Почва

Рис. 5.17. Почвенный профиль целины (А) по сравнению с профилем эродированной почвы (Б) в листопадном лесу. На левом снимке I—2—горизонт Al, 3—4 — горизонт A2, 5—6 — горизонт Bj (накопления вымываемого материала). Ср. с рис. 5.18. (Снимок Службы охраны почв США).

го слоя породы с живыми организмами и продуктами их разложения. Если бы на Земле не было жизни, то, она, возможно, имела бы «почву», воздух и воду, но и воздух, и вода, и особенно «почва» радикально отличались бы от тех, что существуют сейчас. Следовательно, почва — это не только «фактор» среды, окружающей организмы, но и продукт их жизнедеятельности. В общем можно считать, что почва — итоговый результат действия климата и организмов, особенно растений, на материнскую породу. Таким образом,, почва состоит из исходного материала — подстилающего минерального субстрата и органического компонента, в котором организмы и продукты их жизнедеятельности перемешаны с тонко измельченным и измененным исходным материалом. Промежутки между частицами заполнены газами и водой. Текстура и пористость почвы — важнейшие характеристики, во многом определяющие доступность биогенных элементов растениям и почвенным животным, Рассматривая крутой откос речного берега или стенку траншем (рис.

или горизонт А (гумусовый), состоит из отмерших растений и животных, превратившихся в мелкодисперсный органический материал благодаря процессу гумификации, который описан в гл. 2, разд. 5. В зрелой почве этот горизонт обычно разделен на четко выраженные слои, находящиеся на разных стадиях гумификации. Перечислим эти слои, начиная от поверхности (рис. 5.17 и 5.18): подстилка (A0), гумус (Al) и выщелоченная (светлоокрашенная) зона (A2). Слой Ao иногда делят на A-I (собственно подстилка), А-2 (грубый гумус) и А-3 (перегной). Подстилка (Ao) представляет собой детритный компонент и может рассматриваться как своеобразная экологическая подсистема, в которой микроорганизмы (бактерии и грибы) совместно с мелкими членистоногими (почвенными клещами и коллемболами) осуществляют разложение органического вещества. Когда последнее исчерпывается, процессы разложения заметно сокращаются (см. рис. 2.9). В лесах ежегодное поступление листового опада в подсистему подстилки увеличивается с севера на юг (рис. 5.19).

Следующий крупный горизонт, горизонт В, состоит из минеральной почвы, органические соединения в которой переработаны в неорганические редуцентами в процессе минерализации и хорошо перемешаны с тонко измельченной материнской породой. Растворимые вещества горизонта В часто образуются в горизонте А и откладываются, вымываясь идущим вниз потоком воды, в горизонте В. Темная полоса на рис. 5.17—верхняя часть горизонта В, где накапливаются эти вещества. Третий горизонт, или горизонт С, представляет собой более или менее неизменную материнскую породу. Это может быть коренная порода, распавшаяся на обломки на месте, или порода, перенесенная в данное место силой тяжести (коллювий), водой (аллювий), ледниками (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отложения, или лесс).

Почвенный профиль и относительная толщина горизонтов, как правило, характерны для данной климатической зоны и рельефа данной местности (рис. 5.18, 5.20 и 5.21). Так, почвы прерий отличаются от лесных тем, что гумификация здесь идет быстро, а минерализация замедлена. Поскольку травы и их корневая система недолговечны, ежегодно в почву поступает много органического вещества, которое быстро разлагается; сохраняется лишь небольшая часть подстилки или грубого гумуса, все остальное переходит в гумус. В лесу подстилка и корни разлагаются медленно и, поскольку минерализация идет быстро, слой гумуса остается тонким (рис. 5.18). Так, почвы прерий содержат в среднем около 12 000 т гумуса на I га, лесные — около 100 т на I га (Daubenmire, 1974). В переходной зоне от леса к прерии в Иллинойсе по цвету почвы легко отличить, какое поле было раньше прерией, а какое — лесом:

Рис. 5.18. Упрощенные схемы трех основных типов почвы, характерных для трех основных биотических зон (см. подпись к рис. 5.22).

Рис. 5.19. Годовой опад листьев в лесах, расположенных в разных широтах. I — экваториальные леса, II — леса умеренного теплого климата, III — леса умеренного холодного климата, IV — арктические и горные леса. (По данным Bray, Gorham, 1964.)

почва прерии гораздо темнее из-за высокого содержания гумуса. He случайно «житницы мира» расположены в районах прерий с достаточным количеством осадков.

Рельеф местности сильно влияет на характер почвенного профиля в каждой климатической области.

Иногда на плохо дренированных землях вода может быстро уносить вещества в более глубокие слои почвы, образуя минеральный сцементированный почвенный слой, непроницаемый для животных, корней растений и воды. На рис. 8.10 показан экстремальный случай развития такого горизонта. Здесь растет приземистый, карликовый лес, хотя в этой же зоне на нормальных почвах растут гигантские секвойи. В случае плохого дренажа, например на болотах, условия также благоприятствуют накоплению гумуса, поскольку слабая аэрация замедляет разложение.

Классификация почв в высшей степени эмпирична. Почвоведы могут выделять в одной небольшой области десятки типов почвы. В США местные почвенные карты можно получить от организаций, ведающих охраной почв и в университете каждого штата. Такие карты и приложенные к ним описания почв дают полезные сведения, необходимые для исследований наземных экосистем. Экологу, конечно, недостаточно только знать название почвы в районе исследования. Как минимум необходимо установить три важные характеристики по крайней мере для горизонтов А и В: I) механический состав — процент песка, ила и глины (при анализе можно пользоваться и более детальным подразделением частиц по размеру); 2) процент органического вещества и 3) «обменоспо- собность» почвы, т. е. количество обменоспособных биогенных элементов. Как подчеркивалось в гл. 4, потенциальное плодородие определяется при прочих благоприятных условиях не столько общим количеством минеральных веществ, сколько их доступностью для организмов.

В табл. 5.2 перечислены основные типы почв в США в порядке убывания их площади. Лучшие почвы для сельского хозяйства — альфисоли и моллисоли, но они занимают всего около 22% площади суши.

Поскольку почва — продукт климата и растительности, карта основных типов почв мира (рис. 5.22) представляет собой карту климата и растительности. При соответствующей материнской

Рис. 5.20. Взаимосвязь иочвы и растительности в переходной зоне между прерией и лесом. Под действием разной растительности и климата из одной материнской породы развиваются резко различающиеся почвы. Материнская порода в данном случае — известковистый лесс, или перенесенный ветром горизонт С. Основные черты, отличающие лесную почву от почвы прерий, — меньшее количество органических веществ, развитие подзолистого горизонта А (с тонким гумусовым слоем; см. рис. 5.18) и усиление структурированности горизонта В. (Crocker, 1952.)

Рис. 5.21. Изменения свойств почвы в зоне грасленда в зависимости от рельефа. (Colman et al., 1981.)

Таблица 5.2. Почвы США. Данные по оценкам Дж. Уитти, Служба охраны почв, Министерство сельского хозяйства США; см. Bartholomew, Alexander, 1981.

Примечание: Почвы перечислены в порядке убывания занимаемой площади.

породе и не слишком крутом рельефе местности под действием климата и организмов обычно формируется почва, характерная для данной зоны. С экологической точки зрения почвы каждой зоны можно разделить на две группы: зрелые почвы равнинной или пологохолмистой местности, свойства которых определяются в основном климатом и растительностью, и незрелые (с неразвитым профилем), свойства которых зависят от местных условий рельефа, уровня грунтовых вод или типа материнской породы. Степень зрелости почвы, т. е. степень соответствия между почвой, климатом и растительностью, сильно варьирует по районам. Например, по оценке Волфэнджера (Wolfanger, 1930), в округе Маршалл, шт. Айова, зрелыми являются 83% почв, а в округе Берти, шт. Северная Каролина, расположенном на песчаной «геологически молодой» береговой равнине, — только 15%. Роль, которую тип почвы играет в функционировании экосистемы, зависит от стадии геологического и экологического развития.

Настоятельно рекомендую читателю небольшие книги Келлога (Kellogg, 1975) — о почвах с сельскохозяйственной точки зрения и Ричардса (Richards, 1974) — о почве как экосистеме.