Эколого-географические закономерности структуры педосферы

↑ Эколого-географические закономерности структуры педосферы

Организация почвенного покрова (ПП) определяется взаимодействием нескольких групп факторов и условий. Биоклиматические условия строения. Глобальные климатические закономерности строения и формирования почвенного покрова проявляются в горизонтальной и вертикальной зональности и фациальности почв. Горизонтальная зональность выражается в образовании ограниченного числа почвенно-биоклиматических поясов, а внутри них – почвенных зон (полосчатых ареалов макроструктур почвенного покрова на равнинах). Когда увлажнение изменяется в другом направлении по сравнению с термическими условиями, то почвенные зоны теряют широтную форму и приобретают во многих случаях меридиональное направление (например, южная половина Северной Америки).

Биоклиматическая фациальность вызвана изменением степени увлажнения и континентальности климата, определяемыми крупными макроструктурными регионами на континенте (по отношению к океанам, горам и др.). Это приводит к радикальному осложнению горизонтальной зональности вплоть до формирования особых типов почв и индивидуальных закономерностей их географического распределения. Фациальные закономерности могут проявляться в общности почвообразования как в ряде зональных почвенных типов (почвенно-биоклиматические области), так и внутри почвенных зон (почвенные провинции).

В горных системах мира выражена вертикальная почвенная зональность. Состав и структура вертикальной почвенной зональности определяются положением горной страны в системе географических поясов, а в пределах пояса ее положением в различных секторах увлажнения (приокеанских или континентальных). Имеют значение высота горной страны, положение склонов по отношению к преобладающему движению воздушных масс, экспозиция склонов и наличие температурных инверсий. Можно выделить типы структур вертикальной зональности почв, учитывающие состав и взаиморасположение почвенных зон в горах в пределах географических поясов и фаций увлажнения. Почвенно-биоклиматические пояса и области образуют зонально-фациальную мегаструктуру почвенного покрова Земли.

Наряду с глобальными закономерностями почвенного покрова существуют и местные, определяющие смену, часто довольно резкую, почв на небольших территориях. Еще В.В. Докучаев ввел в обиход понятие «топография почв», подразумевающее смену почв на небольшим пространствах, современным аналогом которого является понятие структуры почвенного покрова. Границы ЭПА отражает коэффициент расчленения – отношение длины почвенного ареала к длине равновеликой окружности. В зависимости от величины Кр выделяют 4 группы ЭПА: нерасчлененные (до 2), слабо- (2-4), средне- (4-6) и сильнорасчлененные (более 6) ЭПА.

 Этим образованиям соответствуют комбинации типа комплексов – почвенных комбинаций с регулярным чередованием мелких пятен (до десятков метров) контрастно различающихся почв, взаимно генетически обусловленных и пятнистостей – мелкоконтурных почвенных комбинаций, менее контрастных по сравнению с комплексами. Встречаются и литогенные микроструктуры.

Микроструктуры объединяются в мезоструктуры, состоящие из различ-ных комбинаций микроструктур. Этот уровень определяется морфоструктурами и морфосистемами, слагающимся из комплексов экзогенного рельефа: террас, пойм, замкнутых равнин, дюнного рельефа и т.п. Топогенные мезоструктуры с генетической связью между компонентами представлены сочетаниями – контрастными почвенными комбинациями и  вариациями со слабой контрастностью между компонентами. Ташеты – тип неконтрастных почвенных комбинаций, образующих микро- и мезоструктуры, в которых генетические связи компонентов невелики. Мозаики – контрастные комбинации почв, обусловленные значительными изменениями в пространстве состава и свойств почвообразующих пород.

Мезомакроструктуры состоят из различных комбинаций мезоструктур. Их характеризует единство состава и происхождения почвенного покрова. Обычно доминирует зональный тип почв. Макроструктуры состоят из комбинаций мезомакроструктур. У них отсутствует единство истории формирования почвенного покрова. Это – территории, сформированные тектоническими процессами.

Еще выше в таксономии находятся макромегаструктуры и мегаструктуры. Мегаструктуры характерны для платформ, горных стран. Основное разнообразие создается климатической составляющей, особенно вертикальной, литологией и рельефом. Важными характеристиками структуры почвенного покрова являются сложность, контрастность и неоднородность. Сложность – частота смены ЭПА, зависящая от площади ЭПА,  формы контура. Приблизительно оценить сложность можно через отношение среднего коэффициента расчленения к средней площади ЭПА. Контрастность – степень различий в агрономическом аспекте между компонентами СПП. Неоднородность определяется через произведение сложности и контрастности.

В зоне тундр и полупустынь преобладают контрастные структуры с ведущей ролью комплексов.  В полосе дерново-подзолистых почв сложность снижается примерно вдвое, преобладают сочетания ЭПА. Минимальная сложность почвенного покрова в почвах типичных степей. Неоднородность почвенного покрова минимальна в зоне лесостепи и возрастает к югу и к северу.

Литолого-геоморфологические закономерности строения почвенного покрова. Положительные и отрицательные элементы рельефа любого уровня связаны между собой процессами денудации и аккумуляции, геохимическим потоком веществ. Это приводит к пространственной дифференциации геохимического фона, на котором протекает почвообразование. Особенно ярко закономерная смена отложений и связанных с ними литогенно-упорядоченных макроструктур ПП проявляется в межгорных котловинах, на подгорных, древ-неаллювиальных и флювиогляциальных равнинах, вокруг действующих или недавно потухших вулканов в связи с ослаблением интенсивности пеплопадов по мере удаления от центра извержения.

На уровне мезоструктур влияние морфоструктурного основания на ПП проявляется на денудационных возвышенных равнинах, в горах, на плато и нагорьях, где выходы на поверхность различных плотных пород и их щебнистых дериватов обусловливают литологическую неоднородность и сложные сочетания-мозаики. На денудационно-аккумулятивных равнинах влияние литолого-морфоструктурного основания проявляется на участках с глубоким эрозионным расчленением. Здесь широко распространены древовидные (эрозионные) структуры (приледниковый пояс Европы, Великие равнины Северной Америки и др.). На равнинах Северной Америки и Евразии с холмисто-моренным ледниковым рельефом распространены округло-пятнистые мезоструктуры, полосчатые и разреженно-древовидные сочетания водно-ледниковых равнин.

Историко-геологические закономерности строения почвенного покрова. Современный почвенный покров – гетерохронное образование. Отчетливо выражена его зависимость от возраста процессов выветривания и почвообразования. Поверхность и связанный с нею почвенный покров денудационных возвышенных равнин, плато и плоскогорий, особенно в тропиках (пенеплены Африки, Южной Америки, Австралии) формировались миллионы лет и в ряде случаев претерпели глубокие изменения климатических условий. В тропиках на значительных пространствах сохранилась древняя ферраллитная кора выветривания и продукты ее переотложения, а возраст почвенного покрова (как совокупности почв) насчитывает миллионы лет. Выступая в качестве почвообразующих пород весьма специфического состава, "старые почвы" определяют наличие реликтовых признаков в современных почвах, особенно характерных для засушливых и пустынных субтропических и тропических регионов. Длительность формирования ПП в области последнего оледенения (север Европы, север Канады и др.) – тысячи лет. Еще моложе ПП на низких террасах рек, озер, морей, современных вулканических отложениях – десятки и сотни лет.

Закономерные смены СПП разного возраста могут быть связаны как с эволюцией биоклиматических факторов, так и с развитием рельефа. Особенно отчетливо они выражены на древнеаллювиальных и приморских низменностях, где с различными по возрасту геоморфологическими уровнями и улучшением дренированности связаны определенные стадии развития почвенного покрова, часто сохраняющего реликтовые черты гидроморфизма. Наряду с возрастными различиями существуют и черты сходства, связанные с общностью геологической истории и строения территории.

Рассмотренные закономерности создают многообразие почвенного покрова на разных уровнях его структурной организации, что отражают мировые почвенные карты.

Мировые почвенные карты. Начало мировой картографии почв было положено "Схемой почвенных зон Северного полушария", составленной    В.В. Докучаевым в 1899 г. в масштабе 1:  50 000 000. Она содержала всего восемь выделов, включая пять широтных почвенных зон (бореальную, таежно-лесную, черноземных степей, аэральную и латеритную). Карту составили методом дедукции, исходя из учения о соответствии почв факторам почвообразования. На зональном почвенно-климатическом принципе построена легенда. Значение картосхемы было исключительно велико. Она показала, что распространение почв на земном шаре не хаотично, а закономерно и объяснимо. Карта наглядно отразила открытый Докучаевым закон широтной зональности почв и определила главные принципы составления почвенных карт мира.

Концепция зональности была положена в основу дальнейшей разработки мировых почвенных карт, составленных под руководством К. Д. Глинки [1906, 1915,1927], Л. И. Прасолова [1937], Келлога [1938], Д. Г. Виленского [1950],

И.П. Герасимова [1956, 1960, 1964] и др. Карты совершенствовались, во-первых, в отражении все большего разнообразия почв мира и корректировке границ их ареалов (на почвенной карте мира К.Д. Глинки 1906 г. было показано 18 выделов почв, на карте Л.И. Прасолова - уже 30, а на карте

И.П. Герасимова 1964 г. - 93 выдела). Во-вторых, на картах отражались строение почвенного покрова и уточнения географо-генетических закономерностей распространения различных почв. Так, уже на картах Глинки наряду с широтными зонами были показаны и меридиональные зоны, различия почвенных зон в океанических и внутриконтинентальных частях материков. Прасолов и Герасимов типы почв объединяли в мировые географические пояса с отражением зональной структуры поясов в приокеанических и внутриконтинентальных фациях.

В 1974 г. на X Международном конгрессе почвоведов в Москве была представлена новая Почвенная карта мира под ред. В.А. Ковды, Е.В. Лобовой, Г.В. Добровольского и Б.Г. Розанова. Карта выполнена в масштабе 1:10 000 000 на основании обобщения новейших почвенно-картографических материалов. Легенда карты содержит 293 основных таксонов почв. Помимо зонально-фациальных закономерностей географии почв карта отражает также почвенно-геохимические и эволюционно-генетические закономерности строения ПП Земли. Наиболее крупные выделы на карте представлены 12 почвенно-геохимическими формациями.

Особое место среди мировых почвенных карт занимает Почвенная карта мира ФАО/ЮНЕСКО. Это первая в истории почвоведения мировая карта, разработанная на основе международного сотрудничества. Составление ее заняло 15 лет (1960-1975 гг.) Карта опубликована на 19 листах в масштабе 1: 5 000 000 с фундаментальными пояснительными текстами. В легенде карты выделено 26 групп типов почв и 133 типа или основных почвенных единиц. Достоинство карты - согласованная номенклатура и количественные диагностические критерии выделения типов почв, относительно крупный масштаб и насыщенность информацией картографических единиц: в каждом контуре наряду с преобладающими показаны подчиненные почвы, гранулометрический состав и рельеф. Карта ФАО/ЮНЕСКО - наиболее подробная современная Почвенная карта мира.

В 1982 г. была издана Почвенная карта мира масштаба 1: 15 000 000 для вузов, составленная М.А. Глазовской и В.М.Фридландом. Карта хорошо отражает закономерности генезиса и географии почвенного покрова мира. В легенде карты выделены 24 генетические группы почв, объединяющие 110 почвенных единиц (типов или подтипов). Легенда представляет собой матрицу, в которой все многообразие почв расположено в поле координат: по горизонтали указаны типы водного режима почв, а по вертикали - типы температурного режима почв. Карта дает хорошее представление о разнообразии почв мира, содержит обобщенную почвенно-геохимическую и гидротермическую характеристику выделенных группировок почв и отражает закономерности их распространения. На этой карте впервые в мировой картографии почв показаны основные структуры почвенного покрова, геометрические формы которых тесно связаны с рельефом, почвообразующими породами и геологической историей территории.

Впервые почвенный покров Земли был разделен на почвенно-климатические пояса и агропочвенные области с учетом особенностей почвенного покрова, вызванных различиями гидротермических условий, Н. Н. Розовым и В. М. Фридландом. В основу схемы почвенно-экологического районирования мира, разработанного Н.Н. Розовым и М.Н. Строгановой, положен биоклиматический принцип. Пояса понимаются как ареалы почвенно-агроэкологических классов, объединяющих почвы по сходству температурного режима. Области – ареалы почвенно-агроэкологических подклассов (почвы в пределах класса со сходным режимом атмосферного увлажнения: гумидные, семигумидные, семиаридные и др.).

↑ Почвенный покров полярного пояса

Циркумполярное положение арктической зоны определяет ее суровые климатические условия: короткое холодное лето, длительная суровая зима, наличие почти повсеместно вечной мерзлоты. Зона представлена на островах и крайнем побережье Азии и Северной Америки. Крайне важную роль в таких условиях играют течения и воздушные массы, приносящие тепло и влагу. От Берингова пролива на запад и на восток проходит холодное трансарктическое течение. Вдоль Исландии выходит на север теплое Северо-Атлантическое течение. В районе встречи двух этих мощных течений зарождаются циклоны, регулирующие климат Арктики. На Шпицбергене осадков выпадает до 400 мм в год, на Земле Франца-Иосифа – 200-300, Северной Земле – 100-200 мм, то есть на восток возрастает суровость климата. На юге Гренландии – до 1000 мм осадков, на севере – 25 мм.

На северо-востоке Канады и в Гренландии температура января достигает -40° С, на Шпицбергене – лишь -12° С. Движение тепла и воздушных масс отражается на характере растительности. Испаряемость в условиях арктического пояса составляет 100-200 мм, поэтому при 300-400 мм осадков может быть даже избыток влаги, при менее 100 мм – недостаток. Растительность тундр представлена преимущественно мхами и лишайниками, есть карликовая ива, камнеломки, кассиопея, дриады, отдельные злаки. В растительности полярных пустынь доминируют лишайники. Фитомасса тундр 3-7 т/га, арктических пустынь 0,1-0,2 т/га, годовая продукция – 1-1,5 т/га и 10-15 кг/га соответственно. Биомасса растительности в понижениях в несколько раз выше за счет дополнительного увлажнения.

Почвообразующие породы разнообразны: рыхлые ледниковые обломочные отложения, песчано-глинистые морских террас, грубообломочные продукты криогенного разрушения плотных пород, элювиально-делювиальные отложения на Канадском арктическом архипелаге.

Мощность почвенного профиля обусловлена глубиной оттаивания почвенно-грунтовой толщи, редко более 0,3 м. Дифференциация профиля – слабая из-за криогенных процессов. Хорошо выражен лишь растительно-торфянистый горизонт Ао и хуже – маломощный А1. В районах нормального и избыточного увлажнения формируются бурые аркто-тундровые почвы. Ао 0-3 см, маломощный А13-6 см, В/С 6-13 см, С – до 30-40 см, до вечной мерзлоты. В этих почвах всегда высокая влажность, 2,5-3,0 % гумуса умеренная кислотность – рН 5,5-6,6 (до 7 и выше на карбонатных породах). Усиление гумидности климата сопровождается увеличением фитомассы на плакорных местообитаниях, усиливает разложение органических остатков, поэтому рН падает до 5 и ниже.

При избыточном увлажнении формируются торфяно-мерзлотные почвы, приуроченные к понижениям. Летом это – болота с кочками, в середине которых находится ледяной шток. Ат (0-5 см) сменяется А2т (5-15 см) и ВС (до 40 см). Возможно ограниченное глееобразование. Торфяные горизонты в Арктике ограничены гидроморфными ландшафтами.

Почвы Арктики крайне восприимчивы к воздействиям на них, они слабо восстанавливаются, что является определенной экологической проблемой.

Тундровые почвы занимают широкую полосу на севере Евразии, обычно за Полярным кругом, но вдоль берега Берингова моря спускаются южнее, так как высокая влажность воздуха и низкие температуры препятствуют развитию здесь лесной растительности. Тундра занимает почти всю Аляску, север Канады, Исландию и т. д.

Тундровые ландшафты – сравнительно молодые, по геологическим данным 1,5 млн. лет назад за Полярным кругом был лес. Климат тундр характеризуется среднегодовой температурой от -2 до -12°С, июля – не выше 10, а января опускается до -30-40 °С. Безморозный период – лишь три месяца, осадков выпадает от 450 мм на Кольском полуострове до 150 мм на востоке азиатской части.

В составе растительности преобладают кустарники, кустарнички, травы, мхи, лишайники. Отсутствие древесной растительности объясняется переувлажнением почвы летом; сильными ветрами, иссушающими побеги молодых растений; низкой температурой. Бактерий в тундровой флоре значительно больше, чем в арктической – до 4 млн. на 1 г почвы, много анаэробных бактерий.

Почвообразующими  породами обычно являются разные типы ледниковых отложений, реже каменистые, морские и озерно-аллювиальные. На характер растительности и процессы почвообразования огромное влияние оказывает многолетняя мерзлота. Большинство исследователей считает ее древним явлением, сохранившимся с ледникового периода. Песчаные почвы оттаивают на 1,2-1,6 м, суглинистые – на 0,7-1,2 м, торфяные – лишь до 0,4 м. Это обуславливает сильное заболачивание, несмотря на малое количество осадков. В холодной почве медленно идут процессы почвообразования и все биогеохимические процессы.

Кислые бурые тундровые почвы формируются в условиях хорошего промывания профиля при достаточном количестве кислорода, то есть на повышенных элементах рельефа и приподнятых равнинах с рыхлыми отложениями. Характерно накопление слаборазложившихся растительных остатков и формирование торфянистого горизонта Ат. Под торфянистым находится маломощный, примерно 2 см, буро-коричневый гумусовый горизонт А1, переходящий в горизонт В, слабо отличающийся от почвообразующей породы. Фульватный характер гумуса определяет кислую (рН около 5) реакцию среды и малое количество оснований.

Тундрово-глеевые почвы, которые чаще всего считаются зональным типом почв тундр, формируются в условиях затрудненного дренажа и дефицита кислорода на плохо дренированных поверхностях, на фоне длительного застаивания вод. Для профиля этих почв характерно наличие глеевого горизонта. Благодаря присутствию закисного железа глеевый горизонт приобретает характерный сизый цвет. Этот горизонт залегает сразу под гумусовым и продолжается до многолетней мерзлоты. Содержание гумуса в А1 составляет 1-3% при реакции, близкой к нейтральной.

В южной подзоне при более мягких климатических условиях формируются торфяно-глеевые тундровые почвы, которые мощнее (глубже мерзлота), кислее, более выщелочены. В отрицательных элементах рельефа могут формироваться тундрово-болотные почвы, тундровые солончаки, полигональные торфяники (с мощностью торфа до 5 м) – реликтовые образования, а также дерновые кислые почвы под осоково-злаковой растительностью (слабокислые, гумусированные).

В ряде районов тундровой зоны выращивают картофель, капусту, лук, в теплицах – другие культуры. Крайне важным является применение удобрений, органических, минеральных и бактериальных. Особое значение имеет охрана тундровых почв, обладающих слабой буферностью, подверженных эрозии.