенноскандию, Восточно-Европейскую равнину, Уральские горы, Западно-Сибирскую равнину, Среднесибирское плоскогорье, горы юга и востока России.

На территории Российской Федерации встречаются следующие типы почв: Подзолистые почвы, тундровые глеевые почвы, арктические почвы, мерзлотно-таежные, серые и бурые лесные почвы и каштановые почвы.

Вертикальная почвенная зональность. Вторая закономерность географии почв — вертикальная зональность, проявляющаяся в смене типов почв от подножия горной системы к ее вершинам. С высотой местности становится холоднее, что влечет за собой закономерные изменения климатических условий, растительного и животного мира. В соответствии с этим изменяются и типы почв. В горах с недостаточным увлажнением смена вертикальных поясов обусловливается сменой степени увлажнения, а также экспозицией склонов (почвенный покров здесь приобретает экспозиционно-дифференцированный характер), а в горах с достаточным и избыточным увлажнением — изменением температурных условий.

Сначала считалось, что смена вертикальных почвенных зон совершенно аналогична горизонтальной зональности почв от экватора к полюсам, однако позже было обнаружено, что среди горных почв, наряду с типами, распространенными как на равнинах, так и в горах, есть почвы, образующиеся только в условиях горных ландшафтов. Также было выяснено, что очень редко соблюдается строгая очередность расположения вертикальных почвенных зон (поясов). Отдельные вертикальные почвенные пояса выпадают, смешиваются, а иногда даже меняются местами, поэтому был сделан вывод, что структура вертикальных зон (поясов) горной страны определяется местными условиями.

Сходство в том, что и Русская и Западно — Сибирская — равнины. Протянулись от морей Северного Ледовитого океана до южных границ страны. Находятся под влиянием арктических воздушных масс, имеют общие природные зоны (тундра, лесотундра, тайга, смешанные леса, лесостепи, степи. На равнинах имеются горные породы осадочного происхождения.

Отличие.

Среди всех равнин нашей Родины только Русская равнина выходит к двум океанам. Русская равнина находится в области умеренного континентального климата, а Западно — Сибирская в области континентального климата. Расположены в разных частях света (Русская в Европе, а З. — С. в Азии).

Отличаются рельефом. Абсолютная высота русской равнины — 200 — 500 м. Западно — Сибирская равнина по форме напоминает блюдце, поэтому на ее территории много болот.

Русская равнина наиболее обжитая и освоенная часть страны. Плотность населения гораздо выше.

Традиционные методы землепользования, однако, не могут больше использоваться, поскольку население растёт, и оно вынуждено принимать другие системы, способы и технологии землепользования или типы собственности, другие условия, приспособленные к горной среде. Именно это происходит в настоящее время ускоряющимися темпами, потому, что человечество пытается эксплуатировать всё ещё не полностью используемые мировые ресурсы. Из-за проблем доступности, ресурсами гор пренебрегали, поэтому они сохранялись в течение продолжительного времени нетронутыми или слабо используемыми, но теперь к ним обращаются всё чаще и чаще. Это и ведёт к тому, что традиционные методы землепользования постепенно утрачиваются. Местное население гор до сих пор не имело достаточного времени, чтобы приспособиться к новым условиям, и это ведёт к использованию неэффективных методов землепользования. Это в свою очередь инициирует порочный круг, ведущий к истощению природных ресурсов, и влечёт за собой потребность пополнять семейные доходы из других источников. Развитие горнодобывающей промышленности и туризма также зачастую оказывает негативное воздействие на природную среду. Небольшие местные предприятия пытаются конкурировать с предприятиями, расположенными в долинной местности, и почти всегда безуспешно. Это ведёт к сезонной работе в долине и, в итоге, к миграции людей из горных районов. Поскольку уезжают в основном молодые, образованные и более энергичные люди, а остаются в основном люди старших возрастов, неспособных для творческой активности и приспособиться к новым реалиям.

Для почв, подверженных сильной эрозии, необходим весь комплекс Противоэрозионных мер: полосное земледелие, т. е. такая организация территории, при которой прямолинейные контуры полей чередуются с полезащитными лесными полосами, почвозащитные севообороты (для защиты почв от дефляции), облесение оврагов, бесплужные системы обработки почв (применение культиваторов, плоскорезов и т. п.), различные гидротехнические мероприятия (устройство каналов, валов, канав, террас, сооружение водотоков, лотков и др.) и другие меры.

3. Условия почвообразования и почвы тундурного-арктической зоны. Классификация почв, строение почвенного профиля, свойства, хозяйственное значение и пути их рационального использования Тундрово-арктическая зона занимает обширную территорию на Крайнем Севере нашей страны. Она охватывает северную половину Кольского полуострова и далее на восток все побережье Ледовитого океана, несколько севернее Полярного круга. В нее входят также острова Северного Ледовитого океана. Пространство, занятое тундрой, составляет 180 млн. га, или 8,1% всей территории СНГ.

Климат. Климат тундрово-арктической зоны характеризуется низкой среднегодовой температурой, продолжительной холодной зимой, коротким прохладным летом, малым количеством осадков и слабым испарением.

Над толщей вечной мерзлоты лежит маломощный слой земли, замерзающий зимой и оттаивающий летом, который называется деятельным слоем, так как в нем развиваются биологические процессы. Глубина летнего оттаивания колеблется чаще всего в пределах 30—80 см, в зависимости от географической широты, а также от механического состава почвы и мощности торфа (на песчаных почвах —1,2—1,6 м, глинистых —0,7—1,2 и на торфяниках —0,2—0,4 м).

Почвообразующие породы. Это главным образом четвертичные отложения: морены, флювиогляциальные, озерные, аллювиальные и морские самого различного механического состава, нередко каменистые. Среди них встречаются местами выходы различных коренных пород.

Рельеф. Значительное пространство тундры представлено главным образом равниной, местами с волнистой или увалисто-холмистой поверхностью. Равнинный рельеф здесь очень часто разнообразится замкнутыми понижениями, занятыми озерами, речными долинами и отрогами горных хребтов, пересекающих во многих местах эту обширную зону. В Сибири распространена каменистая горная тундра.

Плодородие почвы — это ее способность обеспечивать растения необходимыми для роста и развития элементами минерального питания, влагой и воздухом в оптимальном сочетании между ними. Известно также, что плодородие почвы зависит от биологических, физических, физико-химических и гидротермических свойств грунта и его механического состава.

На освещенной солнцем лицевой стенке почвенного разреза можно легко выделить почвенные горизонты, сменяющие друг друга в вертикальном направлении и отличающиеся по цвету, структуре, механическому составу, влажности и другим признакам.

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называется строением почвы. Совокупность генетических горизонтов образует генетический профиль почвы.

Известный почвовед С. А. Захаров писал, что «строение почвы представляет результат ее генезиса, постепенного развития ее из материнской породы, которая дифференцируется на горизонты в процессе почвообразования». Каждый вид почвы имеет вполне определенный характер почвенного профиля. Зная это, можно определить название почвы в поле.

Существует много систем выделения почвенных горизонтов и их буквенных обозначений. Однако наиболее распространенным в нашей стране является использование следующих символов генетических горизонтов почв:

Горизонт А₀ — самая верхняя часть почвенного профиля — лесная подстилка или степной войлок, представляющая собой опад растений на различных стадиях разложения — от свежего до полностью разложившегося.

Горизонт А — гумусовый, наиболее темноокрашенный в почвенном профиле, в котором происходит накопление органического вещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной частью почвы. Цвет этого горизонта варьируется от черного, бурого, коричневого до светло-серого, что обусловлено составом и количеством гумуса. Мощность гумусового горизонта колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м и более.

Поверхностный органогенный горизонт с содержанием органического вещества от 30 до 70%, состоящий из разложенных органических остатков (степень разложения — больше 50%) и гумуса с примесью минеральных компонентов, называют перегнойным горизонтом.

Органогенные горизонты различной степени разложения органических остатков образуют переходные горизонты — торфянисто-перегнойные, перегнойно-гумусовые.

Горизонт A₁ — минеральный гумусово-аккумулятивный, содержащий наибольшее количество органического вещества. В почвах, где происходит разрушение алюмосиликатов и образование подвижных органоминеральных веществ, — верхний, темноокрашенный горизонт.

Горизонт А₂ — подзолистый или осолоделый, элювиальный, формирующийся под влиянием кислотного или щелочного разрушения минеральной части. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом и другими соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания их в нижележащие слои и относительно обогащенный остаточным кремнеземом.

Горизонт А_п или А_пах — пахотный, измененный продолжительной обработкой, сформированный из различных почвенных горизонтов на глубину вспашки.

Горизонт В — располагающийся под элювиальным горизонтом, имеет иллювиальный характер. Это бурый, охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненный и утяжеленный, хорошо оструктуренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа, алюминия и других коллоидных веществ за счет вмывания их из вышележащих горизонтов. В почвах, где не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе, характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса, разложения первичных минералов и может подразделяться на В₁ — горизонт с преобладанием гумусовой окраски, В₂ — подгоризонт более слабой и неравномерной гумусовой окраски и В₃ — подгоризонт окончания гумусовых затеков.

Горизонт В_к — горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, обычно располагается в средней или нижней части профиля и характеризуется видимыми вторичными выделениями карбонатов в виде налетов, прожилок, псевдомицелья, белоглазки, редких конкреций.

Горизонт G — глеевый, характерен для почв с постоянно избыточным увлажнением, которое вызывает восстановительные процессы в почве и придает горизонту характерные черты — сизую, серовато-голубую или грязно-зеленую окраску, наличие ржавых и охристых пятен, слитность, вязкость и т. д.

Горизонт С — материнская (почвообразующая) горная порода, из которой сформировалась данная почва, не затронутая специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т. д.).

Горизонт Д — подстилающая горная порода, залегающая ниже материнской (почвообразующей) и отличающаяся от нее по своим свойствам (главным образом по литологии).

Кроме указанных горизонтов выделяются переходные горизонты, для которых применяются двойные обозначения, например A₁A₂ — горизонт, прокрашенный гумусом и имеющий признаки оподзоленности; А₂B — горизонт, имеющий черты подзолистого горизонта (А₂) и иллювиального (В); A₁C — переходный горизонт от гумусового к материнской породе и т. д. Второстепенные признаки обозначаются индексом с дополнительной малой буквой, например A_2g — подзолистый горизонт с признаками оглеения, B_g — иллювиальный горизонт с пятнами оглеения, Bt — метаморфический горизонт, характеризующийся аккумуляцией глины без заметных следов ее перемещения, С_k — карбонатная почвообразующая порода и др. Иногда применяются и дополнительные индексы: Т — торфяной горизонт (содержание органического вещества — более 70% со степенью разлаженности менее 50%), А_t — торфянистый горизонт, A_d — дерновый горизонт, B_h — иллювиально-гумусовый, В_f — иллювиально-железистый горизонт и т. д.

Иными словами, индексы при обозначении генетических горизонтов ставятся в зависимости от степени выраженности того или иного процесса, протекающего в данном горизонте. Они складываются из заглавных букв русской системы символов генетических горизонтов и малых букв сопутствующего процесса.

Независимо от выбранной системы обозначения почвенных горизонтов почвовед должен также применять и словесные названия: гумусовый, подзолистый, глеевый, торфянистый, солонцовый, иллювиально-гумусовый, погребенный и т. д., которые широко распространены в почвенных исследованиях.

При резком изменении мощности горизонта, трудно различимой границе между горизонтами или других неясных признаках, характеризующих почвенный горизонт, следует изучить и боковые стенки почвенного разреза.

Для описания почвы прежде всего необходимо на хорошо отпрепарированной стенке разреза закрепить клеенчатый сантиметр так, чтобы верхний его край точно совпадал с верхней границей почвы, и ножом отметить границы почвенных горизонтов. Для этого острым концом почвенного ножа проводят вертикальную черту сверху донизу почвенного разреза, выявляя плотность и сложение почвы. Учет плотности почв значительно облегчает выделение горизонтов и установление их границ. Затем по совокупности всех признаков (цвет, структура, сложение, плотность и др.) устанавливают границы почвенных горизонтов и подгоризонтов и все данные, полученные при изучении почвенного профиля, заносят в почвенный дневник.

При описании морфологических признаков очень важно указывать характер перехода одного горизонта в другой Для этого можно пользоваться следующими градациями переходов: 1) резкий переход — смена одного горизонта другим происходит на протяжении 2−3 см; 2) ясный переход — смена горизонтов происходит на протяжении 5 см; 3) постепенный переход — очень постепенная смена горизонтов на протяжении более 5 см.

Строение почвы — это соотношения между объёмами твёрдой фазы почвы и порами разных размеров (пористостью). Оно в значительной мере зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса, структуры и сложения (взаимного расположения почвенных частичек) почвы. Характеризуется строение почвы объёмной массой и пористостью.

Общая задача рационального управления природными ресурсами состоит в нахождении наилучших или оптимальных способов эксплуатации естественных и искусственных (например, в сельском хозяйстве) экосистем. Под эксплуатацией понимается сбор урожая и воздействие теми или иными видами хозяйственной деятельности на условия существования биогеоценозов.

Решение задачи по созданию оптимальной системы управления природными ресурсами существенно осложняется наличием не одного, а множества критериев оптимизации. К ним относятся: получение максимального урожая, сокращение производственных затрат, сохранение природных ландшафтов, поддержание видового разнообразия сообществ, обеспечение чистоты окружающей среды, сохранение нормального функционирования экосистем и их комплексов.

4. Гранулометрический, минералогический и химический состав почвы и рыхлых горных пород. Классификация гранулометрических элементов и почв по гранулометрическому составу (по Н.А. Качинскому). Влияние гранулометрического состава на плодородие почв, на состав и производительность древостоев. Структурно — агрегатный состав почвы и его значение для плодородия почв. Минералогический состав почв, первичные и вторичные минералы, их приурочность к различным фракциям гранулометрического состава почв. Химический состав почв и его влияние на лесорастительные свойства. Взаимосвязь между гранулометрическим, минералогическим и химическим составом почв почва порода плодородие горный По классификации Н. А. Качинского основное название почв по гранулометрическому составу проводится по содержанию физической глины и дополнительное — с учётом сопутствующей и преобладающей фракцией, причем преобладающая фракция ставится на последнее место, чем подчеркивается ее ведущее значение. Например: в почве содержится физической глины — 28.1%, песка — 37.0, крупной пыли — 34.9, средней и мелкой — 16 и ила — 12.1%. Основное наименование почвы по гранулометрическому составу — почва легкоглинистая, дополнительное — крупнопылевато-песчаная.

Значение гранулометрического состава в почвообразовании. Гранулометрический состав почв оказывает большое влияние на почвообразование и сельскохозяйственное использование почв. От гранулометрического состава почв и почвообразующих пород в значительной степени зависит интенсивность многих почвообразовательных процессов, связанных с превращением, перемещением и накоплением органических и минеральных соединений в почве. От него зависят все свойства и режимы: водно-физические, физико-механические, воздушные, тепловые свойства, окислительно-восстановительные условия, поглотительная способность, накопление в почве гумуса и элементов питания. В зависимости от гранулометрического состава почв меняются условия обработки, сроки полевых работ, размещение сельскохозяйственных и лесных культур, способы и нормы полива, дозы удобрений, расстояния между временными оросителями, выводными бороздами и т. д.

Почвы песчаные и супесчаные легко поддаются обработке, поэтому издавна их называют лёгкими — быстро прогреваются. Тяжелосуглинистые и глинистые почвы требуют больше энергетических затрат при обработке, их называют тяжёлыми почвами.

Гранулометрический состав почвы довольно устойчивый признак, унаследованный от почвообразующей породы. Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных веществ. По химическому составу она существенно отличается от исходных почвообразующих пород. Главные особенности химического состава почвы — присутствие органических веществ и в их составе специфической группыгумусовых веществ, разнообразие форм соединений отдельных элементов и непосредственно состава во времени.

Источник минеральных соединений почвы — горные породы, из которых слагается твёрдая оболочка земной коры — литосфера. Органические вещества поступают в почву в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов, населяющих почву. Взаимодействие минеральных и органических веществ создаёт сложный комплекс органо-минеральных соединений почв. В составе почв обнаружены все известные химические элементы. Содержание отдельных химических элементов в литосфере и почве колеблется в широких пределах.

Знание гранулометрического состава почв и почвообразующих пород позволяет лесоводу определить особенности местообитания древесных пород, способы обработки почв, сроки проведения лесоустроительных работ, подобрать соответствующие лесные культуры. Лучшими для большинства культур являются суглинистые почвы. Однако это зависит от породы деревьев и климатических условий. Разные древесные растения в силу своих биологических особенностей предъявляют неодинаковые требования к почвенной влаге, плотности сложения, содержанию элементов пищевого режима, аэрации почвы, которые в значительной мере определяются гранулометрическим составом. В различных климатических условиях почвы одинакового гранулометрического состава по величине эффективного плодородия могут существенно различаться. В то же время по обеспеченности растений влагой супесчаная почва, расположенная в лесной (влажной) зоне, близка к тяжелосуглинистой или глинистой в степной (засушливой) зоне. Низкая влагоемкость песчаных и супесчаных почв — главная причина дефицита продуктивной влаги в засушливых условиях, гораздо слабее проявляющегося на тяжелосуглинистых и глинистых почвах благодаря их способности дольше удерживать влагу. Последние, однако, хуже проявляют себя в гумидных условиях в связи с переувлажнением и развитием оглеения. Почвы разного гранулометрического состава различаются и по условиям теплового режима. Легкие почвы быстрее прогреваются и раньше готовы к проведению лесоустроительных работ. Тяжелые почвы из-за большой влагонасыщенности, а, следовательно, высокой теплоемкости медленнее прогреваются весной, позднее наступает их физическая спелость. От соотношения механических элементов зависит структурное состояние почв.

Структура у обыкновенных черноземов хорошая и не в такой степени распылена, как, например, у оподзоленных черноземов. Объясняется это тем, что ППК почти полностью насыщен кальцием и магнием, вследствие чего агрегаты почв обладают высокой прочностью. Однако, сопоставляя цифровые данные, характеризующие структурный состав в пахотном и подпахатном горизонтах, можно видеть, что в пахотной толще у всех вариантов обыкновенных черноземов количество пылеватых микроагрегатов значительно больше, чем в подпахотной части горизонта А. Это свидетельствует о том, что при использовании почв в с/х в процессе механической обработки происходит распыление структурных отдельностей, их растирание рабочей частью плуга. Механическое распыление структурных комочков почвы наблюдается в большей степени при несвоевременной вспашке и неправильном использовании почв вообще.

Почвообразующие породы представляют собой смесь продуктов химического и физического выветривания, т. е. смесь первичных и вторичных минералов. Первичные минералы обладают различной устойчивостью против разрушения, поэтому в составе рыхлых пород они могут встречаться в различных соотношениях.

Минерал — это однородное в химическом отношении тело, обладающее постоянством химического состава и определенными физическими свойствами.

По физическому состоянию минералы бывают твердые, жидкие и газообразные. Многие минералы имеют определенную форму и являются кристаллическими. Большинство минералов аморфны. Кристаллы ряда минералов анизотропны, т. е. различаются по своим свойствам в различных направлениях (твердость, теплопроводность и электропроводность и др.).

Первичные минералы Минералы, входящие в состав почв, делятся на две группы: 1) первичные и 2) вторичные. Первичные минералы образуются вследствие выветривания магматических и метаморфических пород, вторичные — из первичных (табл.2.3.1).

Из первичных минералов наиболее распространенными являются минералы, включающие кислородные соединения кремния (кварц, полевые шпаты, пироксены и слюды).

Первичные минералы различаются между собой химическим составом и строением кристаллической решетки, что и предопределяет их неодинаковую устойчивость против выветривания.

Вторичные минералы Как отмечалось раньше, в результате химического выветривания первичные минералы изменяют свой состав и внутреннюю структуру. Выветривание в первую очередь затрагивает поверхность минералов, поэтому с их измельчением возрастает суммарная поверхность, и процессы разрушения ускоряются.

Важнейшим фактором химического выветривания является вода, а также присутствующие в почве кислород и углекислота. Основными типами реакций, происходящими в почве являются: гидратация, гидролиз, растворение, окисление-восстановление.

Как отмечалось выше, число первичных минералов в природе невелико, поэтому и количество вторичных минералов не отличается большим разнообразием. Наиболее часто встречающимися минералами являются группы гидрослюд (гидробиотит) и монтмориллонита (монтмориллонит, белделлит, нотронит), далее следуют каолинит, галлузит, вермикулит, гиббсит.

Основная масса рыхлых пород состоит из относительно небольшого числа минералов. Из группы первичных минералов в их состав входят кварц, полевые шпаты, слюды и роговые обманки, из вторичных — слоистые алюмосиликаты, окиси и гидроокиси железа и алюминия.

Так как в различных гранулометрических фракциях преобладают различные минералы, поэтому рыхлые породы, подвергаясь сортировке по фракциям, сортируются также по минералогическому составу. Например, в песках содержатся в основном, первичные минералы (кварц, полевые шпаты), в глинах — вторичные, в суглинках — смесь первичных и вторичных. Минералогический состав илистой фракций (< 0,001мм) резко отличается от состава более крупных фракций. Из первичных минералов в этой фракции встречается главным образом кварц, который из-за химической устойчивости может сохраниться в виде очень мелких частиц, другие минералы этой группы присутствуют в очень малых количествах. В данной фракции сосредотачивается основная масса вторичных алюмосиликатов — монтмориллонит, каолинит, иллитовые минералы, вермикулит. Сохранность полевых шпатов обуславливается главным образом их механической прочностью, которая позволяет им сохраняться в виде относительно крупных частиц. Этим объясняется небольшое содержание полевых шпатов в составе мелких фракций.

Химические и физико-химические свойства почв Изучение химических и физико-химических свойств почв под интродуцированными (и местными) древесными породами позволяет сделать определенные выводы об уровне их плодородия.

По содержанию гумуса (усредненные данные) все исследованные почвы: черноземы выщелоченные (Чв), темно-серые (Лз) и светло-серые (Л[) лесные, бурые лесные (Лб) -равнинные и горные, дерново-подзолистые (Пд) различных провинций соответствуют их генетическим особенностям [Буроземообразование и псевдооподзоливание, 1974; Вай-чис, 1975; Классиф. и диагностика почв СССР, 1977;]. Длительное произрастание древесных пород сопровождается накоплением органического вещества в виде подстилки и опада, что способствует гумусообразованию. По содержанию гумуса в верхнем 10 см слое исследуемые почвы можно расположить в следующий убывающий ряд: Чв — 8,3% -" Л3 — 7,6 Лб (равнинные) — 4,6 Пд (Поволжье) -4,1 — Лб (горные) — 3,9 -> Пд (С-3) — 3,0 -«Пд (Ю-3) — 2,6 ->¦ Л, — 1,5%.

Изучаемые древесные породы оказывают неодинаковое влияние на содержание гумуса в почвах разных регионов Русской равнины. В бурых лесных почвах Прибалтийской провинции, дерново-подзолистых почвах юго-запада и в черноземах выщелоченных ЦЧР и Украины наибольшее содержание гумуса в горизонте, А отмечается под насаждениями псевдотсуги — 4,4, 2,5 и 8,7% соответственно, в остальных провинциях — под сосной вей-мутовой. В КОС практически во всех случаях содержание гумуса больше под сосной веймутовой. Из других пород наибольшее влияние на накопление гумуса оказывает сосна Муррея лишь в Поволжье. Дуб северный в этом ряду занимает третью-четвертую позиции.

Характерной особенностью изучаемых почв под древесными насаждениями является сильнокислая и кислая (в большинстве случаев) реакция почв (величина рНкс^ 4,5), особенно в светло-серых лесных, бурых лесных, дерново-подзолистых почвах. Слабокислая реакция (рН 5,3) отмечается только в темно-серых лесных почвах под дубравами, что можно объяснить листовым опадом дуба, сопутствующих пород (ясень, клен) и подлеска, богатых кальцием.

В составе почвенного поглощающего комплекса (ППК) выщелоченных черноземов и темно-серых лесных почв основную долю составляют ионы кальция (66−67%), а вторые позиции принадлежат поглощенному водороду гидролитической кислотности (17−20%). На долю магния приходится 15−17%.

Совершенно другая картина наблюдается в светло-серых лесных, бурых лесных и дерново-подзолистых почвах, где водород гидролитической кислотности составляет основную долю (43−64%) в составе обменных катионов и лишь в дерново-подзолистых почвах северо-запада Русской равнины и Поволжья — занимает вторую позицию (3335%). Здесь основную долю также составляет обменный кальций (41−52%). На долю магния приходится от 9 до 23% от состава обменных катионов. В бурых лесных (горных) почвах в ППК появляется алюминий — его доля в верхнем горизонте составляет 9,5%, вниз по профилю она возрастает до 16%. В небольших количествах (чем в горизонте вымывания (элювиальный горизонт).В чернозёмах размытие минеральной массы не происходит, т.к. pH=6,5−7. В следующем горизонте ил составляет 28%.Однородность ГМС по профилю почвы — один из признаков образования чернозёмов. Почвообразовательные процессы характеризуются по соотношению физической глины. Существует оценочная шкала дифференцированию профиля: слабо диффернцированая -(0,2);средне-(1,5−2);сильно-(2−3). Для серых лесных существует понятие очень сильно диф-ой (>3). Дифференциация происходит по содержанию ила, и зависит от количества осадков и территории, на которой формируется. По результатам гранулометрического анализа всей почвы можно сделать вывод о генезисе (происхождении) почвы и о её свойствах. При крупномасштабном обследовании почвы выделяются ареалы почвы с учётом разнообразий по гранулометрическому составу, даётся название. В с/х производстве учитываются её свойства. При землеустройстве поля формируются из пахотных угодий одинакового гранулометрического состава, не допускается в одном севообороте наличие различных гранулометрических составов, т.к. просходит асинхронизация в сроках посадки; норме удобраний; известковании.

5. Водный режим почв. Поступление и расход влаги из почвы, передвижение влаги в почве, водный баланс почвы и типы водного режима, влияние типа водного режима на процессы почвообразования. Влияние древесных насаждений на водный режим местности Водный режим — одна из важнейших характеристик почв. Он определяет условия роста и производительности древесных насаждений. С водным режимом почв связаны степень и характер водообеспеченности растений, перемещение продуктов почвообразования, окислительно-восстановительный режим, интенсивность и направление процессов почвообразования. Водный режим почв — это изменение во времени содержания влаги в почвенном профиле. Типы водного режима. По содержанию воды в почве, степени проточности в почвенном профиле и преобладающему направлению движения почвенной влаги различают четыре типа водного режима: застойный, промывной, непромывной и выпотной. Для качественной характеристики водного режима в многолетнем цикле развития почв используется коэффициент увлажнения (КУ), который изменяется в широком диапазоне значений: от 0,1 до 3,0. При КУ > 1 в почве создаются условия для формирования застойного, промывного или периодически промывного типов водного режима, при КУ < 1 — выпотного.

Основной источник почвенной влаги — атмосферные осадки, количество и распределение которых во времени зависят отклимата данной местности и метеорологических условий отдельных лет. В почву поступает меньше влаги, чем выпадает её в виде осадков, так как значительная часть задерживается растительностью, в особенности кронами деревьев. Вторым источником поступления влаги в почву является конденсацияатмосферной влаги на поверхности почвы и в её верхних горизонтах (10—15 мм). Туман может оказывать значительно больший вклад в сумму осадков (до 2 мм/сутки), хотя и является более редким явлением. Практическое же значение тумана проявляется преимущественно в прибрежных районах, где в ночное время над поверхностью почвы собираются значительные массы влажного воздуха.

Часть поступившей на поверхность почвы влаги образует поверхностный сток, который наблюдается весной во время снеготаяния, а также после обильных дождей. Величина поверхностного стока зависит от количества выпавших осадков, угла наклона местности и водопроницаемости почвы. Выделяют также боковой (внутрипочвенный) сток, возникающий из-за различной плотности почвенных горизонтов. При этом вода, поступившая в почву, фильтруется через верхние горизонты, а дойдя до горизонта с более тяжёлымгранулометрическим составом, формирует водоносный горизонт, называемый почвенной верховодкой. Часть влаги из верховодки всё же просачивается в более глубокие слои, достигая грунтовых вод, которые в своей совокупности образуют грунтовый сток. При наличии же уклона местности часть влаги, сосредоточенной в водоносном горизонте, может стекать в пониженные участки рельефа.

Помимо стока, часть почвенной влаги расходуется на испарение. Из-за своеобразия и непостоянства свойств почвы как испаряющей поверхности, при одинаковых метеорологических условиях скорость испарения меняется сообразно изменению влажности почвы. Величина испарения может достигать 10—15 мм/сутки. Почвы с близким залеганием грунтовых вод испаряют гораздо больше воды, чем с глубоким.

Теория типов водного режима почвы была заложена известным русским почвоведом Г. Н. Высоцким, дополнена и развита рядом исследователей, в первую очередь А. А. Роде. Выделяются следующие основные типы водного режима.

Промывной тип водного режима. В условиях этого типа режима имеет место ежегодное промачивание всей почвенно-грунтовой толщи до грунтовых вод. При этом в грунтовые воды уходит большее количество почвенных вод, чем поступает из грунтовых вод в почву. Уравнение водного баланса для этого типа режима будет иметь следующий вид:

Разность между количеством осадков и суммарным значением десукции, испарения, поверхностного и внутрипочвенного стока будет составлять ту часть почвенных вод, которая теряется посредством грунтового стока. Почвенно-грунтовая толща в условиях этого режима ежегодно как бы промывается гравитационной водой. Подобный тип водного режима почвы типичен для гумидных ландшафтов умеренного и тропического климата, где сумма осадков больше испаряемости.

Непромывной тип водного режима. Для этого типа режима характерно отсутствие сплошного промачивания почвенно-грунтовой толщи. Атмосферная влага, поступая в почву, проникает на глубину от нескольких дециметров до нескольких метров (обычно не более 4 м). Почвенная вода при этом режиме представлена преимущественно формой подвешенной капиллярной воды. В силу того что грунтовые воды в этих условиях залегают глубоко, между нижней границей капиллярно-подвешенной почвенной воды и верхней границей капиллярной каймы грунтовых вод залегает толща с влажностью, близкой к влажности завядания. Эта толща названа Г. Н. Высоцким мертвым горизонтом иссушения. Уравнение баланса этого типа водного режима почвы будет иметь вид:

Для водораздельных участков поверхностный и внутрипочвенный стоки практически равны нулю, поэтому расходные статьи баланса складываются из десукции и испарения.

Непромывной режим почвенных вод типичен преимущественно для аридных ландшафтов, где сумма осадков всегда существенно меньше испаряемости.

Выпотной тип водного режима. Особенность выпотного типа водного режима — важная роль поступающих в почву грунтовых вод, причем сумма десукции и испарения превышает количество атмосферных осадков. Профиль почв с подобным типом водного режима располагается в пределах капиллярной каймы грунтовых вод.

Разность суммы десукции и испарения и количество осадков будет соответствовать количеству воды, поступившей из грунтовых вод в почву.

Водный режим выпотного типа характерен для почв, формирующихся в условиях близкого расположения грунтовых вод и резкого преобладания испаряемости над осадками. Схематическое изображение водного баланса при выпотном режиме приведено на рис. 25, в.

Застойный тип водного режима. Он формируется под влиянием высокого положения уровня грунтовых вод, однако вследствие повышенной влажности воздуха десукция и испарение здесь не так велики, как в случае выпотного типа. Количество атмосферных осадков превышает сумму десукции и испарения. Разница между атмосферными осадками и расходом на десукцию и испарение идет на образование верховодки. В результате происходит заболачивание почвы. Застойный тип водного режима типичен для почв депрессий рельефа в условиях гумидного климата.

Мерзлотный (криогенный) тип водного режима. Кроме охарактеризованных типов водного режима выделяют также мерзлотный (криогенный) тип, который характерен для территории сплошного распространения многолетней мерзлоты. Специфику этого типа режима создает близко залегающий постоянно мерзлый водоупорный горизонт. Вследствие этого, несмотря на небольшое количество осадков, в теплое время года почва пересыщена водой.

Влияние древесных насаждений на водный режим местности. Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Предохраняя снег от сдувания в зимнее время, они способствуют увеличению запасов влаги в метровом слое почвы к началу вегетационного периода на 50—80 мм и до 120 мм в отдельные годы (А. И. Шульгин). Под влиянием лесных полос сокращается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы, что также улучшает водообеспеченность полей. Наиболее эффективны ажурные и продувные лесные полосы. Древесная растительность оказывает весьма существенное влияние и на водные свойства почв, и на их водный режим, и на процессы эрозии. Естественным следствием этого является возможность, путем соответствующего распределения древесных насаждений и ведения хозяйства в них, управлять водным режимом обширных территорийПрименение древесных насаждений для регулирования водного режима местности опирается на представления о гидрологической роли леса. Ниже в краткой форме обобщены эти представления. При этом использованы как старые работы различных исследователей, так и новые исследования, в частности исследования Всесоюзного института лесного хозяйства. Остановимся сначала на влиянии массивных насаждений, а затем перейдем к полосным.

• 1. Возвращение влаги в атмосферу достигает наибольшей величины на площадях, покрытых лесом, как вследствие более или менее значительной задержки атмосферных осадков кронами, так и вследствие большой десукции. Поэтому нельзя, по-видимому, говорить о повсеместной водоохранной роли леса, а правильнее рассматривать его преимущественно как водорегулирующий фактор.
• 2. В зимнее время в лесу накапливается больше снега, чем на больших безлесных пространствах, причем наибольшее накопление снега наблюдается в лиственных насаждениях, меньшее в хвойных, а среди них наименьшее — в еловых.
• 3. Интенсивность снеготаяния в лесу меньше, чем на безлесных площадях, причем в хвойных насаждениях она меньше, чем в лиственных, и наименьшая—в еловых. Зависимость продолжительности снеготаяния от состава насаждения имеет обратный характер.
• 4. Почва в лесу промерзает менее глубоко, чем на безлесных пространствах, и оттаивает раньше.
• 5. Водопроницаемость почв под лесом больше, чем под любым другим угодьем. Этот факт, в сочетании с меньшей промерзаемостью обусловливает наилучшее поглощение влаги почвой под лесом.
• 6. Весенний снеговой и летний ливневый поверхностный сток в лесу меньше, чем на безлесных площадях, т. е. лес в наибольшей стен пени способен превращать поверхностный сток в почвенный и грунтовый. Так как почвенный и грунтовый стоки совершаются значительно медленнее, чем поверхностный, то и общая продолжительность всех видов стока на лесных площадях больше, чем на безлесных.
• 7. Наличие лесных массивов в бассейне реки увеличивает продолжительность периода речного паводка и уменьшает его интенсивность.
• 8. Вследствие малой величины поверхностного стока и наличия лесной подстилки смыв почвы с облесенных площадей значительно меньше, чем с площадей, занятых любой другой растительностью. Из этого следует, что лес обладает и почвозащитным действием.
• 9. Уменьшение смыва почвы имеет своим следствием уменьшение заиления рек и водохранилищ.
• 10. Различные лесохозяйственные мероприятия, при помощи которых можно вмешиваться в жизнь леса и в той или в иной мере управлять ею, позволяют оказывать воздействие на водоохранное, водорегулирующее и почвозащитное влияние леса.
• 6. Перегной — карбонатные почвы. Условия их образования, распространение, строение почвенного профиля, лесорастительные свойства, эволюция и пути улучшения

В ряде мест подзолистой зоны почвообразующими породами служат продукты выветривания известняков, мела, мергеля. Образованные на этих породах почвы резко отличаются от окружающих почв подзолистого типа почти черной окраской, высоким содержанием перегноя, богатством углекислым кальцием. Указанные признаки дали основание назвать их перегнойно-карбонатными.

На территории бывшего СССР перегнойно-карбонатные почвы занимают сравнительно небольшие площади в виде отдельных островов в пределах подзолистой зоны. Значительно большие площади они занимают в Центральной и Западной Европе, где эти почвы отличаются большим разнообразием.

Известняки, мел, мергель — малоблагоприятная среда для развития растительности. Они обладают низкой влагоемкостью, трудно проницаемы для корней, бедны другими элементами питания при обилии кальция. Поэтому на первых стадиях почвообразования на них поселяются наименее требовательные к почвенным условиям сосновые леса.

Под действием соснового леса происходит разрыхление верхнего слоя, обогащение его азотом и зольными элементами, накопление перегноя. На этой стадии создается маломощная перегнойно-карбонатная почва. Под лесной подстилкой имеется перегнойно-аккумулятивный горизонт (Ai) с хорошо выраженной зернистой структурой. Под воздействием угольной кислоты, образуемой при разложении растительных остатков и выделяемой корнями растений, труднорастворимый в воде карбонат кальция — СаСОз переходит в более растворимый бикарбонатСа (НС03) 2, который вымывается из почвенного профиля. Постепенно образуется слой, обедненный карбонатом кальция и обогащенный перегноем, азотом, зольными элементами и минеральными включениями, содержащимися I материнской породе. Проходя ряд промежуточных стадий развития, маломощная перегнойно-карбонатная почва переходит в мощную перегнойно-карбонатную почву. Это делает возможным поселение более требовательных к почвенным условиям древесных пород. На данной стадии перегнойно-аккумулятивный горизонт (Ai) достигает 20 см, под ним выделяется переходный горизонт (Bi), обладающий буровато-коричневой окраской, более плотным сложением, крупнозернистой структурой. Материнская порода лежит на глубине 40−50 см. Вопрос о дальнейшем развитии изучен недостаточно.