Читать бесплатно онлайн книгу География почв. Почвы России. Учебник
Информация о книге
УДК 551.5(07)
ББК 26.23
Н34
Рецензенты:
Таргульян В. О. – доктор географических наук, главный научный сотрудник Института географии РАН, профессор кафедры географии почв МГУ;
Булгаков Д. С. – доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник отдела агроэкологической оценки почв и проектирования агроландшафтов Почвенного института имени В. В. Докучаева;
Черников В. А. – доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева.
Автор:
Наумов В. Д. — доктор биологических наук, кандидат сельскохозяйственных наук, декан факультета почвоведения, агрохимии и экологии РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, профессор кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения. За большой личный вклад в деле подготовки специалистов для агропромышленного комплекса страны и активную научно-педагогическую деятельность в 2004 г. В. Д. Наумов был награжден Почетной грамотой Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, в 2011 г. ему присуждено почетное звание «Заслуженный работник высшей школы РФ», в 2012 г. награжден Благодарственным письмом Министерства сельского хозяйства РФ, в 2014 г. — Почетной грамотой Министерства образования и науки РФ.
Учебник «География почв. Почвы России» дает представление об основных типах почв и особенностях их географического расположения. Основой учебника является курс лекций «География почв», который читается автором в Тимирязевской академии более 25 лет. Материал излагается в соответствии со схемой почвенно-географического районирования РФ. Приводятся характеристика наиболее распространенных типов почв, условий почвообразования, их генетические, региональные особенности и возможности хозяйственного использования. В процессе изучения дисциплины студент получает знания о географическом распространении типов и подтипов почв, строении их почвенного профиля, представления о почвообразовательных процессах и особенностях их проявления в зависимости от факторов почвообразования, большое внимание уделяется морфологической и аналитической диагностике почв. Название почв приводятся на основе наиболее распространенных национальных классификационных построений («Классификация и диагностика почв СССР» (1977) и «Классификация и диагностика почв России» (2004)), а также Мировой коррелятивной базы почвенных ресурсов — WRB (World Reference Base for Soil Resources), которые широко используются в настоящее время.
Учебник предназначен для студентов, бакалавров, магистров, аспирантов, научных работников, специалистов-почвоведов.
УДК 551.5(07)
ББК 26.23
© Наумов В. Д., 2015
© ООО «Проспект», 2015
Введение
География почв — наука, изучающая закономерности формирования и распространения почв на Земле. Учебник «География почв. Почвы России» написан на основе курса лекций по дисциплине «География почв», который в течение многих лет читается автором в Тимирязевской академии. Без учета географического разнообразия невозможно правильное размещение и специализация сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства, связанных с использованием земельного фонда. Проблемы оптимального землепользования невозможно решать без знания законов возникновения, функционирования, эволюции, структурной организации и географии природных и антропогенных ландшафтов, сердцевину которых составляет почва. Для рационального использования и учета земельных ресурсов, разработки мероприятий по регулированию плодородия почв, мелиорации, их охране необходимы знания о зональных и региональных особенностях почв и почвенного покрова РФ. География почв, являясь одним из разделов фундаментальной науки почвоведение, естественным образом объединяет, синтезирует методологические основы всего комплекса наук о Земле и биосфере.
Теоретический фундамент географии почв составляет учение Докучаева о почве как продукте совокупной деятельности факторов почвообразования. Логическим следствием докучаевского учения о факторах почвообразования является сравнительно-географический метод изучения почв, который требует обязательного комплексного подхода к изучению почв. В этом его главная ценность и непреходящее научно-методологическое значение. Такое сложное природное образование, как почва, необходимо изучать не изолированно и не в статистике, но непременно в его развитии во времени и в многосторонних связях с окружающим миром. Ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью. Почвенный покров играет незаменимую экологическую роль в качестве важнейшего компонента всех наземных биогеоценозов (экосистем) и биосферы Земли в целом. Почва представляет собой тончайшую органоминеральную оболочку Земли, через которую проходят многообразные процессы обмена веществом и энергией между земной корой, атмосферой, гидросферой суши и всеми обитающими на земле организмами. Вот почему нарушение этих процессов на больших пространствах неминуемо грозит серьезными отрицательными последствиями: эрозией и загрязнением почв, дегумификацией и засолением почв, потерей почвами их плодородия, опустыниванием, загрязнением пресной воды и воздуха, ухудшением условий жизни людей. Изучение генезиса, строения, состава и свойств почв, оценка почвенного покрова неминуемо влечет за собой необходимость глубокого понимания почвы не только как природного тела, как результата взаимодействия факторов почвообразования, но и как непрерывно функционирующей природной системы, условия жизни которой определяются географической средой и хозяйственной деятельностью человека. Для принятия адекватных решений необходимо научиться понимать эту сложную многокомпонентную систему как единое целое. Природа в какой-то мере облегчила решение проблемы (хотя бы в первом приближении), она создала феномен, который оказался в фокусе природных и антропогенных взаимодействий. Этот феномен — почва. Особую роль почвы как зеркала ландшафта первый понял В. В. Докучаев. В природе все ее компоненты связаны между собой прямыми и обратными связями. Эта взаимообусловленность присуща не только «дикой» (естественной) природе — живой и неживой, но и человеку, цивилизации, которые вписаны в природу, составляют с ней неразрывное единство и должны находиться с ней в гармонии. При этом все явления и компоненты взаимообусловлены не только на Земле, но и связаны с космическим влиянием. Поэтому наши представления о почве должны базироваться:
— как о самостоятельном естественно-историческом теле, изучение которого должно проводиться по собственной методологии;
— как о биокосном природном теле, продукте взаимодействия живой и неживой (косной) природы;
— как о функции факторов почвообразования (породы, биоты, климата, рельефа и времени, человека);
— как об особом природном образовании, выполняющем экологические функции, обеспечивающие жизнь на Земле.
В изложении материала учебника «География почв. Почвы РФ» акцент сделан на генетико-географических аспектах почвообразования, на особенностях проявления почвенных процессов, на роли факторов почвообразования, на взаимосвязи между факторами формирования почв и их пространственным разнообразием. В соответствии с учением В. В. Докучаева о природных зонах главные закономерности географического распространения почв в учебнике изложены на основе схемы почвенно-географического районирования РФ. Из пяти почвенно-биоклиматических поясов, выделенных сегодня на земном шаре, рассматриваются три, которые имеют распространение на территории нашего государства, т. е. речь идет о географии почв России. В дисциплине «География почв» большое значение имеют морфологические признаки, по которым почвы различают в природе или используют при изучении почвенных монолитов. Поэтому в учебнике значительное внимание уделено не только генезису, процессам почвообразования, классификации, составу и свойствам почв, особенностям почвенного покрова зон, фаций, провинций, но и строению почвенного профиля, характеристике типовых морфологических признаков. Большая часть материала о почвах представлена в виде цветных рисунков. Таксономические выделы приведены с использованием «Классификации и диагностики почв СССР» (1977) и «Классификации и диагностики почв России» (2004). Учитывая различные классификационные школы, дается корреляция названий почв на основе национальной классификации, используемой в России и WRB (World Reference Base for Soil Resources).
Раздел 1. Полярный почвенно-биоклиматический пояс
Рис. 1. Полярный почвенно-биоклиматический пояс (Строганова, 2010)
Глава 1. География полярного пояса. Особенности почвообразования
1.1. География пояса
Общая площадь полярного пояса без материковых льдов составляет приблизительно 570 млн. га (рис. 1).
В Северном полушарии выделяются две полярные области Евроазиатская и Северо-Американская. Полярные и субполярные области охватывают близкие к полюсу полярные пустыни, а также примыкающую к ним в направлении к экватору безлесную тундру. К северу происходит смена континентальной суши на горную островную, меняются не только биоклиматические условия почвообразования, но и литогенные условия.
В России полярный пояс представлен Евроазиатской полярной почвенно-биоклиматической областью.
Глава 2. Евроазиатская полярная почвенно-биоклиматическая область
Рис. 2. Евроазиатская полярная почвенно-биоклиматическая область
2.1. География области и особенности почвообразования
Область занимает северную часть территории Российской Федерации и имеет значительную протяженность с севера на юг и с запада на восток (рис. 2). Она представлена континентальной территорией и прилегающими к ней островами. С севера на юг в области выделяют две почвенно-биоклиматические зоны: арктическую (полярные пустыни и полупустыни) и субарктическую (тундровую).
Климат. Область характеризуется суровыми климатическими усло-виями, преобладанием арктического воздуха, обыденностью видового состава растений, широким проявлением многолетней мерзлоты и разнообразными криогенными явлениями (табл. 1). Сумма активных температур не превышает 400–6000°С в южной части. В самый теплый месяц температура достигает значений от +6 до +10°С, средняя годовая температура — <0°С. Снежный покров может сохраняться до 300 дней в году.
Таблица 1
Характеристика климата арктической и тундровой зон Европейской РФ (по климатическому атласу СССР, 1960)
| Показатель | Арктическая зона |
Подзоны тундровой зоны | ||
| Арктическая | Типичная | Южная | ||
| Средняя продолжительность безморозного периода, дни | 12–14 | 20–40 | 45–70 | 80–100 |
| Средняя июльская температура воздуха,°С | 1–2 | 3–4 | 6–8 | 9–10 |
| Число дней с температурой воздуха выше 5°С | 10 | 10–40 | 50–90 | 90–110 |
| Сумма температур воздуха выше 10°С | нет | нет | 400 | 400–600 |
| Осадки, мм в год | 100–300 | 200–300 | 300–400 | 400–600 |
| Мощность деятельного слоя, см | ||||
| пески | 10–20 | 100 | 100–120 | 150–200 |
| суглинки | <10 | 25–40 | 60–80 | 90–120 |
| торф | нет | 30 | 30–40 | 70–80 |
В субарктической зоне в Восточной Фенноскандии среднегодовые температуры в зонах тундры и лесотундры составляют — 0,8–1,5°С. В направление в глубь материка уменьшается среднегодовое количество осадков от 450 до 325 мм. Климат севера Русской равнины определяется арктическими и атлантическими воздушными массами. Среднегодовые температуры колеблются от –1,8 до-7,6°С. В направлении с запада на восток и с юга на север среднегодовое количество осадков уменьшается от 450 до 273 мм. В Предуралье количество осадков увеличивается до 540 мм в лесотундре. Значительная доля осадков выпадает в виде снега, который из-за сильных ветров перераспределяется по рельефу, сдаваясь с повышений и накапливаясь в понижениях. Повсеместно распространена многолетняя мерзлота.
Рельеф. Арктическая зона характеризуется преобладанием ледников и выходов каменистых россыпей. Почвы формируются только в зонах накопления мелкозема: на морских террасах и равнинах, а также на выположенных формах горных участков.
В субарктической зоне в Восточной Фенноскандии рельеф представлен цокольно-денудационными и пластово-денудационными равнинами, для которых характерны крупнохолмистые формы, с сильно расчлененной эрозионной сетью.
На Русской равнине рельеф представлен волнистыми равнинами и плоскими понижениями, чередующимися в пространстве. Ледниковые гряды — мусори, имеющие абсолютные высоты более 200 м, соседствуют с сильно заболоченными и заозерными низменными территориями
Почвообразующие породы. Материнские породы — морские и ледниковые глины и суглинки, аллювиально-озерные супеси и суглинки, щебнистые элювиально-солифлюкционные отложения — вносят свой вклад в разнообразие почв и строение почвенного покрова. Узкие полосы приморских равнин нередко содержат легкорастворимые соли, принесенные нагонными ветрами. Плотные породы сравнительно редко являются почвообразующими в равнинных европейских тундрах, за исключением Кольского побережья и полуострова Канин; в сибирских равнинных тундрах они отсутствуют, хотя на Таймыре почвообразующие породы местами содержат обломочный материал.
В арктической зоне на равнинах и в горах преобладают сильнощебнистые отложения, которые в большинстве своем отличаются грязно-серо-бурой окраской, унаследованной от сланцев. В субарктической зоне в Фенноскандии почвообразующие породы — преимущественно грубые морены легкого состава.
На Русской равнине — морены, чаще суглинистого состава, с различным содержанием валунов и глыб. На морских террасах распространены морские отложения песчаного и суглинисто-глинистого состава. Водно-ледниковые отложения имеют, как правило, песчаный состав, а озерно-ледниковые супесчано-песчаный, суглинистый и даже глинистый составы. Элювиально-делювиальные отложения Урала, Тиммана, как правило, сильно щебнисты и являют собой дериваты сланцев, песчаников и темноцветных известняков.
В Западной Сибири среди рыхлых пород преобладают пески и супеси. Рыхлые карбонатные породы встречаются редко.
Растительность. Растительность зоны ограничивается растениями, характерными для тундры. Растения с низким оптимумом фотосинтеза, прежде всего хамефиты (вечнозеленые кустарнички) и гемикриптофиты (травы с почками возобновления на поверхности почвы). В Северном полушарии с севера на юг различают:
северную (арктическую) тундру: распространены голые почвы, едва покрытые растительностью или обломочным материалом;
среднюю (типичную) тундру: участки, лишенные растительного покрова, чередуются с островками, покрытыми ивами, осокой, мхом и лишайниками («пятнистая тундра»);
южную (кустарниковую) тундру: сплошной растительный покров из бедной видами кустарниковой растительности (карликовая древесная растительность, напр., ива, береза) и осоково-моховые сообщества;
лесотундру: переходная зона (зона-экотон) между южной тундрой и бореальным хвойным лесом (тайга). Растительный покров здесь более или менее сплошной и состоит из редкого леса с сосной, карликовыми кустарниками и березой; последняя образует отчасти чистые насаждения, прежде всего в Скандинавии и на Камчатке.
Вегетационный период очень короткий и составляет 3–4 месяца (июнь — сентябрь).
Поступление органического вещества в почву невелико (табл. 2), а его дальнейшая трансформация тормозится не только непосредственно климатом и мерзлотой, но и малой заселенностью почв микроорганизмами и мезофауной.
Таблица 2
Характеристики биологической продуктивности сообществ арктической и тундровой зон (по Базилевич и др., 1986)
| Зоны (подзоны) и сообщества | Местонахождение пробной площади | Параметры биологической продуктивности | ||||
| Продукция, т/га в год | Фитомасса, т/га | Морт-масса, т/га в год | ||||
| Общий запас | Надземные органы | Корни | ||||
| Арктические пустыни мохово-лишайниковые с травами | Земля Франца-Иосифа |
0,24 | 1,58 | 1,29 | 0,29 | 1,64 |
| Арктические тундры травяно-кустарничково-моховые | Новосибирские о-ва |
1,39 | 5,38 | 1,52 | 3,86 | 2,66 |
| Типичные тундры дриадово-моховые | Байдарацкая губа | 1,19 | 12,96 | 4,13 | 8,83 | 18,46 |
| Южные тундры кустарничково-мохово-лишайниковые ерники | Большеземельская тундра |
3,04 | 23,46 | 9,46 | 14,0 | 61,64 |
С запада на восток можно проследить следующие изменения тундровой растительности. В Восточной Фенноскандии — это кустарничковые, ерниковые и лишайниковые разновидности. Лесотундры Кольского полуострова — это лишайниковые и зеленомошные с дереном шведским березовые криволесья с редким участием сосны и ели с кустарником можжевельника, которые на вершинах сопок сменяются тундровыми ассоциациями.
Растительность тундр Русской равнины представлена в северной части ивково-моховыми тундрами и осоко-гипновыми болотами. Доля кустарничков и карликовой березы невелика. В южных тундрах преобладают кустарничковые, ерниковые и лишайниковые разновидности с осоково-сфагновыми, часто бугристыми болотами. По ложбинам стока характерно развитие ивняка, а по долинам рек — хвойно-березовых лесных сообществ. Лесотундра Русской равнины состоит из двух полос (подзон): крупноерниковые тундры с островками редколесий и еловые и березовые редколесья.
Особенности почвообразования
Суровые климатические условия высоких широт, вечная мерзлота и разнообразные мерзлотные явления, молодость ландшафтов, недавно освободившихся от ледника или моря, слабое функционирование биоты определяют главные особенности выветривания и почвообразования.
Закономерности почвенного покрова связаны как с биоклиматическими, так и с геогенными факторами и наличием криотурбированных немерзлотных, а также текстурно-дифференцированных почв в тундре.
Горячкин (2010) отмечает следующие факторно-процессно-экологические изменения в почвенном покрове, связанные с биоклиматиче-ским пространственным трендом с юга на север: 1) ослабление к северу нивелирующей роли растительности, особенно при переходе от тайги к тундре; 2) появление криогенной комплексности и/или признаков криотурбаций при переходе от зоны тайги к тундре как в случае наличия многолетней мерзлоты, так и без нее; 3) сохранение качественного набора, но уменьшения количественного проявления большинства элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП) к северу вплоть до преобладания в почвенном покрове высокоширотных областей, классифицируемых как слаборазвитые; 4) исчезновение признаков текстурной дифференциации к северу, начиная с подзоны среднеарктической (типичной) тундры, что связано не только с литогенными причинами, но и с биоклиматогенной лимитированостью процессов лессиважа и оподзоливания; 5) усиление выраженности признаков накопления грубого (модер) и мягкого (муль) гумуса при переходе от тайги к тундре; 6) увеличение выраженности процессов накопления органического вещества (грубый гумус, гумус перегной, сухой торф) в связи с влиянием микроклимата моря и морских птиц; появление перегнойных почв в мезоморфных условиях; 7) возрастание содержания потечного (бесцветного) гумуса к северу и по-явление феномена его надмерзлотного накопления; 8) снижение скорости обновления почвенного углерода в верхних горизонтах от 6–16 в северотаежной подзоне до 2–4 г/кг С в год в тундрах.
Локальные проявления «аридных черт» (засоление, окарбоначивание) в почвенном покрове связаны с геогенными причинами, усиливающими разнообразие микроклимата.
Почвенный покров области отличается фрагментарностью: маломощные почвы чередуются с полупочвами — голыми пятнами, обрамленными каменными кольцами или бордюрами из мхов с полукустарничками, а также непочвенными образованиями, скалами, солифлюкционными полосами, «каменными морями». Отмеченные особенности определяют и специфику почвообразования: формирование маломощных почв с недифференцированным профилем; цикличность развития почв и их постоянная «молодость», возникающие в результате мерзлотного перемешивания; слабый педоморфизм минеральной массы, что выражается в сохранности минералогического состава первичных минералов и элементов строения глинистого материала материнской породы; замедленное преобразование органического вещества и формирование сухоторфянистого, слаборазвитого гумусово-аккумулятивного или грубогумусового горизонта в автономных почвах и перегнойного или торфянистого в почвах с дополнительным увлажнением; ограниченный вынос продуктов почвообразования из профиля и даже их накопление в виде карбонатных образований или потечного гумуса.
Близко расположенная к поверхности многолетняя мерзлота на территории области определяет направление и скорость многих физико-химических реакций в почвах, приповерхностную локализацию биохимических и биологических процессов, плохой дренаж, ограниченный вынос продуктов почвообразования, многочисленные и разнообразные криотурбации.
Закономерности почвенного покрова связаны как с биоклиматическими, так и с геогенными факторами и наличием криотурбированных немерзлотных, а также текстурно-дифференцированных почв в тундре.
Рис.3. Пятнистый комплекс, состоящий из почвы голого пятна и арктотундровой почвы по трещинам (Строганова, 2010)
Особенностью почвенного покрова Евроазиатской области является комплексность, которая ясно проявляется в пятнистом характере расположения растительности. Комплексы, как правило, 2–3-член-ные. Наиболее распространенные по форме комплексы представлены следующими вариантами: трещинонанополигональные, спорадически-трещинно-пятнистые, каменно-многоугольниковые, пучинно-бугорковатые, солифлюкционно-линейные, полигонально-валиковые и др. (рис. 3).
С севера на юг возрастает интенсивность почвообразования и, следовательно, мощность почвенных профилей, доля зрелых почв в составе почвенного покрова. Эти изменения, как и смена преобладающих растительных сообществ, носят зональный характер.
Арктическая зона (по Ливеровскому) представлена полярной пустынью и полупустынью. Зональными являются дерново-арктические полигональные почвы трещин. Встречаются также примитивные почвы полигонов, полярные пустынные солончаковатые, на щебнисто-мелкоземистых отложениях — криогенные структурные почвы.
В тундровую (субарктическая) зону входят подзоны: арктотундра, типичная и южная тундра. Зональными почвами арктотундры являются арктотундровые бурые неоподзоленные, формирующихся на легких почвообразующих породах и тундровые глеевые на суглинистых почвообразующих породах. В типичной и южной тундре зональными почвами на суглинистых почвообразующих породах являются тундровые глеевые и тундровые дифференцированные. На песчаных и супесчаных породах формируются тундровые дерновые и подзолистые иллювиально-гумусовые почвы.
Позднее в систему автономных тундровых почв были введены почвы, формирующиеся на легких почвообразующих породах (подбуры, подзолы иллювиально-гумусовые), которые выделяются обычно в таежной зоне. При классификационном выделении принимаются во внимание провинциальные черты почвообразования, а также эволюционные стадии почв и место их в почвенном комплексе (табл. 3).
Таблица 3
Типы автономных почв Крайнего Севера (по Ливеровскому, 1983)
| Зоны (подзоны) | Механический состав почвообразующих пород | |||
| Суглинки тяжелые и средние | Суглинки средние и легкие | Пески и супеси | Щебнисто-мелкоземистые отложения | |
| Полярные пустыни и полупустыни |
Дерново-арктические полигональные почвы трещин, примитивные почвы полигонов Полярные пустынные солончаковатые |
Криогенные структурные | ||
| Арктотундра | Тундровые глеевые | Арктотундровые бурые неоподзоленные | ||
| Типичная и южная тундра | Тундровые глеевые, тундровые нивально-глеевые, тундровые глеевые пучинные (бугорков) тундровые глеевые трещины | Тундровые дифференцированные поверхностно-глеевые, почвы пятен | Тундровые дерновые, подзолистые иллювиально-гумусовые | |
Примечание. Курсивом выделены зональные почвы
В современной литературе все чаще используется терминология в соответствии с классификацией и диагностикой почв РФ (2004), а также с Мировой коррелятивной базой почвенных ресурсов (WRB)
Горячкин приводит следующие зональные выделы почв в соответствии с классификацией 2004 г. (табл. 4).
В табл. 5 приведена приблизительная корреляция номенклатуры почв по классификации 2004 г. и WRB.
Основными типами почв по классификации 2004 г. являются криоземы, глееземы (тундровые глеевые почвы) и подбуры тундровые.
В формировании почв области большую роль играют криогенные процессы и криопедотурбации.
Криогенные процессы — совокупность физических и физико-химических процессов, возникающих в почве в результате охлаждения их до отрицательных температур, замерзания и оттаивания.
Таблица 4
Зональное разделение почвенного покрова Арктики (Горячкин, 2010)
| Низкоарктическая тундра | Среднеарктическая тундра | Высокоарктическая тундропустошь | ||||||
| Основные почвы | Торфяно-глееземы, глееземы криометаморфические, органо- и дерново-криометаморфические, текстурно-криометаморфические, подзолистые, подзолы, подбуры, преимущественно оподзоленные, палево-метаморфические, криоземы, торфяные | Криометаморфические, торфяно-глееземы, криоземы, подбуры, в том числе оподзоленные, торфяные, дерновые грубогумусированные, перегнойно-темногумусовые остаточно-карбонатные, почвы пятен | Почвопленки, петроземы, пелоземы, местами засоленные, псаммоземы, дерновые грубогумусированные, в том числе глееватые, торфяно-литоземы, перегнойно-темногумусовые остаточно-карбонатные, сухоторфяные | |||||
| Особенности | Преимущественно сплошной ПП, моховые подстилки, широкое распространение торфяников и мерзлотных бугров | Преимущественно разорванный ПП, мулль-модеровый горизонт, подстилка маломощная и развита неповсеместно | Контрастный ПП пятнами — засоленные почвы в соседстве с торфяно-литоземами, сильное развитие процессов привноса-уноса вещества | |||||
| Почвенные выделы [Tedrow, 1977] | Не анализировалось | Тундра (tundra) | Субполярная пустыня (subpolar desert) | Полярная пустыня (polar desert) | ||||
| Разделение, принятое в СССР [Атлас Арктики, 1985] | Лесотундра | Южная тундра | Типичная тундра | Арктическая тундра | Арктическая (полярная) пустыня | |||
Таблица 5
Приблизительная корреляция классификаций (по С. В. Горячкину, 2010)
| Россия | WRB |
| 1. Тундровая щебнистая | Regosols Gelic, Regosols Rudi-Gelic |
| 2. Аркто-тундровая | Leptosols Gelic, Leptosols Lithi — Gelic, Rendzic Leptosol |
| 3. Тундровый подбур | Cambisols Gelic |
| 4. Тундровая глеевая | Gleysols Gelic, Stagny Gleysols Gelic |
| 5. Тундровая торфянисто-глеевая | Umbric Gleysols Gelic |
| 6. Тундровый торфяник | Histosols Gelic |
К криогенным процессам относятся растрескивание почвы, миграция в почве влаги и перемещение почвенных масс при промерзании; выталкивание щебня или галечника из почвенной массы на поверхность почвы и перераспределение их по поверхности, сопровождаемое формированием структурно-полигональных образований — каменных многоугольников, котлов, сеток и др.; морозно-мерзлотное пучение и др. (Толковый словарь по географии почв, 2014).
Солифлюкция — оползание по мерзлому грунту оттаивающего слоя почвы или грунта, перенасыщенного водой, обычно суглинистого механического состава. Солифлюкция происходит главным образом в полярных и высокогорных районах, в областях развития длительно-сезонной или многолетней мерзлоты. Причиной солифлюкции является увеличение объема мелкоземистой массы вследствие перенасыщения ее влагой, обусловленного подтягиванием последней в промерзающий слой. (Толковый словарь по географии почв, 2014.)
В арктической зоне (Высокая Арктика), где велика доля почв пятен в почвенном покрове, процессы латерального переноса мелкозема играют большую роль. В условиях плоского рельефа, создавая возможность развитию гумусированных почв в притрещинных зонах криогенного микрорельефа, происходит латеральная вещественно-энергетическая компенсация экстремальных условий почвообразования.
В тундровой зоне субарктики латеральные перемещения материала связаны с криотурбациями и солифлюкцией, а латеральные миграции растворенных веществ — с ролью мерзлоты как геохимического барьера и «геохимического стартера».
Криогенные почвы имеют вечную мерзлоту в нижней части профиля, их генезис и свойства являются результатом криогенных процессов, таких как:
• Циклы промерзания-оттаивания
• Криотурбация (или мерзлотное перемешивание)
• Мерзлотное пучение
• Термическое трещинообразование и термокарст
• Образование скоплений льда в почве
• Нанорельеф, включающий бугорки, каменные кольца, сетки и полигоны.
Вечная мерзлота, подходящая близко к поверхности, и явления криотурбации и солифлюкции оказывают не только огромное влияние на формирование почв, на структуру почвенного покрова, на возможности сельскохозяйственного использования территории, но и чрезвычайно затрудняют строительство и прокладку коммуникаций.
Рис 4. Формирование термокарстового рельефа (Строганова, 2010)
Особенностью ландшафтов области является наличие термокарста (рис. 4). Термокарст-образование просадочных, провальных форм рельефа в результате вытаивания подземного льда или оттаивания мерзлого грунта, или почв. Типичный рельеф: озерные котловины, аласы, западины, блюдца, ямы и др. Термокарстовые явления формируют пятнистые, западинные и бугорковатые комплексы почв.
Основные почвообразовательные процессы включают: оглеение, торфонакопление, гумусообразование по типу муль-модер, карбонатизацию, субаэральное соленакопление, образование «почв-пленок» в субстрате пятен (рис. 5).
Рис. 5. Проявление некоторых процессов в почвах полярных широт Северного полушария (Горячкин, 2010)
2.2. Арктическая зона
В классификации и диагностике почв СССР (1977) выделение почв полярного почвенно-биоклиматического пояса не предусмотрено. Ливеровский в зоне полярной пустыни и полупустыни среди примитивных почв полигонов выделяет зональные дерново-арктические полигональные почвы трещин, полярные полупустынные солончаковатые, а на щебнисто-мелкоземистых отложениях — криогенные структурные. В национальном атласе почв РФ выделяют арктические почвы.
По классификации и диагностике почв России (2004) (КиДПР) в арктической зоне выделяют петроземы, литоземы перегнойные, криоземы, криоземы грубогумусные.
По Мировой базе данных (WRB) выделяют Leptic CRYOSOLS, LEP-TOSOLS.
2.2.1. География зоны
Расположена севернее 75 с. ш., включает острова Северного Ледовитого океана (Земля Франца-Иосифа, Северная Земля, Новосибирские острова и др.), а также северную оконечность полуострова Таймыр. Характерная особенность почвенного покрова этой зоны — ее прерывистый, фрагментарный характер (рис. 6).
2.2.2. Условия почвообразования
Климат арктической зоны очень суровый, холодный и сухой. Сумма активных температур менее 400–600°С. Среднегодовая температура воздуха –7,5°С, средняя температура января –16,0°С, июля +5,4°С. Количество осадков колеблется от 150 до 300 мм.
Рис. 6. Зона арктических почв Арктики (Строганова, 2010)
Климатические условия могут варьировать даже в пределах одного архипелага. Так, по данным Горячкина (2010), климат Новой Земли характеризуется как арктический холодный с влажным летом и не очень морозной для Арктики зимой. Для южной части Новой Земли средние температуры января составляют –5, —10°С на западе, где отепляющее действие оказывает Баренцевое море, и –10, —25°С в восточной части, на побережье ледовитого Карского моря. Июльские средние температуры достигают +5 +10°С (понижаясь с юго-запада на северо-восток). Годовое количество осадков 200–300 мм с максимумом в теплый период. Коэффициент увлажнения всегда выше 1.
Снеговой покров маломощен и на положительных элементах рельефа почти нацело сдувается ветрами. Повсеместно распространена многолетняя мерзлота.
Рельеф. Преобладают ледниковые и абразионные формы. Почвообразование обычно развивается в узких перигляциальных зонах между краями ледника и береговой линией на низменных, нагорных и морских террасах.
Почвообразующие породы представлены разнообразными коренными, чаще всего осадочными породами палеозойского и мезозойского возраста. Коренные породы перекрыты рыхлыми четвертичными отложениями преимущественно морского и водно-ледникового генезиса, которые представлены морскими и ледниковыми глинами и суглинками, маломощными покровными суглинками, аллювиально-озерными супесями и суглинками, щебнисто-солифлюкционными отложениями. Широко распространены карбонаты, которые часто встречаются в нижней части неглубоких почвенных профилей. В горных районах основными коренными породами являются разнообразные сланцы, известняки, в меньшей степени песчаники. Рыхлые породы представлены дериватами морского и ледникового генезиса, различного состава, от суглинков и глин с включением щебня до щебнисто-дресвянистых субстратов с небольшим содержанием мелкозема.
Растительность арктической зоны — это пятнистые тундры: моховые, мохово-лишайниковые, лишайниковые и кустарничковые. Сомкнутость растительного покрова сильно зависит от субстратов — ледниково-морские суглинистые равнины отличаются от щебнистых цокольных аналогов более сомкнутым покровом. Степень проективного покрытия не превышает 25%. Растительность располагается отдельными куртинами. Общие запасы воздушно-сухой фитомассы колеблются от 5 до 12 ц/га, при приросте от 2,7 до 7,0 ц/га. Подземная масса значительно преобладает над надземной.
Наличие островной многолетней мерзлоты, сильное промерзание почв зимой, избыточное увлажнение и слабая аэрация летом, краткость теплого периода, определяют особенности состава населения беспозвоночных и его ярусного распределения в тундровом ландшафте. Животные заселяют лишь верхний почвенный горизонт мощностью 5–7 см.
В полярной пустыне основу почвенного сапроблока составляют микробофаги и незначительную часть — потребители органического детрита, в котором они усваивают преимущественно микробную массу и клетки почвенных водорослей.
Почвенный покров арктической зоны
В арктической зоне преобладают территории непочв, а почвенный покров в большинстве своем представлен почвами-пленками и различными примитивными слаборазвитыми скелетными неглеевыми почвами. Почвенный покров характеризуется комплексностью, что связано с мерзлотными процессами, снежной и ветровой коррозией, нивальными воздействиями и т. д. В северной части зоны распространены трещиновато-нанополигональные почвенные комплексы, состоящие из арктических, болотно-арктических, карбонатных и засоленных почв. Значительная часть суши занята озерами и выходами горных пород, которые практически лишены растительности и почв.
Богатырев (2010) в Национальном атласе почв РФ дает следующую характеристику трещинно-полигональным комплексам почв пятен и трещин, арктотундровых почв. Их формирование приурочено к самым северным пространствам трещинно-нанополигональных тундр, в пределах которых обнаженные минеральные пятна занимают до 70% площади. Пятна могут быть окружены незначительно приподнятыми бордюрами. Узкие пространства между пятнами заняты трещинами. Обычно эти комплексы встречаются на водораздельных пространствах, для которых характерны самые суровые климатические условия (рис. 7, 8).
Рис. 7. Трещинно-полигональный комплекс почв пятен и трещин, арктотундровых почв (Национальный атлас почв РФ, 2011)
Рис. 8. Трещинно-полигональный комплекс почв пятен и трещин, арктотундровых почв (Национальный атлас почв РФ, 2011)
Комплексы арктотундровых почв, почв пятен и трещин с преобладанием по площади арктотундровых почв развиваются в менее жестких климатических условиях — на островах и побережье Северного Ледовитого океана и в типичных тундрах Таймыра.
В арктической зоне распространены криоземы, формирование которых происходит при активном влиянии мерзлотных процессов. Они не имеют глеевого горизонта, несмотря на постоянное переувлажнение профиля и наличия мерзлотного водоупора, что связано с преобладанием окислительных условий при низких температурах. В «Классификации и диагностике почв СССР» выделение арктических почв и криоземов не предусмотрено.
Значительная территория в арктической зоне занята арктическими пустынными и арктическими типичными почвами, которым соответствуют по КиДПР (2004) петроземам, пелоземам и дерново-грубогумусированным почвам.
Встречаются гидроморфные и маршевые солончаковые почвы. Гидроморфные почвы представлены типом болотных арктических почв.
2.2.3. Арктические почвы
По КиДПР — петроземы. Литоземы перегнойные. Криоземы. Криоземы грубогумусовые.
По WRB — Leptic CRYOSOLS, LEPTOSOLS.
Арктические почвы распространены в арктической зоне на островах Северного Ледовитого океана, расположенных севернее 77о с. ш. (Земля Франца-Иосифа, Новая Земля, Северная Земля, северная часть Новосибирских островов), а также на северной оконечности полуострова Таймыр. Они развиваются отдельными пятнами под разобщенными куртинами травяно-лишайниково-моховой растительности. Почвообразующие породы представлены щебнистыми элювиально-солифлюкционными, морскими и ледниковыми отложениями преимущественно глинистого и суглинистого гранулометрического состава.
Основные почвообразовательные процессы
Подстилкообразование слабое
Гумусово-аккумулятивный процесс
Криогенное оструктуривание
Растрескивание
Морфологическое строение профиля
По КиДП СССР (1977) арктические почвы не выделялись. Профиль почв имеет строение:
А — АС — См,
где: А — грубогумусовый горизонт; АС — переходный горизонт; См — почвообразующая порода с мерзлотой.
По КиДПР (2004) профиль имеет строение:
А — С — ┴С(са),
где: А — гумусовый горизонт; С — недифференцированная, неоглеенная почвообразующая порода; ┴С(са) — почвообразующая порода с наличием льдистой мерзлоты (рис. 9).
|
где: А — маломощный (от 1–2–5 см) гумусовый горизонт, коричневато-бурой окраски с непрочной комковатой структурой; С — недифференцированная, неоглеенная почвообразующая порода; ┴С(са) — почвообразующая порода с наличием льдистой мерзлоты в период максимального протаивания (июль — август). |
| Рис. 9. Арктическая почва. Мерзлота с 75 см. |
Оттаивающий слой почв разбит вертикальными трещинами. Отсутствие оглеения обусловлено господством окислительной обстановки вследствие небольшого количества осадков и дренированности почв благодаря щебнистости пород и обилию морозобойных трещин.
Классификация почв
В типе арктических почв выделяют подтипы: арктические пустынные почвы, арктические типичные тундровые.
Арктические пустынные почвы расположены в северной части арктической зоны (рис. 10). Формируются они на выровненных участках островов, сложенных мелкоземистыми или щебнисто-мелкоземистыми отложениями, с очень разреженной растительностью. Криогенное подтягивание железа «ожелезнение» в почвах арктических пустынь выражено лучше, чем в других мерзлотных почвах. Это наиболее слаборазвитые, примитивные почвы, которые имеют недифференцированный, неоглеенный, обычно карбонатный профиль без гумусового горизонта — С(Ср) — ↓Сса, но с типичным для данных почв «пустынным загаром» и корочкой из водорослей. Обычно они содержат менее 1% легкорастворимых солей. Локально при содержании солей в мелкоземе более 1% развиваются почвы, аналогичные солончакам.
Рис. 10. Пятнистая трещинно-нанополигональная тундра с арктическими почвами между пятнами (Национальный атлас РФ, 2011)
Арктические типичные тундровые почвы. Подтип арктические типичные тундровые почвы распространен в южной части арктической зоны. Формируются под менее разреженной мохово-разнотравно-злаковой растительностью, которая в основном приурочена к морозобойным трещинам. Почвы имеют небольшие запасы гумуса, характеризуются слабокислой или нейтральной реакцией среды.
Арктические типичные тундровые почвы — это хорошо дренированные почвы, формирующиеся в условиях полярного холодного сухого климата. Для них характерна слабая дифференциация профиля, как по морфологии, так и по вещественному составу. Тип арктических почв распространен на свободных ото льда участках. Бурый цвет почвы является следствием процесса «ожелезнения», когда в условиях хорошей аэрации происходит быстрое осаждение железа, перешедшее в подвижное состояние за короткий период оттаивания.
Свойства
Профиль недифференцирован по гранулометрическому составу, отсутствует глеевый горизонт.
Рис. 11. Состав и свойства арктической почвы
Содержание гумуса в верхних горизонтах может достигать 12%, но чаще 2–3% (рис. 11). Состав гумуса гуматно-фульватный. Почвы имеют слабокислую или нейтральную реакцию среды (рН 6,4–6,8), которая книзу подщелачивается. Почвы, как правило, почти насыщены основаниями (96–99%). Емкость поглощения невелика — 12–15 мг-экв/100 г. Валовое содержание химических элементов показывает слабую дифференциацию их по профилю и отсутствие процессов выщелачивания. При формировании почв на щебнисто-мелкоземистом элюводелювии карбонатных пород карбонаты присутствуют с поверхности, реакция щелочная по всему профилю.
2.2.4. Болотные арктические почвы
По КиДП СССР болотные арктические почвы имеют следующее строение профиля:
Ао-Т-G — См или,
где: Ао — очес; Т — торфяной горизонт; G — глеевый горизонт; См — почвообразующая порода с льдистой мерзлотой;
По КиДПР строение профиля:
Т-G-CG,
где: Т — торфяной горизонт; G — глеевый горизонт; CG — минеральная оглеенная почвообразующая порода с присутствием льдистой мерзлоты.
Формирование профиля происходит при периодическом насыщении почвы водой. Верхняя граница многолетней льдистой мерзлоты находится в пределах почвенного профиля и может служить водоупором.
Основные почвообразовательные процессы:
Гумусово- или органоаккумулятивный (торфяный, грубогумусный или сухоторфяниcтый горизонты).
Оглеение (поверхностное оглеение и надмерзлотное оглеение).
Криогенные процессы могут вызывать явление криопедотурбации, тиксотропности, массо- и влагообмена в минеральной глеевой толщи.
Морфологический профиль арктической болотной почвы характеризуется следующими особенностями (рис. 12):
|
Ао (Ад) — дернина мхов и злаков мощностью 1–2 см, темно-бурая; Т — торфянистый горизонт, бурый, торфянистый, перемешан с мелкоземом, пронизан корнями; G — глеевый горизонт, сизовато-серый с ржавыми примазками и пятнами; См — материнская порода, слабоогленная в верхней части, мерзлая, с линзами и кристаллами льда. |
| Рис. 12. Арктотундровая глеевая торфянистая мерзлотная суглинистая (Арктическая болотная почва) |
В типе арктических болотных почв выделяют два подтипа: болотные арктические неглеевые почвы и арктические болотные глеевые.
Арктические болотные неглеевые почвы имеют плохо выраженные генетические горизонты. В их формировании большую роль играют мелкозем и щебень, принесенный талой водой. Почвы покрыты мохово-злаковой растительностью. Из-за большой насыщенности талых вод кислородом оглеение генетических горизонтов не наблюдается.
Арктические болотные глеевые почвы располагаются по пониженным выровненным участкам приморских и притеррасных равнин, в долинах рек, где вода застаивается в течение длительного времени.
Оглеение четко проявляется в нижних горизонтах почвенного профиля. Растительный покров представлен сплошным злаково-моховым ковром. Мерзлые горизонты залегают на глубине 20–30 см.
В арктической зоне встречаются и маршевые солончаковатые почвы, содержащие до 1% легкорастворимых солей в верхнем горизонте. Приурочены они к галофитным лугам, расположенными на низменных побережьях, которые заливаются приливными или нагонными водами.
2.2.5. Криоземы
По КиДПР криоземы входят в отдел «Криотурбированные почвы», который объединяет почвы, формирующиеся при активном влиянии мерзлотных процессов и не имеющие глеевого горизонта, несмотря на постоянное переувлажнение профиля в связи с мерзлотным водоупором. Отсутствие ясно выраженного оглеения объясняется преобладанием окислительных условий при низких температурах.
По WRB они входят в группу «Криосоли (CRIOSOLS).
В классификации и диагностике почв СССР их выделение не предусмотрено.
Криоземы встречаются в зоне вечной мерзлоты. В области островной мерзлоты они образуют сочетания с гистосолями, глейсолями, подзолами, планосолями и камбисолями.
Основные почвообразовательные процессы:
Циклы промерзания и оттаивания.
Торфонакопление.
Криотурбация, солифлюкция, мерзлотное пучение,
термическое трещинообразование.
Морфологическое строение
По КиДПР строение профиля:
O — CR — C,
где: О — подстилочно-торфяной горизонт; CR — криотурбированный горизонт, грязно-бурого или серо-бурого цвета, бесструктурный или слабо оструктуренный, имеющий ясные признаки мерзлотных нарушений; С — почвообразующая порода с наличием льдистой мерзлоты
Диагностируются по сочетанию подстилочно-торфяного (О) и криотурбированного (CR) горизонтов.
Морфологическое строение профиля (рис. 13):
|
О — подстилочно-торфяной горизонт возможно присутствие грубогумусового или перегнойного материала. Общая мощность органогенной толщи не превышает 15 см. CR — криотурбированный горизонт серовато-бурого цвета с включениями фрагментов органического материала и углистых частиц, во влажном состоянии бесструктурный или имеет непрочную криогенно-слоеватую структуру. Нижняя часть профиля насыщена влагой, тиксотропна, бесструктурна, отличается большей плотностью с образованием прочных глыб. Минеральная толща часто пропитана гумусом (содержание его до 1%). Характерно околоскелетное микростроение глинистой плазмы, связанное с динамическими напряжениями при промерзании. С — почвообразующая порода с льдистой мерзлотой Глубина летнего протаивания 50–100 см, в торфяно-криоземах характерно высокое (30–40 см) залегание льдистой мерзлоты |
| Рис. 13. Криозем (Строганова, 2010) |
Основные подтипы выделяются по особенностям органогенного горизонта, признакам палевого метаморфизма и оглеения (табл. 6)
Таблица 6
Классификация почв (КиДПР, 2004). Криоземы
| ОТДЕЛ: КРИОТУРБИРОВАННЫЕ ПОЧВЫ | ||
| Типы | ||
| КРИОЗЕМЫ (Кз) | КРИОЗЕМЫ ГРУБОГУМУСОВЫЕ (Кзгр) | ТОРФЯНО-КРИОЗЕМЫ (Кзт) |
| Подтипы | ||
| Криоземы типичные Криоземы грубогумусированные Криоземы перегнойные Криоземы палево-метаморфизованные Криоземы глееватые |
Криоземы грубогумусовые типичные Криоземы грубогумусовые перегнойные Криоземы грубогумусовые палево-метаморфизованные Криоземы грубогумусовые глееватые |
Торфяно-криоземы типичные Торфяно-криоземы криогомогенные Торфяно-криоземы глееватые |
Свойства
Профиль криотурбированных почв не дифференцирован по гранулометрическому и валовому химическому составу. Содержание органического вещества в почвах суглинистого и глинистого составов превышает 18%, а песчаных — более 12%. Почвы характеризуются кислой или нейтральной реакцией среды. На известняках рН может достигать 8,0. Степень насыщенности основаниями значительно колеблется от 20 до почти 100%. Емкость катионного обмена может значительно колебаться, достигая в грубогумусовом горизонте 40 мг-экв/100 г. Почвы бедны минеральными элементами. Циклы промерзания и оттаивания приводят к формированию зернистой, плитчатой и ноздреватой структур верхних минеральных горизонтов. Нижележащие горизонты, как правило, уплотнены, особенно в почвах тяжелого гранулометрического состава. В период таяния возможна значительная биологическая и микробиологическая активность в верхних слоях почвы.
2.3. Субарктическая зона тундровых почв
2.3.1. География зоны
Зона расположена южнее арктической зоны и простирается широкой полосой вдоль побережья Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Берингова пролива. На юге зона граничит с таежно-лесной зоной бореального пояса.
Тундра — это безлесная территория с мохово-лишайниковым покровом.
2.3.2. Условия почвообразования
Климат субарктической зоны суровый, с малым количеством поступления тепла, длительным холодным периодом и близко расположенной к поверхности многолетней мерзлотой. Среднегодовая температура отрицательная и изменяется от –0,3°С в европейской до — 120°С в азиатской части страны. Средняя температура самого теплого месяца не поднимается выше 10°С.
Количество осадков в связи с большой меридианальной протяженностью зоны изменяется от 400 мм на западе до 150–250 мм на востоке. Испаряемость в связи с низкими температурами невысокая — 100–150 мм. Для зоны характерна переувлажненность.
Рельеф на большей части территории субарктической зоны равнинный, но встречаются увалисто-холмистые поверхности, местами низкие горы и плоскогорья.
