Земледелие с основами почвоведения и агрохимии

Выпотной тип водного режима наблюдается на участках с близким залеганием грунтовых вод в зоне сухих степей, полупустынь и пустынь, где испаряемость сильно превышает сумму осадков. На испарение расходуются не только осадки, но и грунтовые поды. При высоком содержании солей в грунтовых водах с восходящим током воды в почву поступают легкорастворимые соли и почва засоляется.

Кроме того, выделяют ирригационный тип водного режима в условиях орошения. Ирригационный тип характеризуется чередованием промывного и непромывного режимов. При поливе создается промывной тип, который затем сменяется непромывным. В почве периодически наблюдаются то нисходящие, то восходящие токи воды.

Количественно его выражают через водный баланс, который характеризует приход влаги в почву и расход из нее.

Упрощенное уравнение водного баланса имеет следующий вид:

В_ос + В_г + В_пр = Е_исп + Е_т + В_и + В_п

где В_ос - сумма осадков за весь период наблюдения;

В_г - количество влаги, поступающей из грунтовых вод;

В_пр - количество влаги, поступающей от поверхностного притока воды;

Е_исп - количество испарившейся с поверхности почвы влаги за весь период наблюдения влаги, физическое испарение;

Е_т - количество влаги, расходуемое на транспирацию;

В_и - влага, инфильтрующаяся в почвенную толщу;

В_п - влага, теряющаяся в результате поверхностного стока.

Регулирование водного режима почв достигается различными мелиоративными и агротехническими приемами с учетом конкретных почвенно-климатических условий. Для устранения избыточного увлажнения болотных почв устраивают открытый или закрытый дренаж. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением можно улучшить с помощью таких агротехнических приемов, как гребневание, бороздование, а также путем создания глубокого пахотного слоя. Гребни увеличивают испарение, а по бороздам происходит сток воды.

В засушливых районах необходимы мероприятия по накоплению влаги и рациональному ее использованию. Для этого применяют снегозадержание с помощью стерни, кулисных растений, валов из снега. Для уменьшения поверхностного стока проводят вспашку поперек склонов, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, применяют и другие приемы.

В полупустыне и пустыне основной способ улучшения водного режима - орошение.

2.6 Воздушный режим почвы

Газовая фаза почвы представлена почвенным воздухом, который занимает свободные от воды пустоты в почве. Для роста и развития культурных растений требуется нормальный газообмен между почвой и атмосферой. Почва постоянно в течение теплового сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, в том числе глеевый, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19…20%.

Высокое содержание СО₂ в почве отрицательно действует на прорастание семян и дыхание корней. Однако углекислый газ необходим для фотосинтеза растений.

Основным источником углекислоты в почвах является органическое вещество (растительные и животные остатки, органические удобрения, частично гумус), которое разлагается и окисляется микроорганизмами. Значительное количество углекислоты, около одной трети, по оценке В.А. Ковды, в почве выделяется корнями растений. Небольшие количества СО₂ могут поступать в почву из грунтовых вод, в результате десорбции из твердой и жидкой фазы и при разложении карбонатов. Средняя концентрация углекислого газа в воздухе, равная 0,03%, недостаточна для потенциально возможного урожая сельскохозяйственных культур. Искусственное повышение концентрации углекислоты в приземном воздухе повышает урожай растительной массы на 30…100%. Оптимальное содержание углекислоты в почвенном воздухе составляет от десятых долей процента до 1…2%, повышенные концентрации (более 2…3%) угнетают развитие растений. Содержание и состав почвенного воздуха зависит от воздухоемкости и газообмена.

Воздухоемкость - способность почвы содержать определенное количество воздуха. Содержание воздуха выражают в процентах к объему почвы. Воздухоемкость зависит от пористости и влажности почвы. Чем больше пористость, тем выше воздухоемкость. С увеличением влажности почвы уменьшается воздухоемкость, а при полном насыщении всех пор водой присутствует только растворенный воздух. Воздухоемкость зависит от гранулометрического состава и структуры почвы. В структурных почвах крупные поры заняты воздухом. Мало воздуха в бесструктурных почвах. Если воздухоемкость превышает 15% объема почвы, то аэрация почв считается нормальной.

Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она зависит от гранулометрического состава, структуры почвы и объема пор между агрегатами. Чем больше воздухопроницаемость, тем лучше газообмен и выше содержание кислорода в почвенном воздухе. Газообмен почвенного воздуха с атмосферным происходит под действием ветра, диффузии, изменения температуры и давления, а также в результате изменения количества влаги в почве при выпадении осадков, орошении и испарении. Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен. Имеются сведения, что более 90% углекислого газа воздуха имеет почвенное происхождение. Глобальная роль почвенного покрова заключается в регулировании состава атмосферного воздуха.

Поскольку в почвенном воздухе более высокая концентрация СО₂ и ниже, по сравнению с атмосферным воздухом, то диффузия является основным фактором газообмена: О₂, в почву, а СО₂ в атмосферу.

Воздушный режим почв включает все процессы поступления воздуха в почву, передвижения, изменения состава и газообмена почвенного воздуха с атмосферным. Улучшают воздушный режим с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий. Мелиоративные мероприятия применяют на болотных и заболоченных почвах, которые нуждаются в отводе избыточных вод с помощью открытого или закрытого дренажа. Большое значение в создании нормального воздухообмена имеют такие агротехнические мероприятия, как разрушение почвенной корки и поддержание поверхности почвы в рыхлом состоянии. Почвенная корка образуется на бесструктурных почвах, она обладает значительной плотностью, низкой пористостью и препятствует нормальной аэрации. Все приемы обработки, увеличивающие пористость почвы, усиливают газообмен, уменьшают концентрацию углекислого газа и увеличивают содержание кислорода в почве.

2.7 Тепловой режим почвы

Тепловой режим играет важную роль в почвообразовании, так как с ним связана энергия биологических, биохимических, химических и физических процессов, происходящих в почве. Температура почвы непосредственно влияет на рост и развитие растений.

Температура почвы сильно влияет на растворимость в воде различных соединений, кислорода и углекислого газа, скорость поступления в растения питательных элементов и влаги, а также на жизнедеятельность почвенной биоты. Оптимальные условия для большинства почвенных микроорганизмов создаются при 25…35⁰ С (табл. 14).

Таблица 14

Минимальные и оптимальные температуры почвы, необходимые для прорастания семян и появления всходов

Культуры	Температура прорастания семян, 0С	Температура появления всходов, 0С
	минимальная	оптимальная	минимальная	оптимальная
Клевер, люцерна, конопля	0-1	-	2-3	-
Рожь, пшеница, ячмень, овес, горох, вика, чина, тимофеевка	1-2	25-30	4-5	6-12
Свекла, гречиха, бобы, лен, люпин, нут	3-4	25-30	6-7	-
Картофель, подсолнечник	5-6	31-37	8-9	-
Кукуруза, просо, суданская трава, соя, кориандр	8-10	37-45	10-11	15 - 18
Фасоль сорго, клещевина	10-12	-	12 -13	-
Хлопчатник, рис, кунжут, арахис	12-14	37-45	14-15	18 - 22

Основной источник тепла - лучистая энергия Солнца или солнечная радиация, количество которой определяется географическим положением местности. Дополнительными источниками служат: тепло, получаемое из воздуха; тепло, образующееся в результате разложения органических остатков; внутреннее тепло Земли; тепло от радиоактивных процессов, происходящих в почве. Роль всех этих источников тепла, в сравнении с лучистой энергией Солнца, весьма незначительна.

Лучистая энергия Солнца, поглощаясь поверхностью почвы и превращаясь в тепловую энергию, аккумулируется, передвигается от слоя к слою или излучается с поверхности благодаря проявлению тепловых свойств почвы. Основные тепловые свойства почвы - теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная (отражательная) способность - способность почвы поглощать, собирать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной альбедо (А).

Альбедо - количество коротковолновой солнечной радиации, отраженное поверхностью почвы и выраженное в процентах от общей величины солнечной радиации, достигающей поверхности почвы. Чем меньше величина альбедо, тем больше почва поглощает солнечной радиации. Этот показатель служит важнейшей тепловой характеристикой почвы и зависит от ее цвета, структурного состояния, влажности, выравненности и растительного покрова (табл.15).

На отражательную способность почв наиболее существенно влияют количество и качество гумуса, определяющие цвет почвы, а также ее гранулометрический состав. Высокогумусированные почвы (черноземы) поглощают лучистой энергии на 10…15% больше, чем малогумусированные, так же как и глинистые по сравнению с песчаными, а влажные по сравнению с сухими.

Таблица 15

Альбедо различных почв и растительных покровов (по А.Ф. Чудновскому)

Объект исследования	Альбедо, %	Объект исследования	Альбедо, %
Чернозем сухой	14	Пшеница яровая	10…25
- " - влажный	8	- " - озимая	16…23
Серозем сухой	25…30	Травы зеленые	26
- " - влажный	10…12	- " - высохшие	19
Глина сухая	23	Хлопчатник	20…22
- " - влажная	16	Рис	12
Песок белый и желтый	34..40	Картофель	19
Увлажненный лес	14	Водная поверхность	20…22
Лиственный лес	18

Теплоемкость - свойство почвы поглощать определенное количество тепла. Она измеряется количеством тепла, необходимого для нагревания 1 см³ или 1 г почвы на 1⁰С. Теплоемкость почвы зависит от минералогичесткого и гранулометрического состава, содержания гумуса, влажности, пористости и воздухоемкости. Чем влажнее почва, тем больше тепла требуется для ее нагревания. Вот почему глинистые и суглинистые почвы, имеющие высокую влагоемкость, называют холодными. Песчаные почвы теплее глинистых и суглинистых; у них низкая влагоемкость, а из-за плохой испаряющей способности они слабее охлаждаются. Весной эти почвы достигают физической спелости для обработки на 2…3 недели раньше, чем холодные глинистые и суглинистые.

Теплопроводность - способность почвы проводить тепло. Теплопроводность измеряется количеством тепла в джоулях, которое проходит в секунду через 1 см³ почвы. В почве тепло передается различными путями: через воду или воздух, разделяющие твердые частицы; при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или жидкость.

На величину теплопроводности влияют химический и гранулометрический составы, влажность, содержание воздуха, плотность сложения и температура почвы.

Теплопроводность твердой фазы примерно в 100 раз превышает теплопроводность воздуха. Уплотненные почвы имеют более высокую теплопроводность, чем рыхлые, хорошо оструктуренные. Величина теплопроводности почвы увеличивается по мере возрастания ее влажности, так как теплопроводность воздуха в 30 раз меньше теплопроводности воды. Почвы, богатые гумусом и характеризующиеся высокой пористостью аэрации, в сухом состоянии очень плохо проводят тепло. Это имеет важное значение для южных регионов, где поверхность почвы в летний период нагревается до 40…50⁰ С. Иссушенный поверхностный слой превращается в своеобразный экран, предохраняющий внутреннюю часть почвенного профиля от перегрева.

Под тепловым режимом почвы понимают совокупность всех явлений поступления, при движении и отдачи тепла. Тепловой режим почв формируется под влиянием потока солнечной радиации и условий увлажнения. Показателем теплового режима служит температура почвы, которая зависит от климата, рельефа, свойств почвы, растительного и снежного покрова.

Различные элементы рельефа получают неодинаковое количество тепла. Самые теплые - южные склоны, затем следуют западные, восточные, а наиболее холодные - северные. Растительный покров уменьшает нагревание почвы в летний период, а в холодное время года способствует накоплению снега и сохранению тепла. Снежный покров предохраняет почву от воздействия низких температур воздуха. Под снегом почва промерзает на небольшую глубину, а в бесснежные зимы промерзание может достигать 0,7…0,9 м и более. Снегозадержание способствует не только увеличению запасов влаги, но и сохранению тепла почвы. При размещении сельскохозяйственных культур на полях нужно учитывать тепловые свойства почв, знать, какие почвы теплые, а какие холодные.

Тепловой режим почв можно регулировать с помощью агротехнических (гребневание, мульчирование, оставление стерни и др.), агролесомелиоративных и мелиоративных приемов.

В северных и северо-восточных районах эффективно мульчирование - покрытие почвы торфом, навозом и другими темноокрашенными веществами (сажей). Черная мульча уменьшает отражательную способность почв на 10…15%.

Гребневание усиливает теплообмен воздуха с почвой, в результате почва лучше прогревается. Посевы кулисных высокостебельных растений (кукурузы, подсолнечника) способствуют повышению температуры почвы.

Полезащитные лесные полосы уменьшают силу ветра, снижают вертикальный обмен приземного слоя воздуха с атмосферой, способствуют накоплению на полях снега, который утепляет почву.

Орошение уменьшает отражение солнечной радиации до 20%, что увеличивает приход тепловой энергии к почве.

2.8 Плодородие почвы и способы его регулирования

Плодородие - основное специфическое свойство почвы, качественно отличающее ее от исходной (материнской) горной породы. Почва является основным средством сельскохозяйственного производства и ее значение определяется плодородием. Человек при использовании земли оценивал ее в первую очередь с точки зрения способности производить урожай сельскохозяйственных культур. В настоящее время под плодородием понимают способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде и обеспечивать корневые системы воздухом, теплом и другими факторами жизни.

Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому при оценке плодородия почвы по показателям ее свойств и режимов необходимо учитывать требования конкретных растений.

Различают следующие виды плодородия: естественное, естественено-антропогенное.

Естественным называется плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Оно формируется в результате природного почвообразовательного процесса. В чистом виде оно присуще целинным почвам и характеризуется продуктивностью произрастающих на почве ценозов.

Естественно--антропогенное плодородие. Вовлечение почв в сельскохозяйственное производство вызывает определенную трансформацию естественного почвообразовательного процесса. При обработке почвы, внесении удобрений, возделывании культурных растений, мелиорации и т.п. изменяются сложившиеся потоки вещества и энергии, что отражается на направленности и интенсивности элементарных почвенных процессов, режимах и свойствах почвы. Таким образом, почвы приобретают плодородие, формирующееся в результате взаимодействия природного почвообразовательного процесса и целенаправленной человеческой деятельности. Плодородие этой категории характерно для почв агроценозов.

Искусственное плодородие. Формируется в результате деятельности человека путем определенной комбинации факторов плодородия. В чистом виде оно проявляется в субстратах, приготовленных для выращивания растений в оранжереях, теплицах, парниках и т.п., а также в искусственных почвах, например огородных, и в почвах, воссозданных (рекультированных) на месте разработок полезных ископаемых.

Каждый вид почвенного плодородия имеет две формы: потенциальное и эффективное (экономическое).

Потенциальное плодородие - это плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как приобретенными в процессе почвообразования, так и созданными или измененными человеком. Оно характеризуется общими запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях удовлетворять потребности растений. Высокое потенциальное плодородие имеют, например, болотные торфяные почвы низинного типа, которые обладают значительными запасами элементов питания и способны после осушительных мелиораций обеспечить высокий урожай.

Низкое потенциальное плодородие характерно для подзолистых почв и песчаных разновидностей почв других типов.

Эффективное плодородие, представляет собой ту часть плодородия, которая непосредственно обеспечивает продуктивность растений, т.е. это результат реализации потенциального плодородия.

В агроценозах эффективное плодородие, реализуемое в виде урожая сельскохозяйственных культур, обусловлено не только естественным плодородием почв и климатическими условиями, но и уровнем интенсификации сельскохозяйственного производства, организационными факторами, социально-экономическими отношениями. Экономическое плодородие представляет собой эффективное плодородие, выраженное в стоимостных показателях, учитывающих стоимость урожая и затраты на его получение.

К основным приемам повышения эффективного плодородия относятся рациональное применение органических и минеральных удобрений, известкование и гипсование почв, система обработки, орошение и осушение, введение системы севооборотов, мероприятия по борьбе с эрозией, возделывание наиболее урожайных сортов и др.

Вопросы для самопроверки знаний

1. Из каких фаз состоит почва?

2. Каково значение первичных и вторичных минералов в формировании почвенного плодородия?

3. В чем сходство и различия почв и пород по химическому составу?

4. Что представляет собой органическая часть почвы?

5. Перечислите источники органического вещества почвы

6. Каковы принципиальные отличия между гуминовыми и фульфокислотами?

7. Какие мероприятия проводятся для регулирования содержания гумуса

8. Что понимается под поглотительной способностью почв?

9. Агрономическое значение коагуляции и пептизации

10. Какое значение оказывает состав обменных катионов на химические и физические свойства почв?

11. Кислотность почвы, ее происхождение и регулирование

12. Щелочность почвы, ее происхождения и регулирование

13. Плотность почвы и ее значения для растений

14. Что такое пористость почвы и от чего она зависит?

15. Перечислите физико-механические свойства почвы

16. Что понимают под спелостью почвы и в чем ее значение?

17. Формы воды в почве и их доступность растениям

18. Перечислите водные свойства почвы

19. Виды влагоемкости и их значение для растений

20. Водный режим и пути его регулирования

21. Основные отличия почвенного воздуха от атмосферного

22. Назовите мероприятия применяемые для регулирования воздушного режима почвы

23. Что такое тепловой режим и его значение для растений?

24. Пути регулирования теплового режима

25. Что понимают под плодородием почвы?

26. Перечислите виды плодородия.

27. Эффективное плодородие и приемы его повышения.

Глава 3. Основные типы почв РФ и их сельскохозяйственное использование

3.1 Закономерности распространения почв и их классификация

Географическое распространение почв на земной поверхности подчиняется определенным закономерностям, обусловленным территориальным распределением факторов почвообразования. Первая классификация почв была предложена основателем научного почвоведения В.В. Докучаевым (1886), в основе которой положено происхождение (генезис) почвы и ее тесная взаимосвязь с окружающей средой. За основную классификационную единицу им был принят генетический тип почвы, поэтому классификацию часто называют генетической. В дальнейшем она совершенствовалась и самим В.В. Докучаевым, его учеником Н.М. Сибирцевым (1895) и последователями.

В историю развития классификации почв внесено много уточнений, дополнений, установлены более четкие связи между почвами, антропогенные воздействия, которые имеют важное теоретическое значение в познании процесса почвообразования. Однако современные классификации настолько громоздки, перегружены информацией, что для их освоения требуется немало усилий. Для студентов агроэкономических специальностей вполне достаточно ограничиться общедоступной классификацией.

Классификация почв представляет собой объединение их в группы по важнейшим свойствам, происхождению и особенностям плодородия. В соответствии с современными представлениями, классификация почв включает систему таксонометрических единиц, основой которой является генетический почвенный тип.

Почвенный тип - это группа почв, развивающихся в однотипных биологических, климатических и гидрологических условиях. Все эти почвы характеризуются единой системой основных диагностических горизонтов и общностью свойств, что является следствием сходства или однотипности режимов и процессов почвообразования.

Подтип - группа почв в пределах типа, качественно отличающихся по проявлению основного и налагающихся процессов почвообразования, в связи с чем основные генетические горизонты при их однотипности имеют те или иные количественные различия. Подтипы почв представляют собой переходные ступени между типами, как следствие постепенно изменяющихся биоклиматических условий географического порядка и местных экологических условий.

Род - таксономическая единица в пределах подтипа, которая отражает качественные генетические особенности, возникающие в процессе генезиса почв под влиянием комплекса местных условий; состав почвообразующих пород, химизм грунтовых вод, проявление солонцеватости, засоленности, развитие слитогенеза, эродированности и пр.

Вид - таксономическая единица в пределах рода, а иногда и подтипа, определяющая количественные показатели степени выраженности тех или иных признаков почвы (степень гумусированности, засоленности, солонцеватости, мощность горизонтов и др.).

Разновидность - определяет почвы по гранулометрическому (механическому) составу, скелетности и каменистости.

Разряд - таксономическая единица, группирующая почвы по особенностям материнских пород (моренные, флювиогляциальные, покровные, лессовые и т.д.).

Полное название почвы начинается с наименования типа, далее идут подтип, род, вид, разновидность и разряд. Например: чернозем (тип) типичный (подтип), карбонатный (род), среднегумусный (вид), среднесуглинистый (разновидность) на тяжелом лессовидном суглинке (разряд).

Все многообразие почв в природе возникло в результате различий в географическом положении и природных условиях. В равнинных условиях на территории России наблюдается широтная смена факторов почвообразования и почвенного покрова. Такое распределение почв В.В. Докучаев назвал горизонтальной зональностью.

Почвенная зона. Основная единица почвенно-географического районирования, которая характеризуется преобладанием одного или нескольких почвенных типов. Совокупность почвенных зон, последовательно сменяющих одна другую в широтном направлении, составляет горизонтальную зональность почв. На территории РФ при движении с севера на юг выделяют следующие почвенно-географические зоны: арктическую и субарктическую (тундра), таежно-лесную, лесостепную, черноземно-степную, сухих степей и пустынно-степную (полупустынь).

В почвенном покрове нашей страны встречаются типы почв, которые не образуют самостоятельной почвенной зоны, они распространены среди зональных почв. Эти почвы получили название интразональных. К ним относятся засоленные почвы - солончаки, солонцы, солоди; болотные почвы; почвы пойм - аллювиальные дерновые, луговые и др.

Почвенные зоны неоднородны, внутри них на переходах к соседним зонам выделяют почвенные подзоны (со своими подтипами почв). Почвенная подзона - часть почвенной зоны, вытянутая в том же направлении; на территории которой распространены зональные подтипы почв. Внутри зон с учетом неоднородности почвенного состава выделяются более мелкие подразделения - почвенные фации, провинции, округа и районы.

Наряду с горизонтальной широтной зональностью, выделяют также вертикаьлную зональность. Определенную аналогию между ними в смене почв первым заметил В.В. Докучаев при изучении горных почв Кавказа.

Сущность вертикальной зональности состоит в том, что смена почвенных зон, наблюдаемая на равнинной территории в направлении с юга на север, имеет некоторую сходность с изменениями почв в горах при переходе от подошвы гор к ее вершине (ледникам). То есть порядок смен горизональных зон на равнинных территориях имеет общую аналогию со сменой почв в горах.

3.2 Почвы арктической и тундровой зоны

Почвы арктической и тундровой зон являются самыми северными почвами России и входят в Полярный пояс.

Арктическая зона (11,6% территории России) включает северные острова Ледовитого океана (Земля Франца-Иосифа, Северная земля, северная часть Новосибирских островов) и северная оконечность полуострова Таймыр. Климат зоны очень суровый, холодный, среднегодовая температура составляет от -10 до -14, зимние температуры - от -25 до -31⁰С. Летом среднесуточная температура не превышает +5⁰. Низкие положительные температуры связаны с расходом большого количества тепла на таяние крупных масс снега и льда. Безморозный период составляет всего 12…14 дней в году. Количество осадков невелико (около 150 мм), выпадают они в основном в виде снега, даже летом.

Существенной особенностью Арктики является широкое распространение современного оледенения. Ледниками покрыто около 30% площади всех островов.

В составе почвообразующих пород на свободной от ледников территории преобладают щебнистые элювиально-солифлюкционные, морские, часто засоленные, и ледниковые отложения.

Растительность арктической зоны, в составе которой преобладают мхи и лишайники, сильно разрежена и бедна по флористическому составу. В наиболее суровых северных районах отдельные куртины растительности занимают 5…10% площади, в южной части зоны растительность покрывает 50…60% поверхности, располагаясь полосами вдоль трещин, на поверхности развиты сине-зеленые водоросли.

Общие запасы воздушно-сухой фитомассы в арктической зоне достигают 1,6 т/га, в составе фитомассы преобладает надземная часть (Л.Н. Александрова).

Основной тип почвы - арктический, который развивается отдельными пятнами под растущей растительностью. Многолетняя мерзлота и низкие отрицательные температуры воздуха оказывают существенное влияние на формирование арктических почв. На суглинистых пятнах и участках, занятых растительностью, почвы оттаивают всего на 30…40 см на период около полутора месяцев. На песках и особенно на галечниках оттаивание может достигать 75…100 см.

В связи с низкой интенсивностью почвообразовательных процессов и неглубоким сезонным оттаиванием, арктические почвы характеризуются укороченным профилем типа А - С. Они имеют бурую окраску и непрочную комковатую структуру. Гумусовый горизонт маломощный и содержит от 1 до 3…5% органического вещества, которое равномерно распределено по профилю. В составе гумуса количество гуминовых кислот и фульвокислот примерно равны.

Реакция арктических почв обычно слабокислая, иногда нейтральная (рН 6,0…6,5), переходящая в нижних горизонтах в слабощелочную. Поглощающий комплекс невелик (12…15 мг-экв/100 г почвы), но почти полностью насыщен основаниями (96…99%). В ППК преобладает кальций, уступающий в приморских районах ведущую роль магнию.

Биогеоценозы высокоширотной Арктики могут быть вовлечены в хозяйственную деятельность человека как охотничьи угодья и резерваты для сохранения и поддержания численности редких видов животных и птиц (белый медведь, овцебык и др.).

Тундровая зона расположена к югу от арктической зоны и простирается от северо-запада Кольского полуострова до Берингова пролива. Климат тундровой зоны характеризуется холодной зимой, коротким летом. Осадков выпадает от 400 мм на Кольском полуострове до 150…250 мм в Восточной Сибири. Сумма температур выше 10⁰С - от 0⁰ до 400…600⁰ в южной тундре, средняя температура июля - 8…13⁰С. Относительная влажность воздуха достигает 80…90%. Средняя годовая температура колеблется от - 2⁰ на западе до - 14…16⁰ в азиатской части. Это зона вечной мерзлоты. Это слои почвы или грунта с отрицательными температурами в течение круглого года. Над толщей мерзлоты лежит слой земли, замерзающий зимой и оттаивающий летом. Называется он деятельным слоем. Величина его колеблется в пределах 30…150 см в зависимости от гранулометрического состава, наличия торфяного слоя и географической широты. В этом ограниченном слое происходят биологические процессы и развиваются почвы. Вечная мерзлота - один из факторов, поддерживающий заболачиваемость и водность ландшафтов тундры, так как она является водоупором, препятствующим вертикальной фильтрации воды, дренированности территории.

Растительность арктической тундры представлена злаково-осоково-моховыми ценозами, а в понижениях - гипново- осоковыми ассоциациями на болотах. Типичная тундра характеризуется господством мхов и лишайников. Мхи преобладают на суглинистых почвах, лишайники - на щебнистых.

При продвижении к югу, в лесотундру, начинают появляться кустарники - карликовые березы, ива, вереск, багульник, голубика, а по долинам рек на песчаных и супесчаных почвах - изреженные, угнетенные леса (ель, береза, лиственница и др.). Количество опада составляет 0,5…1 т/га. В составе опада - низкое содержание оснований и азота.

Почвообразующие породы представлены морскими, ледниковыми и аллювиальными отложениями.

Зональным типом почв являются тундровые глеевые почвы.

Тундровые глеевые почвы имеют следующее строение почвенного профиля: Т - А₀Т₁ - G_g - М. Мощность почвенного профиля небольшая, ограничивается мощностью деятельного слоя. Мощность органогенных горизонтов Т - А₀Т₁ может достигать 10…20 см. Содержание органического вещества в грубогумусовом горизонте составляет 5…10% и более, в оторфованном горизонте Т₁ - 30…60%. В составе гумуса преобладают фульвокислоты (С_ГК:С_ФК - 0,3…0,5). Отмечается повышенное содержание гумуса (1,5…2%) по всему профилю, связанное с потечностью гумуса и механической аккумуляцией над многолетнемерзлым водоупорным горизонтом. Реакция среды кислая и слабокислая, насыщенность основаниями - 20…50%.

Земледелие в тундре носит очаговый характер. Имеется опыт выращивания трав, капусты, моркови, лука, картофеля. Очаги земледелия приурочены к легким песчаным и супесчаным почвам, чаще всего - в долинах рек с глубоким деятельным слоем или отсутствием горизонтов вечной мерзлоты. Весьма перспективным для тундровой зоны является закрытый грунт - выращивание овощей в теплицах.

Рис. 8. Структура почв тундры: 1 - тундровая глеевая болотная, 2 - тундровая глеевая торфянистая

3.3 Почвы таежно-лесной зоны

Умеренно-холодный (бореальный) пояс располагается между тундрой и лесостепью и занимает 55% всей территории России. Он находится в пределах территории с суммами температур выше 10⁰С от 400…600⁰ на севере до 1800…2400⁰ на юге и входит в так называемую нечерноземную полосу.

Климатические условия бореального пояса отличаются большим разнообразием. Зимние температуры значительно ниже нуля и доходят в Восточной Сибири до - 40…50⁰С. Средняя температура июля от 10 до 20⁰С. Количество осадков от 600 мм в западной части зоны до 300 мм и несколько меньше - на востоке (в бассейне средней Лены до 150 мм). Максимум осадков выпадает преимущественно на июль - август.

Преобладание выпадающих осадков над испарением и транспирацией, обусловливает промывной водный режим. По данным многих наблюдений, из общего количества осадков на испарение и транспирацию расходуется только 60…80%. Остальные 20…40% составляют внутрипочвенный сток.

Среднегодовой коэффициент увлажнения (К_у) 1,5…1,0. Летний максимум осадков и невысокие температуры лета (среднеиюльские - от 10 до 17⁰С) обусловливают достаточное увлажнение почв в течение всего теплого сезона.

Почвообразующие породы в европейской части представлены моренными суглинками, иногда карбонатными, покровными суглинками, флювиогляциальными отложениями, часто встречаются двучленные отложения. В северо-западной части распространены озерные отложения - ленточные глины; на юге зоны - лессовидные карбонатные суглинки. Террасы рек иногда сложены известняками, местами выходящими на поверхность. Преобладающая часть почвообразующих пород не содержит карбонаты, имеет кислую реакцию среды и низкую степень насыщенности основаниями.

В европейской части и Западной Сибири бореального пояса распространены преимущественно ледниковые и водно-ледниковые отложения. Это в основном моренные, бескарбонатные и карбонатные породы, разного гранулометрического состава. Встречаются покровные суглинки и глины, водно-ледниковые пески и супеси.

На незаболоченных территориях бореального пояса распространены таежные леса с господством хвойных пород: ели, лиственницы, пихты и кедра. В них встречается также сосна, второстепенное значение имеют наиболее выносливые лиственные породы: береза, осина, ольха. В тайге обычно много сфагновых болот. В южной тайге в смешанных лесах к редеющим здесь хвойным примешиваются, то в меньшем, то в большем количестве широколиственные породы (дуб, бук, граб, вяз, клены, ясень, липа и т.п.). Значительно распространена и луговая травянистая растительность - на суходольных и пойменных лугах и под пологом леса. Большие площади заняты болотными ассоциациями. Особенно много болот в северной части зоны и в пределах Западно-Сибирской низменности.

Большое разнообразие природных условий в таежно-лесной зоне обусловливает развитие почвообразования в трех направлениях: подзолистом дерновом и болотном. Они развиваются самостоятельно или в сочетании. Это приводит к образованию многих почв и формированию комплексности почвенного покрова.

В составе почвенного таежно-лесной зоны (занимает 41,0% территории России) покрова встречаются следующие типы почв: подзолистые и глеево-подзолистые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные, болотные, болотно-подзолистые, бурые лесные и дерновые.

Подзолистые почвы (91 млн. га) формируются под хвойными лесами под воздействием подзолистого процесса почвообразования в сочетании с другими процессами. Как правило, в зоне распространения подзолистых почв отсутствует вечная мерзлота.

Наиболее существенной особенностью подзолообразовательного процесса является глубокое разрушение первичных и вторичных минералов (кроме кварца) под воздействием органических кислот и вынос материала их распада из верхних горизонтов почвы в нижние и за его пределы в условиях промывного водного режима.

Важную роль в подзолообразовании выполняет лесная подстилка из опавших ветвей, хвои, листьев. Она рыхлая, легко пропускает через себя влагу в глубину, но препятствует испарению. Древесные растения и их опад пропитаны дубильными веществами, поэтому они имеют кислые свойства. В результате разложения лесной подстилки образуются фульвокислоты, которые являются важнейшим фактором подзолообразования.

В результате подзолообразовательного процесса под слоем лесной подстилки образуется подзолистый горизонт (элювиальный) с кислой реакцией, низким содержанием питательных веществ и неблагоприятными физическими свойствами.

По мере выноса из верхних горизонтов минеральных и органических коллоидов в почве увеличивается относительное содержание нерастворимого кремнезема в виде порошка. Он придает верхним слоям почвы светло-серую или белесую окраску цвета золы. От этого и исходят названия: подзолистый горизонт, подзолистые почвы.

Строение подзолистой почвы определяют следующие генетические горизонты (рис. 9):

А₀ - лесная подстилка из полуразложившихся, часто оторфованных растительных остатков мощностью 2 …10 см;

А₀А₁ - грубогумусовый;

А₁ - гумусовый затечный горизонт мощностью 1…3 см;

А₂ - подзолистый элювиальный самый светлый в профиле (белесый, иногда палевый, под цвет золы); кремнеземистый, легкого гранулометрического состава чешуйчато-плитчатой структуры;

В_i - иллювиальный, глинисто-железистый, коричнево-бурый или красно-бурый, самый плотный и ярко окрашенный, грубой комковатой структуры. Мощность горизонта может простираться до глубины 100 см;

С - материнская порода суглинистого или глинистого гранулометрического состава разного происхождения, но, как правило, бескарбонатная.

Состав и свойства подзолистых почв определяются особенностями процессов почвообразования.

Все подзолистые почвы промыты от растворимых солей и карбонатов. Для них характерно повышенное содержание подвижного железа, алюминия и марганца, часто в количествах токсичных для сельскохозяйственных растений. Они обеднены элементами питания для растений.

Специфическая черта подзолистых почв - крайняя бедность гумусом. Практически это безгумусовые почвы: горизонт А₁ незначителен, а гумуса в нем 1…2%. Запасы гумуса очень низкие - около 30 т/га в слое 0…0,3 м. В подавляющем количестве находятся фульвокислоты, отношение С_ГК:С_ФК около 0,4. Фульвокислоты растворимы, гуминовые кислоты также в свободном состоянии рН_сол - 3,5…4,5.

Почвы подзолистого типа характеризуются невысокой емкостью обмена, низкой насыщенностью основаниями (менее 50%), кислой реакцией и малой буферностью. Низкая емкость обмена связана с небольшим содержанием гумуса, его фульвокислотным составом, с заметно обедненностью верхней части профиля илом. Подзолистые почвы имеют повышенную обменную кислотность, обусловленную водородом и алюминием. Эти почвы бесструктурные; их плотность заметно увеличивается при переходе от верхних горизонтов к нижним.

Глеево-подзолистые почвы (119 млн. га) сохраняют признаки подзолистых почв, но характеризуются отчетливо выраженным оглеением верхней части профиля, образованием торфяной подстилки и отсутствием гумусового горизонта. Эти почвы имеют неблагоприятный водно-воздушный и тепловой режимы, низкопродуктивны. Окультуривание наиболее эффективно на разновидностях легкого гранулометрического состава.

Рис. 9. Строение почв таежно-лесной зоны: 1 - подзол, 2 - дерново-подзолистая, 3 - глее-подзолистая

Дерново-подзолистые почвы (157,5 млн. га) развиваются под воздействием подзолистого и дернового процессов. Дерновый почвообразовательный процесс развивается под воздействием травянистой растительности, приводящей к накоплению в почве органического материала, питательных веществ и созданию в верхних горизонтах водопрочной структуры. В верхней части профиля они имеют гумусо-элювиальный (дерновый) горизонт, образовавшийся в результате дернового процесса, ниже - подзолистый горизонт, сформировавшийся под влиянием подзолистого процесса. Эти почвы характеризуются небольшой мощностью дернового горизонта, низким содержанием гумуса, питательных веществ, кислой реакцией и наличием малоплодородного подзолистого горизонта. Дерново-подзолистые почвы под естественной растительностью имеют с поверхности или дернину (А_Д) или лесную подстилку (А₀) мощностью 3…5 см. Под ней залегает гумусо-элювиальный (дерновый) горизонт (А₁) мощностью достигающий 10…20 см. Этот горизонт имеет светло-серый и реже темно-серый цвет. Ниже дернового горизонта идет подзолистый горизонт (А₂), сменяемый переходным (А₂В_i) и иллювиальным (В_i) горизонтом. Последний постепенно переходит в породу (С). В пахотных дерново-подзолистых почвах под пахотным горизонтом (А_ПАХ) лежит подзолистый (А₂) или переходный (А₂В_i) или непосредственно иллювиальный горизонт (В_i).

Содержание гумуса в гумусовом горизонте суглинистых разновидностей - 3…6%, в песчаных и супесчаных - 1,5…3%. Состав гумуса фульватный - отношение С_ГК:С_ФК находится в пределах 0,3…0,5. Содержание гумуса резко снижается с глубиной и в А₂ составляет 0,2…0,5%. Запасы гумуса в слое 0…20 см - более 50 т/га.

Типично элювиально-иллювиальное строение почвенного профиля, кислая реакция среды, низкая поглотительная способность, присутствие в ППК обменных водорода и алюминия. Дерново-подзолистые почвы бедны соединениями азота и фосфора. Мало в почвах и калия.

ЕКО в дерново-подзолистых почвах выше, чем в подзолистых, в связи с более высоким содержанием гумуса. В гумусовом слое суглинистых и глинистых почв она достигает 15…20 мг-экв на 100 г, в песчаных и супесчаных - только 4…10 мг-экв. В составе поглощенных катионов - Ca²⁺ , Mg²⁺ , H⁺ и Al³⁺. Степень насыщенности основаниями - 40…70%. Обменные катионы водорода и алюминия обусловливают кислую реакцию среды (pH_KCI обычно варьирует в пределах 3,3…5,5).

В связи с более высоким содержанием гумуса, дерново-подзолистые почвы имеют более низкую плотность верхнего слоя, они лучше оструктурены по сравнению с подзолистыми, у них выше пористость. В целом, естественное плодородие этих почв выше, чем у подзолистых и глеево-подзолистых. Они являются преобладающими в пахотном фонде почв таежно-лесной зоны и являются основным объектом земледелия. Отличительная черта - высокая влагообеспеченность, исключающая возможность засухи, а также наличие хотя и маломощного, но четко выраженного гумусового горизонта.

Мерзлотно-таежные почвы (163 млн. га) распространены к востоку от Енисея в Восточной-Сибирской мерзлотно-таежной области.. Они формируются под светлохвойными (лиственничными) лесами. Почвообразовательный процесс развивается при наличии многолетней мерзлоты. Почвы характеризуются холодным профилем и в течение 7…8 месяцев в году имеют отрицательную температуру. Оттаивающий летом слой почвы, зимой промерзает до многолетней мерзлоты. Многолетняя мерзлота и особенности температурного режима оказывают большое влияние на развитие мерзлотно-таежных почв. Низкие температуры почвенного профиля в вегетационный период затрудняют поглощение питательных веществ растениями, замедляют их рост и развитие, тормозят разложение растительных остатков. Все это ослабляет биологический круговорот веществ и приводит к образованию лесной подстилки (горизонта А₀).

Многолетняя мерзлота оказывает влияние на водный и тепловой режим, на формирование микрорельефа и на течение химических и физико-химических процессов. Если мерзлота представлена плотным льдистым слоем, то она может привести к переувлажнению и оглеению почвенных горизонтов, накоплению гумусовых подвижных веществ в подмерзлотном слое.

В мерзлотно-таежных почвах слабо выражено гумусообразование. Это кислые почвы без признаков или с очень слабыми признаками элювиально-иллювиальной дифференциации профиля по механическим элементам гранулометрического состава, полуторным окислам и кремнезему. Почвы бедны зольными элементами, азотом и фосфором. Отличаются слабой биологической активностью и низким плодородием для сельскохозяйственных растений.

Болотные почвы (67 млн. га) формируются под влиянием болотного процесса, включающего два взаимосвязанных процесса - торфообразование и оглеение.

Торфообразование - это, в основном, биологический процесс накопления на поверхности почвы полуразложившегося растительного материала в виде надземных и корневых остатков и замедленного их разложения (гумификации и минерализации) в условиях избыточного увлажнения.

Избыточное увлажнение, в том числе и атмосферными осадками, приводит к накоплению неразложившихся остатков растений в виде полуторфяной массы. При этом резко возрастает кислотность, увеличивается содержание подвижного алюминия, ухудшаются физические свойства.

Второй процесс формирования болотных почв - это оглеение. Под торфяным горизонтом залегает глеевый горизонт, переходящий в материнскую породу.

Оглеение представляет собой биохимический восстановительный процесс, протекающий при переувлажнении почв в анаэробных условиях при обязательном наличии органического вещества и анаэробных микроорганизмов. При глееобразовании происходит разрушение первичных и вторичных материалов. Наиболее характерная особенность глееобразования - восстановление окисного железа в закисное. При оглеение почва обогащается кремнекислотой и обедняется железом и несколько меньше - алюминием.

Глей - это плотная суглинистая или глинистая порода серого цвета с зеленоватым оттенком. Иногда образуются алюмо-ферросиликаты, имеющие сизоватую, грязно-зеленоватую или голубоватую окраску, часто в виде пятен или затеков.

Болотные почвы формируются под действием различных болот. В зависимости от характера растительности, происхождения и условий залегания болота принято делить на три типа: верховые, низинные и переходные.

Верховые болота образуются на водоразделах. Они увлажняются только атмосферными осадками и поэтому очень бедны минеральными веществами. Растительность состоит в основном из сфагновых мхов, вересковых кустарников, карликовых и болотных форм сосны и березы. Низинные болота образуются в понижениях и увлажняются минерализованными, часто жесткими грунтовыми или паводковыми водами. Широко распространены низинные болота в долинах рек, плавнях и дельтах. Низинные болота могут быть травянистыми (осоки, тростник, пушица), гипновыми (преобладают мхи) и лесными (древостои из черной ольхи). Переходные болота представляют совокупность форм, переходных между двумя предыдущими. Эти болота питаются слабоминерализованными водами.

Болотные верховые почвы, как правило, в профиле имеют следующие горизонты: - сфагновый очес мощностью 10…15 см, за ним следует Т₁, Т₂ - слои торфа, различающиеся по цвету и плотности. Торф подстилается глеевым горизонтом G, который считается почвенным, если мощность торфа в профиле почв превышает 50 см (рис. 10).

Для верховых торфяных почв характерны следующие свойства: низкая зольность - менее 5%; высокая кислотность - pH 2,5…3,8; низкая плотность - 0,03…0,1 т/м³; высокая влагоемкость - 700…1500, а иногда до 3000%; низкое содержание оснований и элементов питания; относительно повышенное содержание азота (0,5…2,0%); ЕКО - 80…90 мг-экв/100 г почвы; низкая насыщенность основаниями - 10…30%. Торф слабогумусирован, содержание гумусовых веществ составляет 10…15% к массе торфа, а в их составе преобладают фульвокислоты.

Болотные низинные почвы отличаются более благоприятными условиями для формирования торфа с высокой степенью разложения. Поэтому под верхним горизонтом А₀Т выделяется среднеразложившийся торфяно-перегнойный горизонт Т^ПТ или сильноразложившийся перегнойный - Т^П. Ниже следуют слои торфа Т₁, Т₂, различающиеся по цвету, плотности, степени разложения, а в торфяно-глеевых - G - глеевый горизонт (рис. 10).



Рис. 10. Строение болотных почв: 1 - торфяно-болотная; 2 - торфяно-глеевая

Свойства болотных низинных торфяных почв существенно отличаются от верховых. Для них характерна повышенная зольность (более 10%), а в многозольных родах - до 30…50%, реакция среды - слабокислая или нейтральная (pH 5…6,5), повышенное содержание азота (1,6…3,8%) и валового кальция (1,5…5% и более). ЕКО высокая - 130…200 мг-экв/100 г почвы. Почвы насыщены основаниями. Низинные торфяные почвы относительно обеднены калием (0,03…0,2%) и фосфором (0,05… 0,5%). Влагоемкость несколько ниже, чем у верховых (360…1000%), плотность несколько выше (0,1…0,15 т/м³).

Использование земельного фонда таежно-лесной зоны. Таежно-лесная зона имеет большие возможности для развития земледелия и животноводства. Она характеризуется благоприятным климатом, позволяющим возделывать сельскохозяйственные культуры ранних и среднеспелых сортов: зерновые (озимые и яровые), зерновые бобовые, прядильные, корнеклубнеплоды (картофель, кормовые корнеплоды), овощные, многолетние и однолетние травы, а также разнообразные ягодные и плодовые культуры.

Наиболее освоены в земледельческом отношении южные и западные районы зоны, меньше - северные, а в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке пахотные угодья составляют всего 0,6% территории.

Наиболее распаханы дерново-подзолистые почвы. Под пашню при соответствующих затратах, дополнительно можно использовать большие площади малопроизводительных лесов, вырубки и гари, низкоурожайные суходольные луга и пастбища.

Наиболее важными, научно обоснованными мероприятиями окультуривания дерново-подзолистых почв таежно-лесной зоны являются следующие:

1. Дифференцированная система обработки почвы с применением ярусной вспашки, позволяющая сохранить на месте верхний гумусовый дерновый горизонт, а элювиальный и иллювиальный менять местами и частично перемешивать.

2. В связи с бедностью дерново-подзолистых почв питательными веществами важное значение принадлежит применению органических и минеральных удобрений. От применения удобрений урожайность зерновых, овощных культур, многолетних и однолетних трав повышается в 2…3 раза, а в Восточной Сибири и на Колыме - в 3…4 раза по сравнению с урожаями без удобрений.

3. Известкование существенно снижает кислотность почв, поэтому повышает урожайность как естественных сенокосов и пастбищ, так и высеянных культур и трав. Известкование устраняет избыточную кислотность, активизирует микробиологическую жизнедеятельность, повышает эффективность минеральных удобрений, увеличивает доступность элементов питания, повышает устойчивость растений к неблагоприятным метеорологическим условиям, болезням растений.

В зависимости от степени насыщенности почвы основаниями, дозы применения извести составляют от 3 до 10 т/га.

...