Состав и свойства почв

Как уже отмечалось, на территории Кольского полуострова в автономных условиях почти повсеместно распространены иллювиальножелезистые и иллювиально-гумусовые подзолы, для которых характерна четко выраженная профильная дифференциация их состава и свойств, отражающаяся в их морфологическом облике.

торых отражают интенсивность развития подзолообразовательного и гумусо-иллювиального процессов.

Лесная подстилка, составляющая горизонт Aq, в относительно сухих местоположениях имеет небольшую мощность (обычно не более 3—5 см) и состоит из слабо- или среднеразложившихся растительных остатков (опада). По мере возрастания увлажненности мощность подстилки увеличивается, а в полугидроморфных торфянисто-подзолистых гумусово-иллювиальных почвах горизонт Aq представляет собой торфянистый слой, состоящий преимущественно из остатков зеленых и сфагновых мхов. Как правило, органогенный горизонт Aq резко отчленен от минеральной толщи почвы и только в нижней части в органической массе присутствуют минеральные частицы. При мощности подстилки в несколько сантиметров она может быть неоднородной. Верхняя часть ее сложена почти неразложившимся и негумифицированным опадом, книзу степень разложения возрастает, достигая максимума на контакте с минеральной толщей почвы.

Благодаря интенсивному развитию иллювиально-гумусового процесса, характерного для почвообразования на песчаных грубозернистых породах, накопление гумуса в верхней части минеральной толщи и формирование там гумусоаккумулятивного горизонта А^ не происходит. В таких почвах под слоем лесной подстилки залегает подзолистый горизонт А2, имеющий характерный светло-серый или белесовато-серый цвет.

Под подзолистым горизонтом залегает иллювиальный горизонт, окрашенный в бурый цвет. Интенсивность окраски зависит от степени обогащенности этого горизонта вмытым гумусом и полуторны—

ми окислами. Обычно окраска его варьирует от светло-охристой до темно-бурой, в полугидроморфных почвах - почти черной. Иллювиальный горизонт значительно уплотнен, а во влажных условиях - сцементирован органо-минеральными коллоидами, скоагулированными путем взаимного осаждения фульвокислот и гидроокисей железа и алюминия. Как правило, иллювиальный горизонт довольно однороден по цвету и сложению. Интенсивность окраски постепенно снижается с глубиной, в переходном горизонте ВС преобладают зеленовато-серые тона.

Изучение морфологических признаков подзолистых почв разных природных зон позволяет отметить зональные различия почв, обусловленные изменениями биоклиматических условий формирования почвенного профиля. С юга на север, от северотаежной зоны к зоне тундры, ослабевает степень выраженности подзолообразовательного процесса. Морфологически это проявляется в меньшей отбелен- ности первичных минералов, слагающих подзолистый горизонт, и в меньшей его мощности. Тем не менее и в тундровой зоне господствуют иллювиально-гумусовые подзолы с достаточно выраженным подзолистым горизонтом. Только на вершинах возвышенностей, где мощность рыхлых осадков незначительна и затруднен дренаж, формируются почвы с морфологически недифференцированным профилем.

В тундровой и лесотундровой зонах достаточно отчетливо проявляется вертикальная поясность растительности и почвенного покрова.

В качестве примера приведем один из геоморфологических профилей, заложенных в лесотундре (рис. 1). Межгорные равнины и южные склоны возвышенностей здесь покрыты березовыми редколесьями, а северные склоны и вершины - лишайниково-вороничными тундровыми ассоциациями. Величина биомассы растений и условия минерализации растительного опада определяют мощность и степень разложенности органогенного горизонта Aq. На плакорах под кус- тарничково-лишайниковыми березняками в условиях хорошей дрени- рованности, чему способствует легкий механический состав почв и хорошо развитый мезорельеф* значительного накопления подстилки на поверхности почвы не наблюдается. Это связано с относительно небольшой массой растительного опада, поступающего на почву в недостаточно благоприятных условиях увлажнения, а также с более интенсивным разложением его, чем на повышенных элементах рельефа, где скорость минерализации растительных остатков лимитируется недостатком тепла. Почвы южных склонов более увлажнены, поэтому масса растительного опада здесь достаточно велика. Это приводит к увеличению мощности подстилки с признаками оторфованности.

Экологические условия влияют также на морфологические признаки минеральных горизонтов: вверх по склону мощность подзолистого горизонта заметно уменьшается, а окраска его становится темнее, от белесой в почвах равнинных березняков до грязно-серой — в поч-

Рис. 1. Схематические профили почв Лепсечского геоморфологического профиля.

1 - березняк, 2 - тундра.

вах под тундровыми ассоциациями. Интенсивность окраски иллювиального горизонта усиливается в том же направлении.

Морфологический облик почв лесной зоны зависит от рельефа и увлажнения. На вершинах моренных холмов и гряд в сухих местоположениях формируются иллювиально-железистые подзолы, отличающиеся укороченным профилем, белесым подзолистым и желто-охристым иллювиальным горизонтами. Вниз по склону в связи с увеличением увлажненности почв возрастает мощность отдельных генетических горизонтов, в особенности органогенного и подзолистого. Окраска минеральных горизонтов при этом становится более темной.

J В горных условиях четко проявляется вертикальная поясность.

На примере Хибинского горного массива можно проследить смену растительных поясов от подножия гор к их вершинам. Морфологический профиль почв, развитых в разных вертикальных природных поясах, существенно различается. В поясе высокогорной пустыни, а также в горной тундре с из ре же иным растительным покровом, основу которого составляют лишайники, формируются почвы со слабодифференцированным профилем, для которого характерно постепенное уменьшение интенсивности прокрашивания гумусом минеральной массы почвы с глубиной. Органогенный горизонт в таких почвах слабо развит, а в почвах высокогорной пустыни совсем не образуется.

Как уже говорилось, подзолистые почвы Кольского полуострова сформировались на моренных, сильно завалуненных отложениях песчаного и супесчаного механического состава. Выше было показано, что во всех природных зонах почвообразующие породы имеют сходный состав, чем и объясняется отсутствие зональных различий в механическом составе почв (табл. 5). Во всех почвах в составе мелкозема преобладает фракция мелкого песка, содержание которой во многих случаях превышает 40%. Остальная часть почвенной массы состоит в основном из среднего и крупного песка, а также крупной пыли. Таким образом, более 90% мелкозема почв состоит из частиц, имеющих размеры больше 0,01 мм, т.е. из физичес*- кого песка. Кроме того, все минеральные почвы отличаются значительной хрящеватостью и большим количеством крупнозема. Так, в почвах лесной зоны крупнозем в верхних горизонтах составляет обычно 20-3 0%, причем в подзолистом горизонте его количество, как правило, меньше по сравнению с аллювиальными. Вниз по профилю содержание частиц больше 1 мм обычно возрастает.

Количество средней и мелкой пыли в большинстве почв в сумме составляет не более 10%. Содержание же илистой фракции очень низкое, редко превышает 1.5-2%. Дифференциация профиля почв по механическому составу не выражена, различия генетических гори-- зонтов по содержанию отдельных фракций, в том числе и илистой, обусловлены неоднородностью по механическому составу почвообразующих пород.

Следовательно, для механического состава почв всех природных зон Кольского полуострова характерно преобладание крупных, в том числе превышающих размеры 1 мм частиц, а также очень большая з ава луне иное ть большинства почв, сформировавшихся на моренных почвообразующих породах. Почвы отличаются полной несортирован- ностью и очень большой пестротой по механическому составу и за- валуненности.

Валовой химический состав почв определяется составом почвообразующих пород и интенсивностью развития иллювиально-гумусового процесса, с которым связана профильная дифференциация отдельных химических элементов. Как уже отмечалось, для материнских пород, состоящих из слабовыветрелых первичных минералов, характерно относительное богатство химического состава, о чем свидетельствуют данные по содержанию кремнекислоты (табл. 6).

В почвах тундры, лесотундры и северной тайги, которые сформировались на моленных песчаных отложениях, количество 5i02 в г°- ризонте С обычно составляет 70—72%, что свойственно богатым по минералогическому составу и слабо затронутым химическим

выветриванием песчаным полимикговым породам, к которым и относится основная морена, широко распространенная на Кольском полуострове.

Несколько обособленно по химическому составу стоят почвы Хибинского горного массива, почвообразующими породами для которых служили продукты выветривания нефелиновых сиенитов (разрез 53) или моренные отложения, обогащенные элювием (разрез 55). Эти почвы отличаются еще более богатым химическим составом. Горные почвы Чунатундры (разрез 124) по химическому составу стоят ближе к почвам равнинных территорий.

Содержание алюминия в равнинных почвах колеблется от 11 до 16%, а железа - от 3 до 5%. В горных почвах количество этих элементов значительно большее. Щелочноземельные основания во всех почвах в сумме составляют 4—6%, их содержание в почвах разных зон, в том числе и в горных, почти одинаково. То же можно сказать и о щелочных элементах, количество которых составляет 5-6% в сумме. В группу элементов, содержание которых составляет значительно менее 1%, входят титан, фосфор и марганец. Можно отметить более высокое содержание этих элементов в почвах Хибинских гор.

Для генетической характеристики почв подзолистого типа большое значение имеет количество и профильное распределение таких элементов, как кремний, алюминий и железо. Для всех почв Кольского полуострова общей закономерностью является более или менее выраженное элювиально-иллювиальное перераспределение этих элементов в пределах почвенного профиля. В результате интенсивного разрушения первичных минералов под воздействием кислых растворов гумусовых веществ, мигрирующих из подстилки вниз по профилю, происходит вынос полуторных окислов из подзолистого горизонта и относительное накопление здесь кремнезема. Если рассматривать интенсивность профильной дифференциации химического состава почв в зональном разрезе, то можно отметить ее ослабление по мере продвижения с юга на север, от почв северотаежной подзоны к почвам тундры. С другой стороны, степень выраженности перераспределения химических элементов по профилю зависит и от вертикальной природной поясности. Сопоставляя валовой химический состав почв нескольких геоморфологических профилей в лесотундровой зоне, можно выявить заметное затухание профильной дифференциации от равнинных межгорных плакоров, покрытых березовыми редколесьями, до тундровых вершин воз выше нностей*.

Таким образом, интенсивность проявления основного для песчаных почв Кольского полуострова признака - профильной дифференциации химического состава зависит от зональных особенностей почв и их положения в рельефе. Дифференциация затрагивает не только кремний и полуторные окислы, но также и такие элементы, как фосфор и марганец. В горных условиях, в частности в Хибинах, в тундровом поясе формируются почвы без подзолистого горизонта - подбуры с характерным для почв этого типа распределением полуторных окислов. Под торфянистым горизонтом формируется иллювиальный го-

Рис. 2. Интервалы варьирования физико-химических свойств целинных (А) и окультуренных (В) подзолистых почв.

1 - Р^кСХ » П - рНн о , III - сумма обменных оснований в мг*экв./ЮО г почвы, 1У - насыщенность в %.

ризонт, обогащенный по сравнению с материнской породой полуторными окислами. Таковы основные закономерности изменения химического состава почв под влиянием зональных факторов.

Физико-химические свойства подзолистых почв Кольского полуострова в целом неблагоприятны (рис. 2). Для верхних горизонтов, в которых сосредоточена основная масса корней растений, характерна высокая кислотность, крайняя бедность основаниями и слабая степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса. Такие свойства почв обусловлены чрезвычайно высокой интенсивностью выноса оснований в результате промывания почвенной толщи растворами ненасыщенных фульвокислот. Малая величина емкости обме«- на, обусловленная ничтожно низким содержанием в почвах минеральных коллоидов, также способствует интенсивному выносу из почвы оснований.

В пределах почвенного профиля кислотность заметно изменяется, постепенно уменьшаясь с глубиной. В водной суспензии величина pH в органогенном горизонте составляет 4-5. Кислотность подзолистого горизонта заметно ниже: pH здесь колеблется от 4.5 до 5.5. В верхней части иллювиального горизонта кислотность еще более уменьшается и остается на уровне pH 5-6 до материнской породы. Изменение показателей pH в солевой суспензии по профилю подчиняется такой же зависимости, но переход их от низких значений в органогенных горизонтах к более высоким в иллювиальных происходит более резко. Данная закономерность связана с тем, что в верхних горизонтах обменная кислотность выше, чем в нижних,

поэтому разница между показателями pH в водной и солевой вытяжках здесь более значительная.

Заметное накопление обменных кальция и магния происходит только в органогенном горизонте, где их содержание в сумме может достигать 15-20 мг»экв./Ю0 г почв и более. В минеральных горизонтах их количество редко превышает 1 мг*экв./100 г, несмотря на значительную в ряде случаев гумусированноеть подзолистого и, в особенности, верхней части иллювиально-гумусового горизонтов. В большинстве почв наблюдается незначительное иллювиальное накопление обменных оснований в горизонте В^. В этих случаях количество их здесь выше, чем в подзолистых горизонтах.

Все подзолистые почвы отличаются ненасыщенноетъю основаниями, особенно в иллювиально-гумусовых горизонтах, а тундровые почвы - также и в подзолистых. Вниз по профилю почв насыщенность обычно несколько возрастает.

Мурманская область относится к зоне очагового земледелия, распашке подвергаются наиболее доступные участки в лесной зоне. Критериями для выбора земель, пригодных для освоения, являются главным образом отсутствие заболачивания и возможно меньшая завалуненность.

Освоение подзолов вызывает коренную перестройку их профиля. Поскольку подзолистые почвы на Кольском полуострове отличаются небольшой мощностью, при их перепашке в пахотный слой вовлекаются наряду с остатками лесной подстилки весь подзолистый горизонт и верхняя часть иллювиального. При длительном окультуривании подзолистых почв образуется пахотный слой мощностью до 20- 3 0 см, достаточно однородный по составу и свойствам на всю глубину. Подпахотные горизонты сохраняют морфологические признаки, характерные для аналогичных горизонтов целинных почв.

По механическому составу пахотные почвы мало отличаются от своих естественных аналогов (табл. 7). Можно лишь отметить некоторое возрастание содержания физической глины в пахотных горизонтах окультуренных почв по сравнению с верхними минеральными горизонтами целинных почв (см. табл. 5). Накопления илистой фракции при этом, как правило, не происходит.

Валовой химический состав пахотных горизонтов окультуренных почв характеризуется усредненными показателями по отношению к минеральным горизонтам целинных почв (табл. 8), поскольку их формирование происходило за счет подзолистого и иллювиального горизонтов. Содержания отдельных элементов в пахотных и подпахотных горизонтах окультуренных почв довольно близки. Исключение составляет фосфор, который накапливается путем биологической и химической аккумуляции в результате внесения удобрений и закрепления фосфатов. В меньшей степени это относится к кальцию, который также вносится при известковании.

Физико-химические свойства окультуренных почв (см. рис. 2) зависят от уровня агротехники, в частности от применения известкования. В большинстве случаев почвы, находящиеся в обработке, имеют относительно невысокую кислотность, что достигается регу-

Механический состав окультуренных почв

Таблица 8

Валовой химический состав окультуренных почв (% на прокаленную навеску)

лярным известкованием кислых почв. В определенной мере нейтрализации кислотности способствует внесение в почву больших количеств органических удобрений, которые смягчают подкисляющее действие высоких доз физиологически и химически кислых минеральных удобрений. Тем не менее степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса основаниями, за редким исключением, не превышает 50%. Благодаря внесению органических удобрений, емкость обмена в пахотных горизонтах окультуренных почв достигает в ряде случаев весьма больших показателей (до 40 мг.экв./100 г), но при этом значительная часть обменных катионов представлена водородом. Следовательно, несмотря на очень легкий механический состав почв, высокое содержание органического вещества способст*- вует формированию поглощающего комплекса, по своей ионообменной способности мало уступающему поглощающему комплексу более тяжелых почв (суглинистых и глинистых).

Таким образом, при окультуривании создается однородный пахотный горизонт, который в результате применения интенсивной агротехники обладает достаточно благоприятными физико-химическими свойствами, способствующими созданию оптимального режима питательных веществ в почве.

Торфяные почвы, как уже говорилось, также широко распространены на территории Кольского полуострова и наряду с подзолистыми почвами вовлекаются в сельскохозяйственное производство. Эти почвы потенциально богаты азотом, кальцием и другими питательными веществами и представляют собой ценный земельный фонд, в особенности для создания высокопродуктивных сеяных лугов.

Физические свойства и водно-воздушный режим торфяных почв определяются, с одной стороны, их составом, а с другой — условиями формирования, среди которых решающее значение принадлежит избыточному увлажнению. Удаление избыточной воды при осушении и последующее окультуривание мелиорированных торфяных почв сопровождается резким изменением их физического состояния и водных свойств (табл. 9). Торфяники Мурманской области сильно обводнены и требуют интенсивного осушения. Большое количество осадков и низкая испаряемость создают повышенное увлажнение даже в хорошо осушенных торфяных почвах. Влагоемкость этих почв характеризуется высокими показателями и зависит от ботанического состава и степени разложенности торфов. Поскольку при окультуривании процессы минерализации усиливаются, влагоемкость торфяных почв при этом уменьшается. Особенностью физических свойств торфяных почв является преобладание капиллярной формы влагоемко- сти и порозности. При осушении происходит сильная усадка торфа, которая усиливается при последующем окультуривании. Это приводит к увеличению объемной массы верхних слоев почвы. Другой причиной возрастания объемной массы является увеличение зольности и удельной массы твердой фазы торфа.

Валовой химический состав торфяных почв (табл. 10) отражает их генетические особенности, среди которых наиболее существенное значение имеет ботанический состав. Низинная почва отличается

Влияние окультуривания на изменение водно-физических свойств торфяных почв

3 Заказ 618

со Таблица Ю

Химический состав минеральной части торфяных почв (% от абс. сух, почвы)

довольно высокой зольностью, которая обусловлена преимущественно большим содержанием кремнезема. По-видимому, это связано с некоторым заилением и привносом минерального материала. Окультуренный вариант этой почвы мало отличается по валовому составу и зольности торфов от целинного. Наиболее заметные изменения состава почв наблюдаются при освоении переходного и верхового болота. При этом значительно увеличилась зольность, а также содержание некоторых элементов. В результате внесения в окультуренные почвы извести содержание кальция возросло в 2.5-3 раза. Следует отметить, что заметные изменения в зольном составе произошли только в пахотных горизонтах почв, в то время как подпа** хотные слои почти не испытали влияния окультуривания.

Как в целинных, так и в окультуренных почвах отчетливо проявляется биогенная аккумуляция в верхних горизонтах почв таких элементов, как фосфор, калий и натрий. Содержание этих элементов, а также серы, марганца и титана при окультуривании возрастает.

Физико-химические свойства торфяных почв зависят от их генезиса. Низинные почвы обычно обладают сравнительно невысокой кислотностью (рНсол 4.7-5), которая при их окультуривании может заметно возрасти в результате интенсивного выноса оснований дренажными водами, а также под влиянием минеральных удобрений. Путем внесения извести удается снизить актуальную и гидролитическую кислотность, однако и произвесткованные почвы, имеющие рНсол около 6, отличаются не насыщенностью основаниями (насыщенность не более 75%).

Таким образом, торфяные почвы характеризуются значительным варьированием химического состава минеральной части и физикохимических свойств в зависимости от условий формирования, генетических особенностей и степени окультуренности. Освоение этих почв вызывает большие изменения их состава и свойств, что не может не отразиться на интенсивности биохимических процессов и составе органического вещества.