ТИПЫ ПОЧВ. КИСЛЫЕ СИАЛЛИТНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ ПОЧВЫ

Подзолы. Свойства подзолов и биохимия подзолообразования

Термин «подзол» был взят В. В. Докучаевым из народного лексикона Смоленской губернии и введен в научный обиход для названия почв, имеющих в верхней части профиля осветленный бесструктурный горизонт, цвет которого напоминает цвет печной золы. Впоследствии термин в различном контексте терминообразо- вания претерпел длительную эволюцию и в разных учебниках и научных трудах можно найти его разнообразное толкование.

В настоящее время под подзолом понимается кислая сиаллит- ная почва с профилем типа E-Bh, f, al, формирующаяся в условиях резко выраженного промывного режима и дефицита оснований. Конкретный профиль подзола может быть либо O-E-Bh, f, al-C, либо O-A-E-Bh, f, al-C, а в условиях нарушенных человеком экосистем - A-E-Bh, f, al-C, E-Bh, f, al-C, Ap-E-Bh, f, al-C, Ap-Bh, f, al-C.

Такие почвы формируются на бедных кварцевых песках либо щебнистых хорошо дренированных породах в условиях гумидного климата под вечнозелеными хвойными (в бореальном и субборе- альном поясах) или лиственными (в субтропическом и тропическом поясах) лесами. Наиболее типичными для формирования подзолов геоморфологическими элементами служат песчаные древ- неаллювиальные террасы с относительно глубоким стоянием грунтовых вод. Часты подзолы на флювиогляциальных и дюнных песках. Вторым характерным ландшафтом подзолов служат хорошо дренированные облесенные склоны гор, сложенные щебнистым элювием кислых плотных пород (граниты, кварциты, гнейсы и т. п.).

В северных районах подзолы, как правило, маломощные, иногда карликовые, хотя горизонт В может быть и растянутым, состоящим из ряда прослоев. В тропиках профиль подзолов, как правило, очень мощный, с горизонтом Е 50—100 см и горизонтом В 100—200 см, что дает общую элювиально-иллювиальную толщу до 2—3 м. У целинных подзолов в девственных лесах на поверхности почвы всегда присутствует мощная (5—15 см), часто торфянистая, грубогумус- ная лесная подстилка — горизонт О, в нижней части часто образующая переходный горизонт OA. Подстилка богата грибной микрофлорой и бедна бактериальной.

Для профиля подзолов (22) характерно четкое разделение на элювиальную (Е) и иллювиальную (Bh, f, al) части. В зависимости от специфики условий почвообразования (условия увлажнения, литология) подзолы могут быть иллювиально-гумусовыми, иллюви- ально-железистыми, иллювиально-гумусово-железистыми, иллюви- ально-железисто-гумусовыми.

Горизонт В может быть сплошным (как правило, у наиболее влажных иллювиально-гумусовых подзолов) либо состоять из ряда разрозненных прослоек — псевдофибровый, ортзандовый; ортзанд может быть выражен в форме цементированной железом плиты.

Для подзолов характерны следующие свойства:

—        низкая общая гумусированность при резкой дифференциации содержания гумуса по профилю: максимум непосредственно под подстилкой, резко сменяющийся минимумом в горизонте Е; второй максимум, более растянутый по вертикали, в горизонте В;

—        резко выраженный фульватный состав гумуса (Сгк:Сфк < 1,0);

—        сильная кислотность всего профиля, максимальная в подстилке и постепенно уменьшающаяся с глубиной; рН(КС1) верхних горизонтов не превышает 3—3,5, а рИ(н2о) 4,0—4,5;

—        крайне низкая емкость катионного обмена (5—10 мг-экв/ 100 г) при резко выраженной ненасыщенности основаниями; особенно высокая гидролитическая кислотность по отношению к обменным основаниям;

—        четко выраженное в профиле элювиально-иллювиальное распределение полуторных оксидов;

—        высокая водопроницаемость и малая влагоемкость;

—        низкая обеспеченность элементами питания растений.

В основе оподзоливания лежит кислотный гидролиз первичных и вторичных, включая глинистые, минералов с образованием водорастворимых продуктов, которые нисходящим током воды выносятся из элювиальной части профиля, частично осаждаясь в его иллювиальной части, а частично уходя из ландшафта в гидрографическую сеть. В наибольшей степени выносу подвергаются щелочи, щелочно-земельные элементы и кремний (относительно накапливается лишь кварц) — выносятся за пределы профиля; значительная часть освобождающихся соединений железа и алюминия осаждается в иллювиальном горизонте, обычно вместе с гумусом.

Что касается механизмов этого процесса, у ученых нет единого мнения. К. К. Гедройц (1920) полагал, что главным агентом опод- золивания служит водородный ион, который появляется либо в результате диссоциации воды, либо при диссоциации угольной кислоты при насыщении диоксидом углерода воды, просачивающейся через почву. Воздействуя на кристаллическую решетку минералов, водородный ион постепенно разрушает ее, переводя в раствор соответствующие ионы. При этом образуются коллоидные золи Si02, А1203, Fe203, гуматов, пептизируемые водородным ионом и выносимые вниз по профилю. Ниже по профилю реакция почвы становится менее кислой и золи коагулируют, давая начало иллювиальному горизонту.

Слабым местом гипотезы Гедройца является, во-первых, источник свободного иона водорода — ни чистая вода, ни вода, насыщенная С02 при обычных условиях, не дают столь высокой концентрации водородного иона, которая необходима для гидролиза минералов и поддержания низкого рН среды; во вторых, пептизи- рующая роль иона водорода — как правило, он коагулирует коллоиды, а не наоборот.

А. А. Роде (1937) выдвинул гипотезу о том, что свободный ион водорода может появляться в среде в больших количествах в результате выделения корнями растений при обменном поглощении катионов в процессе минерального питания. Но и эта гипотеза не нашла экспериментального подтверждения, тем более, что в наиболее оподзоленном горизонте всегда наблюдается минимум корней.

Н. П. Ремезов (1940) выдвинул гипотезу о соответствующей роли иона аммония, освобождающегося якобы в больших количествах в почве в процессе аммонификации и являющегося пептизи- рующим агентом в отношении коллоидных золей. Однако если ион аммония и пептизирует коллоиды, то, во-первых, его нет в условиях сильнокислой среды подзолистых почв (он быстро уходит в процессе денитрификации либо поглощается обменным комплексом), а во-вторых, он не способен гидролизовать минералы.

Оригинальную концепцию подзолообразования предложил В. Р. Вильяме (1940), который считал, что оподзоливание —это результат биохимических процессов. Согласно Вильямсу, в лесной подстилке идет грибной аэробный процесс разложения, продуктом которого является «креновая кислота», которая, воздействуя на минералы почвы при просачивании зодных растворов, разрушает их и образует «кренаты» металлов. Продвигаясь вниз, «кренаты» постепенно встречают анаэробную зону и восстанавливаются в «апокренаты», которые нерастворимы и выпадают в осадок, давая иллювиальный горизонт. Эта гипотеза хотя и не была подтверждена экспериментально и содержит много противоречий (в частности, о соотношении аэробных и анаэробных зон в профиле, о наличии специфической «креновой» кислоты, переходящей в «апокре- новую»), все же привлекла внимание ученых к самой роли органических продуктов микробных процессов в подзолообразовании. Наиболее полно этот подход был развит позднее В. В. Пономаревой.

В. В. Пономарева, развивая подход В. Р. Вильямса и основываясь на работах И. В. Тюрина по характеристике гумусовых веществ, в течение 30 лет (1949—1980) опубликовала большую серию работ по биохимии подзолообразования, включая две капитальные монографии (1964, 1980). Согласно Пономаревой, главным фактором оподзоливания служит бедность лесного опада зольными элементами и азотом, что вместе с преобладанием грибного кислотообразующего разложения растительных остатков приводит к консервации опада в виде подстилки и продуцированию в подстилке и усиленному вымыванию из нее простых органических кислот и специфических фульвокислот; образование гуминовых кислот при этом слабо выражено. Агрессивные органические кислоты разлагают первичные и вторичные минералы, попадая из подстилки в почву, взаимодействуют с освобождающимися полуторными оксидами, образуют с ними подвижные комплексные соединения. Передвигаясь вниз, растворы все более обогащаются R2Oa, что приводит к осаждению комплексов в иллювиальном горизонте. Осаждение органоминеральных комплексов в горизонте В обусловлено увеличением отношения К203:Сфк при повышении общей концентрации растворов и незначительном росте рН. Такой ход процесса иллюстрируется данными табл. 7.

Приведенные данные, как и другие материалы, позволили В. В. Пономаревой заключить, что процесс разложения минералов под воздействием гумусовых кислот идет не только в подзолистом горизонте, но и во всем профиле в целом, что было также подтверждено А. А. Роде, причем главным остаточным продуктом разложения минералов служит глинозем, а кремнезем, основания и частично железо уходят за пределы профиля.

Как правило, подзолы не образуют сплошных крупных почвенных ареалов, будучи больше сопутствующими почвами, связанными со спецификой литологии поверхностных пород. Особенно часто они образуют ассоциации с различными болотными почвами, что характерно для больших зандровых полей (полесья перигля- циальной области). На горных склонах они сочетаются обычно с буроземами.

Подзолы как на песках, так и на щебнистом элюво-делювии горных склонов, — это типично лесные почвы и никакое иное землепользование на них не является экологически целесообразным.

Введение песчаных подзолов в земледельческое пользование возможно, но они мало плодородны для сельскохозяйственных культур. Для получения на них высоких и устойчивых урожаев требуется периодическое внесение высоких доз органических удобрений (навоз, торф, компосты, зеленые удобрения). Необходимо периодическое известкование, но оно эффективно лишь при заправке почв органикой. Естественно, постоянно нужны минеральные удобрения, эффективность которых также зависит от заправки органикой, а также от известкования. Часто оказываются необходимы и микроудобрения. Окультуривание песчаных подзолов — сложный, длительный и дорогостоящий процесс.