 |
|
|
Почвы и климат |
|
|
|
Почвы и климат |
|
Содержание:
|
„Возможность сделать и сопоставить массовые наблюдения, сравнительно точно фиксированные в пространстве в соединении с своеобразно развитым в почвоведении морфологическим методом и с применением разнообразных, все более совершенствуемых в настоящее время аналитических, химических и других методов, а также с математическим анализом, позволяет весьма широко пользоваться «опытом природы» для теоретических генетических построений и практических выводов".
Л. Я. Прасолов (1939)
Применение сравнительно-географического метода в почвоведении позволило В. В. Докучаеву установить главнейшие закономерности пространственного распространения почв, а также выявить сопряженность почв с условиями их формирования. Установление связи между почвами и другими элементами природного комплекса, рассмотрение изменения этой связи явились генетической основой проводившихся почвенных исследований.
Сравнительное исследование почвенно-климатических соотношений (глава VI) показало возможность выделения определенных совокупностей почвенных образований или гидротермотипов. Это исследование, будучи выполнено в части почв только на основании почвен- но-картографических данных, естественно, могло выявить различия между гидротермотипами только в отношении состава почвенных образований, входящих в тот или другой гидротермотип. Исследование фито-климатической сопряженности расширило понимание своеобразия почвообразования по гидротермотипам, показав связь трех главнейших компонентов географической среды: климата, растительности, почв.
Совершенно необходимо было осуществить следующий этап исследования—выяснить своеобразие почв по гидротермотипам в отношении состава их массы. Это исследование, очевидно, должно было быть выполнено также на основе гидротермической системы.
При постановке исследования почвенная масса—климат особо важно правильно выбрать такие признаки почв, которые позволили бы выявить существенные стороны почвенно-климатических соотношений.
Сравнительное сопоставление главных почвенных типов позволяет придти к заключению, что одними из наиболее показательных почвенных признаков являются содержание гумуса и величина рН почв.
Содержание гумуса отражает такую важнейшую сторону почвообразования как характер процессов накопления и разложения органического вещества. Значение же рН можно рассматривать как показатель, отражающий качество и состояние органо-минерального почвенного комплекса, как своего рода * результирующую" физико-химических и биологических процессов.
Представлялось, таким образом, что исследования зависимостей гумус—климат и рН почв—климат позволили бы ^охарактеризовать почвенные совокупности гидротермотипов со стороны их важнейших качеств. Дополнением к этому могло бы служить исследование зависимости содержания СО? извести почв в связи с климатом.
Органическое вещество почвы—наиболее существенная составная часть почвы—давно привлекало внимание исследователей. В генетическом почвоведении изучению органической части почвы—ее гумуса—уделяется исключительное внимание. Уже в „Русском черноземе" В. В. Докучаев (1883) такие почвенные признаки, как содержание гумуса и мощность гумусового слоя почвы, принимал в качестве важнейших.
В „Русском черноземе" В. В. Докучаев особое внимание уделил анализу географических закономерностей в изменении общего содержания гумуса, полагая, очевидно, что эта характеристика вскрывает наиболее существенные различия в почвообразовании. С именем В. В. Докучаева связано также и начало работ по изучению гумусо- образования с качественной стороны; В. В. Докучаев совместно с Н. М. Сибирцевым с помощью своих учеников положил начало изучению качественного состава гумуса в почвах.
Проведение вскоре после оформления генетического почвоведения как науки экспериментальных исследований И. Леваковского (1888), П. Баракова (1886), П. А. Костычева (1888), А. Трусова (1917) и др., появление монографий С. Ваксмана (1936/1937) и И. В. Тюрина (1937), М. М. Кононовой (1951) и обширнейшей литературы по почвенному гумусу, свидетельствуют о глубоком и непрекращающемся интересе почвоведов к проблеме органического вещества в почве.
Однако, несмотря на богатство и обстоятельность исследований по вопросам почвенного гумуса, в этой области многое далеко от желаемой ясности. В частности, нельзя не отметить того обстоятельства, что исследователи главное внимание уделяли изучению химического состава гумуса, а также его происхождению и свойствам, географические же закономерности в изменении состава и общего количества гумуса привлекали гораздо меньше внимания.
Н. П. Ремезов (1933) предпринял попытку охарактеризовать географические закономерности гумусообразования в почвах СССР.
Представления о географических закономерностях гумусообразования в почвах СССР как со стороны количественной, так и в отношении качественного состава значительно углублены и расширены исследованиями И. В. Тюрина (1949). И. В. Тюрин показал, что различные почвенные типы и подтипы, подчиняющиеся в своем распределении известным законам почвенной географии, весьма закономерно различаются по запасу гумуса, его качественному составу, по формам состояния главных групп гумусовых веществ. „Иначе говоря,— отметил И. В. Тюрин,—процессы гумусообразования изменяются как с количественной, так и с качественной стороны географически закономерно, в соответствии с общим ходом почвообразования и, следовательно, обусловлены одними и теми же общими причинами" (1949, стр. 98).
В недавное время М. М. Кононова (1951) привела новые данные и соображения о природных условиях гумусообразования, определяющих количество, состав и природу гумусовых веществ в почве. На примере ряда почв М. М. Кононова также показала, что состояние органической части почвы обусловливается не одним каким-либо фактором, а сложным их сочетанием (климат, растительность, микро-- организмы, состав поглощающего комплекса и др.).
„Дальнейшее развитие исследований по выявлению характера взаимосвязи между условиями почвообразования и состоянием органической части почвы, с углубленным изучением природы и свойств гумусовых веществ,—такова, по нашему мнению, задача сегодняшнего дня",—пишет в заключение М. М. Кононова (1951, стр. 259).
Развитие исследований по гумусообразованию показывает, что в этой проблеме большое значение имеет выяснение географических закономерностей. Особенный интерес представляет изучение зависимости содержания гумуса от гидротермических условий.
В 1948 г. был опубликован первый опыт исследования закономерностей изменения содержания гумуса в связи с климатическими условиями, убедительно показавший возможность выполнения этих исследований на основе системы почвенных гидротермотипов.
Ниже излагаются результаты как этого, так и дальнейших исследований, посвященных выяснению зависимости содержания общего количества гумуса от климатических условий.
Как известно, В. В. Докучаевым (1883) была составлена для черноземной зоны Европейской части России карта изогумусовых полос т. е. полос с равным содержанием гумуса в гор. А ( 54). При этом В. В. Докучаевым было подчеркнуто, что его „карта имеет в виду главным образом общий характер распределения нормальных растительно-наземных появ". Дальнейшие более детальные исследования показали, что столь правильных соотношений в количестве гумуса в черноземах Европейской части СССР нет и что распределение почв с различным содержанием гумуса гораздо сложнее. Однако, как отметил К. Д. Глинка, в общем схема Докучаева все же близка к действительности (1931, стр. 388). К сказанному надо добавить, что до настоящего времении эта карта является единственной, в которой отражены географические закономерности распределения гумуса на обширной территории Европейской части СССР.
На карту изогумусовых полос В. В. Докучаева мною наложена схематическая карта гидрозон с подразделением на подзоны ( 55), составленная с помощью графика гидротермотипов на основе карт средней годовой температуры (из климатического атласа Е. С. Рубинштейн), 1931) и годового количества осадков (из Большого Советского Атласа Мира).
В дальнейшем путем планиметрирования и последующего вычисления было установленно среднее процентное содержание гумуса в пределах каждой подзоны. Найденные величины сопоставлены с Hf ( 56).
Полученная кривая определяет четкую закономерность в изменении содержания гумуса в зависимости от Hf. Кривая показывает максимальное содержание гумуса в зоне D (черноземной) и быстрое его убывание в каштановых и подзолистых почвах. Среднее содержание гумуса в зоне D (темнокаштановой) равно приблизительно 5,5%. Именно этим пределом содержания гумуса и характеризуются районы чернозема, по которым, согласно В. В. Докучаеву, разные исследователи проводили южную границу черноземной полосы.
Максимальное содержание гумуса в верхнем слое в 8%, устанавливаемое из 56, вполне типично. Так, например, К. Д. Глинка (1928) указывал^ что обычное содержание гумуса в верхнем слое обыкновенных и мощных черноземов равно 6—8%. И. В. Тюрин (1937) для черноземов (обыкновенных, мощных, выщелоченных) также приводит близкие пределы содержания гумуса в верхнем слое (7-10%).
Естественно, возник вопрос, не обнаруживает ли и величина общего запаса гумуса в почве тесную связь с климатическими условиями, аналогичную изменению содержания гумуса в верхнем слое почвы в связи с годовой суммой осадков и средней годовой температурой.
И. В. Тюрин (1937) приводит изменение общего запаса гумуса в почвах основных типов и подтипов в пределах СССР, среднюю годовую температуру воздуха и годовую сумму осадков в районах распространения этих почв ( 57). На основе приведенных данных И. В. Тюрин пришел к заключению, что кривая накопления гумуса при господстве аэробных условий не обнаруживает соответствия ни с одним из рассмотренных им климатических факторов, влияющих на процессы разложения органических веществ в почве. Отсюда он сделал вывод, что размеры накопления гумуса обусловливаются в природе определенными сочетаниями (или комбинациями) ряда факторов, которым соответствует тот или иной характер поступления в почву органических остатков, процесса их разложения и гумификации, накопления и разложения гумуса.
Следовательно, представляло несомненный интерес выяснение вопроса, от каких же именно сочетаний климатических условий зависит общее содержание гумуса. На основании графика И. В. Тюрина мною были определены средние годовые температуры и годовые суммы осадков, характерные для почв основных типов и подтипов и по ним вычислены значения Hf для каждого из соответствующих почвенных типов и подтипов. Сопоставление вычисленного гидрофактора Hf с запасом гумуса в почве, найденными из графика И. В. Тюрина обнаружило ясную зависимость в изменениях содержания гумуса от величины Hf ( 58).
Если мы примем во внимание путь, который привел к установлению . гидрофактора Hf : от первичных почвенно-климатических отметок через систему почвенных гидротермотипов и ее дальнейший математический анализ, то закономерный характер полученных кривых зависимости гумусосодержания от Hf может быть принят как новое и весьма убедительное подтверждение справедливости предложенной системы почвенных гидротермотипов.
Вместе с тем, полученные кривые наглядным образом указывают на тесную связь процесса почвообразования с климатическими условиями и. вскрывают наличие количественных закономерностей в почвенно-климатических соотношениях.
Далее представлялось необходимым исследовать на основе системы почвенных гидротермотипов содержание гумуса на примере горных районов, а также районов с климатом, значительно отличным от климата СССР.
При этом исследовании, вследствие отсутствия по Азербайджанской ССР карты изогумусовых полос, пришлось прибегнуть к несколько иному сопоставлению, позволившему, однако, сделать также достаточно определенные выводы.
Путем наложения карты почвенных типов Азербайджанской ССР на карту гидрозон и последующего планиметрирования с соответствующими расчетами определены средние значения гидрофактора Hf для всех основных почвенных типов, распространенных иа территории Азербайджанской ССР. Затем эти значения Hf сопоставлены со средним содержанием гумуса в слое 0—50 см тех почв, для которых были найдены средние значения гидрофактора Hf.
При этом сопоставлении основные почвенные типы и подтипы— сероземы, каштановые, светлокаштановые, темнокаштановые, черноземы „южные", бурые лесные и желтоземы расположились в виде последовательного ряда, образовав вполне закономерную кривую изменения общего содержания гумуса в связи с Hf ( 59), Последняя имеет определенно выраженный максимум, опять-таки в зоне D (черноземной).
От этого ряда отклонились лишь горно-луговые и горно-торфя- нистые почвы, отметки по которым расположились выше кривой основного ряда почв Азербайджана. Вряд ли следует рассматривать это отклонение как нарушающее общую закономерность; оно лишь указывает на необходимость более дифференцированного подхода при изучении связи гумусообразования с климатическими условиями.
В настоящее время большой интерес приобретает задача систематического исследования почвенно-генетических соотношений на примере определенных рядов почв. В качестве основы для исследований и в этом направлении может быть предложена система почвенных гидротермотипов.
Среди почвенных рядов хорошо выявлен ряд почв, формирующихся в условиях субтропического термического режима. Однако, надо сказать, относительно полно изучены лишь отдельные представители этого почвенного ряда (желтоземы Ленкоранской низменности, „красноземы" Черноморского побережья, сероземы Средней Азии и и Восточного Закавказья и некоторые другие). Кроме того, не вполне ясен состав типов почв субтропического ряда. В связи с этим важно было бы последовательно рассмотреть главнейших представителей почв субтропиков, развивающихся в условиях климатов различной увлажненности.
Выдающийся интерес в этом отношении представляет возможность исследования почв субтропического ряда почвообразования на территории Азербайджанской ССР. В южной части Азербайджанской ССР может быть выделена территория, в пределах которой при совершенно равной, средней годовой температуре, лежащей в пределах 14,2— 14°,5 С, т. е. отвечающей субтропическому климату, количество выпадающих атмосферных осадков изменяется в очень широкой гамме: от 250 до 1600 мм. Эта территория тем более ценна для изучения почвенно-климатических отношений, что вся она однотипна в геоморфологическом устройстве и по ней имеются необходмые почвенные данные.
Приняв за основу для почвенно-климатического исследования систему почвенных гидротермотипов, убеждаемся, что на рассматриваемой территории представлены многие субтропические гидротермо- типы: ВС—сухой; С—умеренно-сухой; CD—засушливый, D—уравно- вешенно-увлажненный; DE— умеренно-влажный; Е и Z:/7—влажные (таблица 12), т. е. весь субтропический ряд, за исключением гидротермотипов крайне сухого (В) и пустынных (А, АВ).
Далее, из всех имеющихся материалов почвенных исследований по рассматриваемой территории (С. А. Захарова, В. П. Смирнова-Логинова, В. В. Акимцева, А. С. Преображенского, Б. А. Клопотовского, С. Г. Аристова и др.) выбраны данные о содержании гумуса по всем разрезам, местонахождение которых можно было установить с достаточной определенностью (58 разрезов). По всем выбранным разрезам составлены на миллиметровке профили содержания гумуса. Затем, по карте средних годовых температур и годовому количеству осадков определены основные климатические характеристики по каждому разрезу (средняя годовая температура, годовое количество осадков,, гидрофактор Hf).
Последующая обработка заключалась в том, что с составленных графических профилей гумусности были „сняты" данные о содержании гумуса по слоям десятисантиметровой мощности в толще 0—100 см и по ним вычислены средние профили гумусности для групп разрезов, предварительно распределенных по гидротермотипам. На основании этих средних профилей вычислено среднее содержание гумуса в кг в призме почвы сечением 1 м2 и мощностью 0—100 см (с учетом примерных различий в объемном весе по профилю почвы).
Как видим, содержание гумуса в данных почвах субтропического ряда вполне закономерно изменяется от гидротермотипа к гидротермотипу, обнаруживая наличие тесной связи между этими почвенными характеристиками и климатическими условиями. Но при этом необходимо иметь в виду, что эти почвенно-климатические зависимости отражают лишь, так сказать, „природную тенденцию" в ее некотором общем виде. Существенные видоизменения почв, связанные с эволюцией растительности и воздействием хозяйственной деятельности человека, остаются при этом не раскрытыми. Для выяснения последнего рода вопросов требуются уже гораздо более широкие данные, которые позволили бы, в частности, произвести расчлененное исследование почв дерновой и лесной стадии почвообразования.
Наконец, приложимость системы почвенных гидротермотипов для исследования связи между гумусосодержанием и климатическими условиями была проверена, аналогично предыдущему, на примере Южной Африки, лежащей в климатических условиях, в общем, переходных между субтропическими и тропическими. По почвам Южной Африки опубликована специальная монография (Ван-дер-Мерве, 1941). Эта монография интересна для почвенно-климатических сопоставлений в связи с тем, что в ней, наряду с подробной аналитической характеристикой почв, по каждому почвенному разрезу приведены средняя годовая температура и годовое количество осадков.
По всем почвенным разрезам, взятым из работы Ван-дер-Мерве (в количестве 44), был вычислен запас гумуса, содержащийся в призме почвы сечением 1 м2 и мощностью 0—100 см9 все разрезы сгруппированы по гидротермотипам и, затем, по совокупностям разрезов каждого гидротермотипа найден средний запас гумуса.
Таким образом, исследование соотношения гумус—климат на примере объектов с самыми различными почвенными и климатическими условиями показало, что система почвенных гидротермотипов действительно может служить основой для этого рода исследований. Проведенное исследование показало также, что связь между содержанием гумуса в почве и климатическими условиями обнаруживает существенно разный характер в зависимости от зональных климатических условий.
В связи с этим возникла необходимость исследовать связь гумус— климат в ее наиболее общем виде, т. е. во всей гидротермической гамме климатических условий земной суши. С этой целью из почвенных очерков по самым разнообразным районам Советского Союза были выбраны данные о содержании гумуса в почвах по разрезам, местоположение которых можно было определить достаточно уверенно; следовательно, можно было, руководствуясь соответствующими климатическими картами, получить необходимые климатические характеристики.
По Советскому Союзу были собраны данные по 360 разрезам (Л. И. Прасолов и И. Н. Антипов-Каратаев, 1936; С. С. Неуструев 1931; И.В" Тюрин, 1937; В. А. Ковда, 1937; А. А. Роде, 1937; И. П. Герасимов, 1940; Б. А. Ганжа, 1937; Н. Л. Благовидов, 1935; А. Г. Макаров, 1937 и др. Были взяты также данные по содержанию гумуса в почвах Южной Африки (44 разреза) и в почвах Колумбии (Иенни, 1949,-13 разрезов). Все собранные разрезы сгруппированы, согласно климатическим данным по гидротермотипам. Затем по каждой совокупности разрезов, отнесенных к тому или другому гидротермотипу, найден1 средний профиль содержания гумуса в толще 0—100 см. Таким образом, было охарактеризовано 29 полей гидротермической системы, т. е. только часть ее.
Согласно принципу, что исследование должно основываться на генетическом анализе всей совокупности характеристик, полученные средние профили содержания гумуса по гидротермотипам были подвергнуты предварительному обобщению по гидрорядам (5 гидрорядов) и терморядам (6 терморядов) . Как можно видеть из 63, этим путем достигается то, что каждая изогумусовая линия обосновывается всей совокупностью данных по тому или другому гидроряду (или терморяду) и при этом в их генетичетском соотношении, т. е. данные берутся по почвенному профилю и в закономерной последовательности от гидротермотипа к гидротермотипу. Вместе с этим оказывается возможным обоснованно экстраполировать изогумусовые линии в части графиков, не охарактеризованных фактическими данными. В результате этой предварительной обработки было достигнуто уже более полное представление о характере изменения содержания гумуса в связи с климатическими условиями. Но этот этап обработки был лишь вспомогательным.
Общее изменение содержания гумуса по профилю почв главных генетических типов мира
Общее изменение содержания гумуса по профилю почв главных генетических типов мира в связи с гидротермическими условиями (на глубине: поверхность 20, 40, 60, 80, 100 см)
Далее с полученных графиков изменения содержания гумуса по гидрорядам и терморядам „сняты" значения содержания гумуса по всем изогумусовым линиям на глубине 10 см от поверхности земли, а также и на глубине 1, 20, 40, 60, 80, 100 см от поверхности земли. Найденные значения гумусосодержа- ния выставлены на гидротермическом графике, по каждой глубине отдельно (т. е. на 7 графиках). В дальнейшем по каждому гидротермическому графику выведены изогумусовые линии, показывающие изменение содержания гумуса на той или иной глубине почвенного профиля в пределах всего поля гидротермического графика. Сопоставление всех графиков мёжду собой позволило их взаимно согласовать путем некоторых незначительных уточнений.
Изменение содержания гумуса по профилю почв главных генетических типов в пределах герморядов в связи с условиями увлажнения (составлено по графикам 65)
Так было получено 7 изогумусовых графиков, показывающих закономерности изменения содержания гумуса по профилю почв во всей совокупности гидротермических условий земной суши. На 64 приведен график распределения гумуса в связи с гидротермическими условиями на тлубине 10 см (или в слое 0—20 см) от поверхности земли и на 65 показано послойное содержание гумуса в верхнем метровом слое почвы. На основе 64 и 65 составлены также графики изменения содержания гумуса по профилю почв каждого терморяда ( 66).
Эти графики надо рассматривать как отображающие наиболее общую картину содержания гумуса в связи с климатическими условиями. Но, само собой разумеется, в этом находит выражение не влияние климата как такового, а закономерности накопления гумуса ,в результате сложного процесса почвообразования, при котором накопление гумуса определяется прежде всего биологической деятельностью организмов, своеобразно протекающей в различных климатических условиях.
Как явствует из 64, 65 и 66, процессы гумусообразования в условиях различных гидротермотипов протекают качественно своеобразно. Другими словами, равноградиентные тепловые условия и условия увлажненности преломляются биологической деятельностью особо. На примере содержания в почвах гумуса особо наглядно выявляется, что при постепенном количественном изменении гидротермических условий процессы почвообразования,—их важнейшая сторона—биологическая деятельность—изменяется скачками.
Из того, что 64, 65 и 66, как сказано, отражают лишь наиболее широко распространенные соотношения гумус — климат. обязательно следует, что возможны и иные соотношения, выражающие стадии развития географической среды, складывающиеся на пространстве отдельных, более или менее ограниченных участков. Перейдем к выяснению некоторых из этих более местных соотношений.
Прежде всего по всем почвенным разрезам, привлеченным к данной разработке, на основе 64 и соответствующих климатических данных по тому или другому разрезу, были найдены „климатические" значения содержания гумуса. Последние были сопоставлены графически с фактическими данными содержания гумуса на той же глубине 10 см от поверхности земли.
Это сопоставление обнаружило довольно сильное рассеяние отметок. Однако дальнейшее исследование и в этом рассеянии отметок выявило важные закономерности. Как оказалось, отметки, резко уклонившиеся вверх от основного пучка отметок, т. е. те, в которых фактическое содержание гумуса было значительно больше „климатического", все принадлежали почвам с особенно значительным накоплением гумуса в самом поверхностном слое.
Почвы с подобным распределением гумуса по профилю можно было рассматривать в качестве дерновых почв влажного климата, т. е. дерновых почв дерново-подзолистой зоны.
В соответствии с этим представлением, из собранных разрезов были выделены разрезы с отмеченным выше характерным гумусовым профилем; отобранные разрезы сгруппированы по гидротермотипам и по каждому из гидротермотипов найдены средние профили гумусосодержания. Естественно, что эта обработка была произведена только в отношении лесостепных (Е) и лесных гидротермотипов (Я—/7). Полученные значения гумусосодержания выставлены на координатный график. В итоге оказалось возможным получить 67, который надо рассматривать в качестве отражающего закономерности изменения гумусосодержания в связи с климатическими условиями в почвах дерново-степного почвообразования. Этот график весьма красноречиво выявляет глубокие изменения в почвообразовании при смене растительных формаций. График особенно показателен в отношении гидроряда Е („подзолистогоа), демонстрируя широкие возможности в управлении процессом гумусообразования.
Нахождение „климатических" значений гумусосодержания для всех почв, включая и почвы дернового почвообразования, и сопоставление этих значений с фактическим содержанием гумуса показало, что все отметки в своей совокупности выявляют вполне очевидную* прямолинейную зависимость ( 68).
Соотношение между фактическими значениями содержания гумуса в верхнем слое почв и „климатическими41 значениями содержания гумуса, найденными на основе 64 и 67 по действительным климатическим данным (по средней годовой температуре и годовой сумме осадков). Сплошными тонкими линиями очерчено поле графика, охватывающее 93% случаев и, в общем, отвечающих прямолинейной связи
Рассеяние отметок в пучке ( 68), конечно, в какой-то мере является следствием приближенности определения климатических характеристик и, затем, возможной неправильности отнесения почвенных разрезов к той или другой стадии почвообразования. Но число таких случаев, повидимому, невелико и к ним можно было бы отнести лишь 7% отметок, выходящих за пределы основного пучка, охватывающего остальные 93% случаев.
Вообще же, наблюдаемое рассеяние отметок генетически закономерно. Оно отражает многообразие местных особенностей почвообразования, которые складываются, главным образом, под влиянием эволюции растительности и под влиянием различий в условиях залегания по рельефу.
С целью выяснения различий в накоплении гумуса в связи с эволюцией растительности обратимся к почвенному очерку по Чувашской республике (И. В. Тюрин, 1935). Эта часть Советского Союза выбрана из тех соображений, что на ее сравнительно ограниченном пространстве, т. е. в сходных климатических условиях, тесно соприкасаются, перемежаясь между собой, почвы двух типов почвообразования: дернового—черноземы и лесного—подзолы, а также подтипы, промежуточные между названными почвенными типами. При этом особо существенно то, что в прошлом вся территория была лесистой, и лишь впоследствии на значительных пространствах леса были вырублены и их в отдельные исторические эпохи заменяли на залежах луговые степи. Вместе с этим и в почвах ряда мест, в ныне безлесных районах, при сильно выраженном перегнойно-аккумулятивном процессе, обусловленном влиянием луговой или лугово-степной растительности, имеются многочисленные случаи наличия глубоких следов подзолистого процесса, свойственного лесным почвам.
Произведем еще некоторые сопоставления, чтобы показать, в какой степени отражают конкретные закономерности распределения гумуса по профилю почв.
К. Д. Глинка (1931, стр. 397) привел типичное содержание гумуса по профилю черноземных почв. Л. И. Прасолов (1939, стр. 228) указывает для одного из типичных примеров обыкновенного чернозма (Велико-Ана- дольское лесничество) такие климатические условия:средняя годовая температура воздуха—66°, годовое количество осадков—450,5 мм. Содержание гумуса по профилю почвы, найденное по 65, для этих климатических условий вполне соответствует действительному типичному содержанию гумуса в черноземах ( 72 а). Не меньшее соответствие показывает пример, представленный на 72 б (климатические координаты темного серозема, указываемые Г. М. Пономаревым и И. Н. Антиповым-Каратае- вым: средняя годовая температура— 9,6°, годовое количество осадков—390 мм\ 1947, стр. 30).
Из рассмотренных выше примеров вовсе не следует, что „по климату можно определять содержание гумуса". Эти примеры приведены лишь с единственной целью показать, что выявленные закономерности действительно отражают некоторые общие черты изменения содержания. гумуса в почвах в связи с климатом. Это—метод проверки.
С учетом этих соображений произведем, наконец, собственно географическое сопоставление. Закономерности, графически показанные на 64—67, являются абстракцией конкретных соотношений, их выражением в некоторой, так сказать, принципиальной схеме. В связи с этим можно для проверки пойти и обратным путем—„развернуть" изогумусовые графики в географическом плане. С этой целью были взяты карты средней годовой температуры (схематическая) и годового количества осадков (Поляков, 1946, стр. 104) и, затем, с помощью графиков ( 64 и 67) составлены схематические карты „климатического" содержания гумуса в верхнем слое почв главных типов и типов дернового почвообразования ( 73 и 74).
Рассмотрение соотношений гумус—климат позволяет сказать, что закономерности изменения содержания гумуса в связи с климатом, графически показанные на 64—67, действительно выражают наиболее общие черты связи между климатическими условиями и процессами гумусообразования. Эти закономерности показывают характерные различия в почвенно-климатических соотношениях, конкретизируют представления о сущности этих соотношений и могут служить целям генетического анализа как условий почвообразования, так и действительной сложности почвенного покров.
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ИЗВЕСТИ В ПОЧВАХ В СВЯЗИ С ГИДРОТЕРМИЧЕСКИМИ УСЛОВИЯМИ
Выявленные выше различия в условиях увлажненности почв разных гидрорядов (глава VI) приводят к мысли о том, что почвы гидрорядов должны различаться и по характеру распределения растворимых солей по почвенному профилю и, в частности, степенью выше* лоченности растворимых продуктов почвообразования.
Г. И. Танфильевым, участником особой экспедиции, организован- ной В.В.Докучаевым по поручению лесного департамента, впервые был применен метод изучения вскипания карбонатов, т. е. исследование глубины, с которой почва начинает вскипать от кислоты в результате выделения С02 из карбонатов (см. Высоцкий, 1915). Г. Н. Высоцкий использовал массовыеопреде- ления глубины вскипания для составления изокарбонатного плана, т. е. плана, на котором точки с одинаковой глубиной горизонта вскипания соединены линиями—изо кар бона там и. При этом он обнаружил большое соответствие изокарбонатного плана с рельефом местности.
Зависимость между глубиной скоп- ления карбонатов и количеством осадков в районах лёссовых почв США. Каждая точка обозначает глубину, с которой начинается слой, содержащий конкреции в исследованном почвенном разрезе (Г. Иенни, 1941/1948)
Показательные данные о зависимости между глубиной скопления карбонатов и количеством атмосферных осадков приводит Г. Иенни (1948), которым было изучено положение верхней границы карбонатного горизонта вдоль линии, идущей от полусухой области Колорадо, через Канзас до влажной области Миссури ( 76).
Обычно в качестве важной характеристики почвенного профиля принимают богатство почв углекислой известью, судя о нем по величине содержания СО,. Возникла мысль исследовать изменения в содержании углекислой извести в почвах в связи с гидротермическими условиями. Это было осуществлено, в общем, аналогично тому, как по соотношению гумус—климат. Все собранные данные о содержании С02 по профилю почв были сгруппированы по гидротермотипам, затем по каждому гидротермотипу найден средний профиль содержания С02 в слое 0—100 см. Но вследствие довольно ограниченного числа почвенных разрезов, которые удалось привлечь к этому исследованию (295 разрезов), дальнейшая обработка была проведена более схематично: составлены графики только для слоя 0—20 см и обобщено для слоя 0—100 см ( 77 и 78).
Составленные графики являются, очевидно, лишь самым приближенным отражением действительных закономерностей, и они, несомненно, нуждаются в проверке на основе большего числа фактических данных. Тем не менее и эти графики вполне показательны, и рассмотрение их приводит к достаточно определенным выводам.
Прежде всего 77 и 78 характеризуют последовательное уменьшение содержания карбонатов в направлении от сухих гидрорядов к более влажным, т. е. обнаруживается последовательно увеличивающаяся выщелоченность почв от углекальциевых солей.
Но это заключение—вывод самого общего порядка. Изменение содержания С02 в почвах в связи с условиями увлажненности показывает существенные различия в связи с термическими условиями. В этом отношении тропический терморяд и среднетермические ряды глубоко различны.
В терморяде VJI почвы влажных гидрорядов (начиная с гидрорядов С—CD) резко обеднены карбонатами, однако, при несколько повышенном содержании С02 карбонатов в самом верхнем слое почвы. Очевидно, глубокое разложение минералов почвообразующих пород в тропических условиях способствует быстрой потере почвами их кальция. И, наоборот, почвы более сухих гидрорядов (от А до 5С—С)
Совершенно иной характер носит изменение содержания углекальциевой соли в почвах среднетермических рядов (терморяды ///, IVt V). Здесь почвы гидрорядов С и более влажные намного богаче С02, чем почвы аналогичных гидрорядов тропического терморяда. При этом довольно явственно вырисовывается, что в данном отношении особенно выделяется терморяд IV. Но этот терморяд, как мы видели выше,—наиболее „гумусный". Вполне естественно принять, опираясь на представления В. Р. Вильямса, что эта особенность почв терморядов III, IV, V объясняется активной ролью биологического фактора, удерживающего кальций от выщелачивания, мобилизуя его на построение органического вещества и образование кальциевых соединений. Аккумуляция же углекальциевой соли в почвах терморядов ///, IVу V в сухих условиях менее выражена, чем в аналогичных условиях терморяда VII.
Таким образом, рассмотрение сопряженности С02 почв—климат приводит к заключению, что одним из различий между почвами разных гидрорядов действительно являются различия в характере распределения растворимых продуктов почвообразования по почвенному профилю, связанные с разной степенью выщёлоченности почв. Но эти различия складываются своеобразно в зависимости от термических условий.
Несмотря на то, что исследование соотношения С02 почв—климат проведено на основе ограниченных фактических данных, а климатические условия характеризовались такими обобщенными показателями как среднегодовые осадки и температура, содержание С02 в связи с гидротермическими условиями свидетельствует о закономерностях, вполне согласных с существующими представлениями об особенностях почвообразования в разных климатических условиях, характеризуя их при этом в более определенной форме.
Наиболее общей является сопряженность почв с климатическими, условиями. Следовательно, представило бы большой интерес выяснение вопроса: существуют ли закономерные соотношения также и между рН почв и климатическими условиями их формирования.
Естественно, возникла мысль исследовать изменение рН почв на основе гидцротермической системы. Для первого сопоставления рН почв и климатических условий их формирования воспользуемся данными, приведенными И. В. Тюриным (1937).
Из графика, представленного на 81, трудно усмотреть какую- либо общую связь между величиной рН почв и климатическими условиями. Некоторое сходство хода кривых рН и средних годовых температур не может быть признано отражением генетической связи, поскольку известно, что различия рН почв на территории СССР отражают прежде всего различия в степени выщелоченности почв, связанной, главным образом, со степенью влажности климата. Известным отражением последнего рода зависимости является обратное соотношение изменений рН почв и количества атмосферных осадков. Естественно принять, что показанное на 81 изменение рН почв связано с условиями увлажнения почв, определяемыми известными сочетаниями температурного режима и количества выпадающих осадков.
Показателем степени увлажненности почв, определяемой совокупным влиянием температуры и выпадающих осадков, является гидрофактор Hf. Воспользуемся гидрофактором Hf и для исследования связи рН почв с климатическими условиями. С этой целью найдем на основе данных 81 (по средней годовой температуре и сумме
осадков за год) значения гидрофактора Hf для каждого из почвенных типов и подтипов и сопоставим с ними значения рН.
Как видно, рН основных почвенных типов и подтипов обнаруживает самую несомненную связь с величиной Hf. Результаты этого первого сопоставления рН и Hf побудили произвести дальнейшее исследование, обратившись уже к первичным данным. Для этого были использованы, в основном, данные по тем же почвенным разрезам, по которым проведено исследование зависимости гумус—климат. Всего было выбрано и обработано 86 почвенных разрезов, расположенных в самых различных частях Союза ССР.
Второе сопоставление устанавливает между рН и Hf такого же рода связь, как и найденная выше иЬ обобщенным данным И. В, Тюрина.
Таким образом, произведенное исследование связи между рН почв и климатическими условиями позволяет с полным основанием сделать следующие выводы:
1) рН почв находится в очень тесной связи с климатическими условиями почвообразования;
2) система гидротермотипов действительно может служить основой для исследования связи между рН почв и климатическими условиями.
Очевидно для целей исследования общей связи рН почв с климатическими (гидро-термическими) условиями необходимо было привлечь данные о ^gHjno4B, расположенных в широкой гамме климатических условий земной суши. Для этого нового, более широкого*1ЖсЛЭДОВй- ния соотношения рН почв—климат привлечены данные по почвам СССР (помимо указанных выше, еще значительное число данных по почвам Закавказья), а также данные по почвам США (Бейли, 1944, 1945), Южной Африки (Ван-дер-Мерве, 1941) и Колумбии . (Пенни, 1948). Всего были использованы данные по 338 почвенным разрезам, расположенным в самых различных климатических условиях; от тундровых до пустынных и влажно-тропических.
Методика исследования заключалась в следующем. Все почвенные разрезы, включенные в разработку, были в соответствии с их климатическими условиями сгруппированы по гидротермотипам. Затем по каждой совокупности почвенных разрезов, включенннх в тот или другой гидротермотип, найдены медианные значения рН по профилю почв в их верхней метровой толще. Таким путем было охарактеризовано 31 поле системы гидротермотипов, т. е. лишь часть ее (таблица 14). С целью возможно более обоснованного экстраполирования значений рН в направлении смежных, неохарактеризованных полей найденные „средние" профили рН гидротермотипов наносились на график по каждому терморяду и гидроряду отдельно. Далее пользуясь всей совокупностью отметок рН, по всему термо- или гидроряду проводились линии равных рН. Так на основе всей совокупности данных выявлялся общий характер изменения рН по профилю почв в пределах более или менее широкой части того или другого термо- или гидроряда (см., например, 84).
С целью выявления значения более местных факторов в изменении величины рН почв произведено сопоставление фактических значений рН почв со значениями рН, найденными по графику ( 85) на основе климатических данных по соответствующим почвенным разрезам.
Изменение рН по профилю почв в связи со степенью увлажненности (Hf) в пределах субтропического (VI) терморяда. Изолинии выведены по средним (медианным) данным, показанным на графике числовыми отметками (один из составленных вспомогательных графиков, послуживших основой для получения 85)
Как видно из 86, сопоставление фактических и климатических значений рН почв обнаруживает совершенно явственную прямолинейную связь между ними. Наблюдаемое рассеяние отметок, можно полагать, является в некоторой мере следствием не исключенной приближенности климатической характеристики в части принятых значений средней годовой температуры и годовой суммы осадков. Но роль этого обстоятельства не следует преувеличивать. Ближайший анализ пучка отметок на 86 обнаруживает наличие в нем некоторых закономерностей.
В отклонении фактических рН почв от их, так сказать, „климатических" значений, намечаются некоторые сгущения в интервале + 0,2—0,6 рН. Можно полагать, что этого рода варьируемость отражает изменчивость рН почв по элементам рельефа, поскольку почвенные разрезы при почвенных исследованиях чаще всего закладываются для характеристики таких основных элементов почвенных комплексов, как почв ровных пространств и понижений. О том, что данного рода изменчивость рН почв носит широкий характер, говорит также и то, что в пределах пучка варьируемости + 0,0—0,8 рН лежит 7096 всего числа разрезов.
Но и в распределении остальных 30% разрезов имеется определенная закономерность: величина отклонений за пределы среднего пучка отметок увеличивается по мере увеличения кислотности почв. Следует сделать предположительный вывод, что последнего рода варьируемость рН почв отражает степень выщелоченности почв от карбонатов, связанную как со степенью увлажненности почв, так и со степенью первоначальной карбонатности почвообразующих пород.
Соотношение между фактическими значениями рН верхнего слоя почв и „климатическими41 значениями рН, найденными на основе 85 по действительным климатическим данным (по средней годовой температуре и годовой сумме осадков). Сплошными тонкими линиями очерчено поле графика, включающее почвы с отклонением от средних значений рН в пределах±0,0—0,8 рН и охватывающее 100% всех случаев; пунктирными линиями очерчено поле графика, охватывающее и все остшльные почвенные разрезы (30%)
Действительно, рассмотрение данных о величине рН и содержании карбонатов в почве (в верхнем полуметровом слое) показало, что в разрезах, где фактическое рН меньше „среднего" значения, карбонаты или вообще не определялись (очевидно, вследствие их отсутствия) или же содержание их было ничтожным (около 0,194). И, наоборот, среди разрезов с фактическим рН больше „среднего" значения много таких, которые показали значительное содержание карбонатов (4—6,5% С02).
Это наблюдение интересно прежде всего в фактическом отношении, как отражающее влияние на величину рН почв характера материнских пород и относительного возраста почв. Помимо этого, оно важно и как указывающее на возможность исследования с помощью системы гидротермотипов сложного соотношения почва—климат, — материнские породы.
Показательные результаты проведенного сопоставления рН почв—климат побудили продолжить его в направлении выявления закономерностей изменения рН почв в связи с климатом по почвенному профилю. Это исследование выполнено вполне аналогично тому, как при исследовании связи рН почв—климат в слое почвы 0—20 см. Но в этом, случае послойные графики были составлены для слоев: 1, 20, 40, 60, 80 100 см от поверхности земли.
В почвенной литературе давно уже указано на интенсивное протекание процессов выветривания в тропических условиях. Давно указало и на то, что это обстоятельсРЬО должно обусловливать интенсивное поступление в почвенные растворы тропиков оснований. Следовательно, своеобразное изменение рН почв в терморяде VII надо поставить в связь именно с интенсивным течением выветривания в тропических условиях, обусловливающим энергичное поступление в почвенные растворы оснований, сдвигающих реакцию почв в сторону большего .содержания гидроксильных ионов. Растительность в этих условиях усиливает процесс подщелачивания почв. Так, например, Г. Иенни (1948) приводит ряд профилей, у которых над кислыми почвенными горизонтами (с рН 4,5—5,5) лежит гораздо менее кислая подстилка (рН 4,7—6,2). Но вместе с этим надо отметить, что вследствие интенсивности процессов выветривания, с одной стороны, и часто пониженному содержанию гумуса,—с другой, почвы тропического ряда легче оказываются обедненными основаниями и, в связи с этим,—относительно менее щелочными или относительно более кислыми, чем почвы с аналогичной выщелоченностью среднетермических рядов.
О почвах терморяда VI надо сказать, что они занимают промежуточное положение по характеру изменения рН. В них отмечается как повышение роли Н-иона параллельно уменьшению гумусности, так и процесс активизации биологических поступлений оснований в связи с усилением выветривания. Последнее можно усмотреть в характерном смещении рН в сторону меньших численных значений в верхних гу- мусных горизонтах субтропических почв влажных гидрорядов.
Таким образом, произведенное исследование соотношения рН почв— климат выявило ряд закономерностей, важных для понимания формирования почв в различных условиях, и показало также плодотворность применения системы гидротермотипов для углубленного изучения закономерных соотношений в процессе почвообразования.
К содержанию книги: В.Р. Волобуев. Почвы и климат
Смотрите также:
Последние добавления:
Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ
Биогеоценология Почвоведение - биология почвы