Прогностические модели развития почв

влажных субтропиков

Н.Г.Вуколов

Российский университет дружбы народов

N.G.Vukolov

ssociate professor, candidate of agricultural sciences, Peoples' Friendship University of Russia, Mikluho-Maklaja Street, 8/2, Moscow, Russia, 117198, рhone : 8-926-294-54-25, e-mail: n_vukolov@mail.ru

В современных исследованиях вопросам эволюции почв влажных субтропиков уделяется недостаточное внимание. Нет целостного представления о развитии конкретных культурных агроценозов, изменений состава, свойств и устойчивости почв в них. Вместе с тем важно учитывать процессы почвообразования в регионах промышленного производства цитрусовых и других ценных субтропических культур для предотвращения деградации почв и снижения их плодородия. Российская Федерация полностью зависит от поставок продукции цитрусоводства от зарубежных производителей. В этом плане наша прямая задача оказать конкретную научно обоснованную помощь странам-поставщикам цитрусовых для оптимальной высокопродуктивной эксплуатации почв, пригодных для получения высококачественной экспортной продукции.

Для изучения и прогноза формирования комплекса генетических и агрономических показателей почв актуально проведение системного анализа экспериментальных данных о массопереносе веществ в ландшафтах.

Наша работа посвящена данным проблемам применительно к районам влажных субтропиков. Низкогорья и предгорья отрогов Кавказского хребта, обрамляющие Колхидскую низменность, заняты смешанными хвойно-широколиственными лесами на бурых лесных почвах с явными признаками зональности, широколиственными лесами на краснозёмах и желтозёмах. На пространствах низменности - это леса колхидского типа и вторичная растительность после его сведения на аллювиальных и псевдоподзолистых оглеенных почвах, которые в центральной, восточной и южной частях Колхиды относятся к интразональным и эволюция их зависит от литологических особенностей. Все почвы в естественных биогеоценозах находятся в устойчивом равновесии. На высоких уровнях поверхности оно обусловлено климатическими особенностями и растительностью, на территории Колхиды - основано на локальных факторах (почвообразующие породы и рельеф).

Направление эволюции почв в ландшафтах, занимающих склоны предгорий, в том числе псевдоподзолистых почв, желтозёмов, краснозёмов Аджарии, и, в отличие от них - в ландшафтах низменности, было и в обозримом будущем будет различно в силу их разновозрастности и исходной неоднородности почвообразующих пород. В рассматриваемых нами ландшафтах влияние климата не существенно. В большей мере на эволюцию исследуемых почв влияет изменение растительного и почвенного покрова в процессе хозяйственной деятельности человека. Но между всеми ландшафтами существует тесная связь, основанная на миграции веществ, которая имеет направленность от гор в сторону Чёрного моря. Миграция осуществляется с аллювием рек, поверхностными и подземными водами, которые разгружаются в экосистеме низменности и выносятся за её пределы – в море. На пути миграции веществ возникают геохимические барьеры, обусловленные литологией, сменой окислительно-восстановительных процессов. Мезо- и микрорельеф также вносят свои коррективы в перераспределение веществ, растворённых в воде атмосферных осадков и почвенных растворов, обусловливая неоднородность почвенного покрова низменности. Нарушение устойчивого равновесного состояния ландшафта под действием антропогенных факторов влечёт за собой существенные сдвиги в количествах мигрирующих веществ и их составе. Особенно они заметны при применении больших доз минеральных удобрений в краснозёмы на плантациях субтропических культур.

Почвенные процессы, обусловливающие структуру почвенного покрова ландшафтов Колхидской низменности, предгорий и гор сложились в процессе современного исторического (позднечетвертичного) цикла развития. На аллювиальных отложениях низких уровней центральной, восточной и южной Колхиды изменения пород в процессе почвообразования выражено слабо. Почвы вблизи предгорий и на древних морских террасах с относительно лучше водопроницаемыми породами в северной Колхиде имеют более зрелый возраст и соответствующие ему признаки. Эти различия позволяют прогнозировать ход развития относительно молодых почв путём интерполирования.

В желтозёмах и псевдоподзолистых почвах под лесной растительностью, на фоне избыточного поверхностного увлажнения, сопровождающегося периодическим оглеением, идёт образование глинистых минералов, содержащих гидратные формы железа – гётит, а также – галлуазит; вымываются оксиды кальция и кремния, железа - в составе органических соединений. Если коры выветривания образовались при разрушении первичных минералов пород с выщелачиванием кремнезёма и накоплением полуторных оксидов, то в современных условиях для развитых на корах краснозёмов характерен процесс перехода оксидов в растворимое состояние и вынос их из профиля почв. Этому способствует кислая реакция среды, наличие подвижных фульвокислот и большое количество атмосферных осадков при хорошей водопроницаемости почв и расчленённом рельефе. При сравнении химического состава краснозёмов, коры выветривания и пород, на которых они сформировались, видно, что в корах кремнезёма осталось меньше, чем в породах в 1,5-2 раза, содержание кальция в почвах сократилось более чем в 10 раз, магния – в 3 раза. Оксидов железа в корах больше в 2 раза, алюминия – в 1,5 раза, чем в породах, а в почвах – в 2 раза меньше, чем в корах выветривания. Из краснозёмов на зебровидных глинах более интенсивно выносится железо, по сравнению с почвами на коре выветривания основных пород, в верхнем полуметровом слое относительно накапливается кремнезём, полуторные оксиды – в нижней части профиля. [10,13,14].

Детальные наблюдения М.К.Дараселия [11] выявили потери псевдоподзолистыми почвами и краснозёмами предгорий значительных количеств веществ. Если учесть, что по сведениям М.К.Дараселия краснозёмы фильтруют более 90% атмосферных осадков при их годовом количестве в регионе в среднем 2080 мм и пересчитать приведённые им данные состава лизиметрических вод, то получим следующие величины. За год из почв на площади в один гектар может быть вынесено веществ: SiO₂ – 175 кг, Al₂O₃ – 72 кг, Fe₂O₃ – 21 кг, CaO – 216 кг, MgO – 33 кг. М.К.Дараселия приводит меньшие значения выноса: SiO₂ – 20-30 кг, CaO – 97 кг, MgO – 17 кг. Но и при этих величинах на протяжении сотен тысяч лет существования изучаемого ландшафта в его геохимических особенностях произошли существенные изменения. Сотни тонн веществ в растворах транзитом перемещались вниз по уклону в сторону Чёрного моря, аккумулировались на геохимических и геоморфологических барьерах и разгружались в море. Огромным пропускником и накопителем веществ являлась Колхидская низменность.

На абсолютных высотах от 0,5 до 10-13 м развитие почв в природном биоценозе происходит в условиях гидроморфизма, обусловленного высоким уровнем грунтовых вод и застоем вод атмосферных осадков на поверхности почв [1,2,4,5]. Сформирован почвенный покров глеевых почв. Такой режим сохранится в отсутствии дренированности ландшафта, будет продолжаться накопление аллювия при разливах рек и веществ, поступающих с поверхностным и подземным стоком с окружающих территорий. В иловато-глеевых, аллювиальных глеевых и слабопсевдоподзолистых глеевых почвах кислые почвенные растворы верхней части профиля с повышенным содержанием органических веществ восстанавливают железо и способствуют образованию комплексных железо-органических соединений, обладающих очень высокой миграционной способностью. Признаки перераспределения этих соединений (жилы ржавой окраски по ходам корней растений, жёлтые и ржавые пятна, округлые стяжения) наблюдаются только в верхних 50-70 см, где чередуются периоды окисления и восстановления различных соединений, глубже залегает сизый глей. В нижних постоянно оглеенных горизонтах почв Колхиды железо находится в восстановленной форме, его ионы обладают большой подвижностью и их миграция в составе почвенных растворов сопровождается выпадением в осадок на окислительном барьере с обособлением различных современных новообразований.

Нами доказано, что почвы Колхидской низменности сформировались на продуктах выветривания пород, переотложенных из бассейнов рек, стекающих с гор и предгорий [6]. Соответственно, в ландшафты низменности поступают различные вещества в составе поверхностных и подземных вод. При сравнении валового химического состава почв высоких морских террас (табл. 1) и приморских низин обращает на себя внимание относительное увеличение содержания почти всех оксидов в почвах низин (табл. 2), которые являются как бы накопителем веществ, выносимых из расположенных гипсометрически выше ландшафтов.

Для иллюстрации происходящей потери почвами основных элементов приводим данные целевой выборки из имеющихся в литературе материалов по валовому химическому составу почв, развивающихся в ландшафтах относительно повышенных уровней, обрамляющих Колхидскую низменность.

1. Валовой химический состав желтозёмно-подзолистых почв [15] ландшафтов древних морских террас (% на прокалённую навеску)

Горизонт, глубина, см	Поте- ря при прок.	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	MnO	SiO2 Fe2O3	SiO2 Al2O3
Целенджихи, целина, 220 м над у. м.
А 1 0-10 А1 l (g) 12-27 А2 f l g 30-47 В1 F 50-76 В2 f (g) 80-108 ВC f g 135-155	16,3 7,9 5,3 3,9 8,3 7,3	77 77 76 76 74 65	6,0 5,0 5,1 4,7 8,5 12,8	13,8 14,4 16,1 16,0 13,1 18,4	0,54 0,37 0,28 0,28 0,68 0,63	0,68 1,09 1,36 0,92 1,15 1,76	0,11 0,10 1,10 0,10 0,11 0,97	22 41 39 44 23 14	9,5 9,1 8,0 8,1 9,6 6,0
Ингири, целина, 70 м над у.м.
А 1 0-16 А1А2 l 18-38 А2В f l 45-65 В1 F (g) 68-81 В2 f g 88-105 C f g 150-175	10,0 4,7 4,3 5,1 6,1 5,6	77 76 75 72 68 67	6,1 4,5 4,4 6,0 8,4 8,2	12,3 15,0 16,2 16,5 19,3 17,2	0,98 1,00 1,38 1,40 1,43 1,72	1,63 1,84 1,87 1,89 2,15 2,80	0,11 0,09 0,08 0,07 0,08 0,02	34 45 46 32 21 22	10,7 8,5 7,9 7,4 5,9 6,7

Если сравнить приведённые данные с полученными нами для почв низменности, то обнаруживается, что в почвах низменности содержание выше: оксидов железа и магния - в 2-3 раза, алюминия - в 1,5-2 раза, кальция – в 3-4 раза. При этом на 20-25% снижается относительное содержание кремнезёма (до 49-54%).

2. Валовой химический состав ила глеевых почв ландшафтов

центральной части Колхидской низменности (% от прокаленной почвы)

Горизонт, глубина, см	Поте- ря при прок.	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	MnO	SiO2 Fe2O3	SiO2 Al2O3
Иловато-глеевые. Разрез 207 (0,5 м над у. м.)
А 1 g 0-5 А1G f 8-15 G f 37-47	15,0 19,3 11,3	53 54 52	8,8 9,0 12,5	29,7 28,6 28,2	2,5 1,7 1,6	2,4 2,7 2,4	0,06 0,07 0,10	16 16 11	3,0 3,2 3,1
Слабопсевдоподзолистые глеевые почвы Разрез 214 (5 м над у. м.)
А 1 0-29 А2 B f l g 30-53 В2 f g 80-115 G f 115-190	14,8 11,2 9,9 9,9	49 53 53 52	10,4 10,2 11,7 12,5	30,1 28,9 27,5 27,8	2,7 2,1 1,8 2,0	3,4 2,9 2,8 3,1	0,11 0,07 0,10 0,26	13 14 12 11	2,8 3,1 3,3 3,2
Разрез 238 (13 м над у. м.)
А Д g 0-5 А2 B f l g 20-35 В f g 35-68 ВG f l 50-70 G f 140-150	15,9 11,1 9,9 9,8 10,8	53 54 53 54 53	9,3 11,5 13,6 12,6 9,9	30,1 26,6 25,8 25,5 27,6	2,2 1,9 2,2 2,2 3,8	2,1 2,3 2,7 2,8 2,7	0,12 0,12 0,09 0,04 0,05	15 13 10 11 14	3,0 3,5 3,5 3,6 3,3
Псевдоподзолистые глеевые почвы Разрез 239 (18 м над у. м.)
А1(g) 0-25 А2Вflg 40-65 Вfg 90-105 Gf 106-140	16,4 10,6 10,8 10,3	52 54 53 52	11,5 10,8 11,6 12,0	28,2 27,0 27,3 27,1	1,6 1,8 2,0 2,4	2,5 2,8 2,8 2,6	0,17 0,07 0,16 0,10	12 13 12 12	3,1 3,4 3,3 3,3

Краснозёмы холмистых ландшафтов предгорий на территории Аджарии, в отличие от рассмотренных выше, сформированы на совершенно других почвообразующих породах – коре выветривания эффузивов основного и кислого состава. В природном биоценозе растительность определяет свойства верхних горизонтов краснозёмов: способствует накоплению гумуса, определяет отличный от агрогенного процесс выноса веществ, сдерживает эрозию и т. д. [9]. В подобных условиях почвы находились (или находятся) в устойчивом равновесном состоянии. Для европейских почв Ф.Дюшофур [12] такую эволюцию определял как «поступательную (прогрессивную)», в отличие от «регрессивной», приводящей по ряду причин к нарушению равновесия. По отношению к краснозёмам Колхиды это положение не может быть однозначно применено, поскольку, например, смыв выщелоченной верхней части их профиля обнажает более богатую элементами и плодородную кору выветривания. Это полностью нарушает природное равновесие, но создаёт более благоприятные условия для растений, что трудно назвать регрессом с позиций оценки плодородия почв.

Эволюция краснозёмов, находящихся в зрелой стадии почвообразования, в настоящее время почти полностью зависит от антропогенных факторов, поскольку естественная растительность сведена почти повсеместно.

Литература

1.Вуколов Н.Г. Изменение свойств глеевых почв Колхидской низменности в зависимости от степени их переувлажнения. // ВНИИ чая и субтр. культур. Труды Всесоюзной конференции молодых ученых. Анасеули, 1979. С. 66-68.

2.Вуколов Н.Г. Микроморфологические признаки разделения оглеенных почв Колхидской низменности. // Бюлл. Почвенного ин-та им. В.В.Докучаева, вып. ХХУШ, М.,1981. С.25-26.

3.Вуколов Н.Г. Плодородие агрогенноизмененных красноземов Западной Грузии. // Применение физ-хим. методов исследований в науке и технике. М.: УДН,1990. С. 203.

4.Вуколов Н.Г. Устойчивость тяжёлых гидроморфных почв влажных субтропиков при интенсивном агромелиоративном преобразовании. // Плодородие. М.: 2010, № 5. С. 39-41.

5.Вуколов Н.Г. «Проблемные» почвы влажных субтропиков. // Земле-устройство, кадастры и мониторинг земель. М.: 2010, № 11. С. 94-95.

6.Вуколов Н.Г., Градусов Б.П. Химический и минералогический состав ила глеевых почв Колхидской низменности. // «Почвоведение», № 4, 1980. С.125-136

7.Вуколов Н.Г., Савич К.В. Ландшафтно-топологические закономерности формирования структуры почвенного покрова и почв влажных субтропиков. // Землеустройство, кадастры и мониторинг земель, 2010, № 12. С. 98-102.

8.Вуколов Н.Г., Турсина Т.В. Особенности макро- и микростроения глеевых почв Колхидской низменности. // «Почвоведение», №2, 1985. С. 94-103.

9.Вуколов Н.Г., Мельниченко В.И., Бежанидзе А.А., Дурманов Д.Н. Параметры плодородия агрогенно измененных красноземов Западной Грузии. // Научные труды Почвенного ин-та им. В.В.Докучаева: «Плодородие почв в интенсивном земледелии». М.: 1990. - С. 132-139.

10.Герасимов И.П. Опыт генетического подхода к разделению тропических почв и продуктов их переотложения. // Изв. АНСССР, сер. геогр., 1972, № 5. С. 21-33.

11.Дараселия М.К. Динамика почвенных растворов краснозёмных почв Грузии. Тбилиси: Мецниереба, 1974. - 221 с.

12.Дюшофур Ф. Основы почвоведения и эволюции почв. М.: Прогресс, 1970.591 с.

13.Зонн С.В. Развитие почв на красноцветной коре выветривания. // Изв. АНСССР, сер. биол., 1959, № 5. С. 729-740.

14.Ромашкевич А.И. Почвы и коры выветривания влажных субтропиков Западной Грузии. М., Наука, 1974. 218 с.

15.Шония Н.К. Генетическая и агрономическая характеристика желтозёмно-подзолистых (субтропических подзолистых) почв Западной Грузии. // Дисс. на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук. Махарадзе-Анасеули, 1970. 215 с.