Генезис и классификация бурых лесных почв

Генезис

Вопрос о генезисе бурых лесных почв долгое время оставался дискуссионным. Им в разное время занимались такие исследователи как К. Д. Глинка, В. Р. Вильямс, Л. И. Прасолов, Б. Б. Полынов, А. Н. Антипов-Каратаев, Ю. А. Ливеровский, И. П. Герасимов, С. В. Зонн и другие.

Э. Раманн (1911) считал, что большее влияние на развитие буроземов имеет почвообразующая порода, чем «климатические различия». На этом основание существовало мнение, что бурые лесные почвы следует рассматривать как «предподзолистую» стадию, продолжительную и устойчивую при определенных условиях развития почв на породах, богатых карбонатным кальцием. Но, основываясь на материалах многочисленных исследований, можно прийти к выводам, что богатство почвообразующей породы кальцием далеко не всегда является фактором, определяющим возможность развития процесса буроземообразования, и бурые лесные почвы развиваются на породах различных, как по происхождению, так и по составу (Ливеровский, 1987).

Долгое время считалось, что бурые лесные почвы развиваются под широколиственными лесами. Но Ю. А. Ливеровский, описывая почвы Дальнего Востока, доказал, что для развития буроземного процесса совершенно не обязательно наличие широколиственных лесов. В ряде случаев отмечалось, что под хвойными лесами бурые почвы развивались с более четкими признаками (Градобоев, 1958). Таким образом, проведя сравнительно-географический анализ в своей работе (1987), Ю. А. Ливеровский заключил, что факторы почвообразование равновелико влияют на почвообразовательный буроземный процесс.

Академик Л. И. Прасолов (1947), подводя итоги изучения бурых лесных почв в СССР и Западной Европе, считал, что черты их основного типа, связанные с биоклиматическими условиями можно выделить в четырех моментах: 1) сравнительно наиболее интенсивное выветривание алюмосиликатов и других минералов материнской породы, ведущее к «оглинению» почвы; 2) значительно более слабое развитие оподздоливания и соответственно понижение молекулярного отношения SiO2: AlO3 и SiO2: Fe2O3; 3) отсутствие оторфования и накопление гумуса типа мюлль в результате интенсивного разложения органических остатков; 4) обменная кислотность подгумусовых горизонтов, обусловленная действием ионов алюминия (Ливеровский, 1987). Так же Прасолов считал, что для бурых лесных почв, как и для оподзоленных бурых характерно высокое содержание обменных оснований, слабый вынос по профилю почвы Ca и Mg, а в гумусовом и дерново-гумусовом горизонте значительное их накопление (Владыченский, 1998).

С. В. Зонн (1966) при рассмотрении ряда подзолистых, псевдоподзолистых и бурых лесных почв, пришел к выводу, что одной из первых стадий почвообразования под пологом леса является стадия буроземообразования. А ее главнейший диагностический показатель – оглинивание. Именно поэтому процесс буроземообразования не имеет приуроченности к той или иной природной зоне, а бурозем – абсолютно доминирующий компонент в почвенном покрове гумидных горных склонов независимо от биоклиматических и литолого-геоморфологических особенностей. Это мнение разделяют и другие исследователи, в частности Б. Г. Розанова (1977), В. П. Фирсова и Т. С. Павлова (1983) (по Владыченскому, 1998).

Одним из почвенных процессов, приводящих к образованию буроземов, принято считать оглинивание почвенного профиля, в особенности средней его части с образованием гор. Вm. Наряду с этим процессом существенную роль в буроземообразовании играют процессы трансформации железа, характер которых определяется окислительно-восстановительными условиями почвообразования. Буроземообразование поддерживается в том случае, если окислительные процессы преобладают над восстановительными, поскольку в противном случае железо переходит в восстановленную форму, становится подвижным и вносится в нижние горизонты почвенного профиля (Владыченский, 1998).

Западноевропейские исследователи отмечают, что темп глинообразования тем больше, чем ниже рН и чем сильнее промывание. Однако при величине рН, равной 4,0 и ниже, часто наблюдающейся под «грубогумусным» покровом многих лесных почв, глинообразование уже не происходит (Ливеровский, 1987).

На мелкоземистых породах оглинивание происходит на различных глубинах, а на каменисто-хрящеватых – с поверхности и сопровождается образованием подвижных форм железа. Будучи вовлеченными в биологический круговорот, эти формы сохраняют равномерное или даже имеют отчетливо выраженное накопление в поверхностных горизонтах. Такой биоклиматический характер распределения железа обусловлен его мобилизацией органическими кислотами с образованием комплексных железоорганических и свободных форм. При дальнейшем повышении продуцирования органических кислот при смене растительности и условий разложения органического опада процесс может идти по двум направлениям: а) с мобилизацией Al и образованием вторичных хлоритов, что приводит к понижению емкости поглощения, преобладанию обменного Al, под влиянием которого буроземообразование вступает в кислую стадию; б) при слабой мобилизации Al, что усиливает роль обменного H и приводит к смене буроземообразования подзолообразованием (Зонн, 1966).

Таким образом, для подзолообразования характерно интенсивное разрушение первичных и глинистых минералов низкомолекулярными органическими кислотами в верхних горизонтах и вынос продуктов разрушения в нижние горизонты.

В итоге, сущность различий между буроземо- и подзолообразованием заключается в генезисе оглинения. Для буроземообразования характерно оглинение метаморфической природы, сопровождающееся интенсивным образованием глинистых минералов. Высвобождающиеся при этом различные по подвижности формы железа, а большей своей части закрепляются на месте своего образования. Поэтому дифференциация в профиля в бурых лесных почвах не иллювиальная, а текстурная (Зонн, 1966). Когда как в подзолистых почвах дифференциация профиля типично иллювиальная. Как отмечал Ю. А. Ливеровский (1987), бурые лесные почвы являются почвами с прогрессирующим «глинообразованием». К тому же у оподзоленных бурых лесных почв даже в крайних случаях проявления подзолообразовательного процесса степень ненасыщенности невысокая, в отличие от северных подзолистых почв. И не менее типична ясно выраженная даже в наиболее оподзоленных разностях хорошая прочная структура. Этот признак проводит довольно резкую грань между бурыми лесными и таежными подзолистыми.

Лессиваж, как и буроземообразование долгое время оставался дискуссионным вопросом. Ф. Дюшофуром в 1951 г. было выдвинуто представление о лессиваже как процессе, предшествующем подзолистому и под влиянием которого формируются почвы внешне подобные подзолистым, но внутренне отличающиеся от них иным поведением коллоидной части. Лишь в 1958г. В. М. Фридланд показал проявление этого процесса, названного им иллимеризацией, в некоторых наших почвах, а в 1959г. И. П. Герасимов сформулировал основные представления о процессе псевдооподзоливания и обосновал существование самостоятельных псевдоподзолистых почв (Зонн, 1966).

Истоки возникновения теории лессиважа как процесса реально существующего обнаруживаются еще в работах П. С. Коссовича (1910), Г. М. Тумина (1911) и К. Д. Глинки (1924). Они впервые попытались обосновать разделение процессов выщелачивания и деградации почв и предлагали понимать эти процессы как перемещение илистых частиц по профилю без их разрушения (Зонн, 1974).

Г. М. Тумин в 1911 г. указывал, что выщелоченность почв от оснований и полуторных окисей может сопровождаться оподзоливанием. Он связывал выщелачивание со слабым подкислением почв (до рН 5,8 – 6,5) и повышением пептизации гумусовых и минеральных коллоидов, вследствие чего они вмываются вплоть до карбонатного горизонта. При этом между нижней границей гумусового и верхней карбонатного горизонтов возникает горизонт ясного оглинения. Деградацию он связывал с более интенсивной и глубокой стадией передвижения ила, когда вследствие более кислого, чем при выщелачивании, характера подвижных гумусовых кислот одновременно с передвижением ила происходит и растворение гумусо-железистых пленок на кварцевых зернах (Зонн, 1974).

Такое определение деградации было логичным, так как предполагалось, что при этом происходит локализованное определенным горизонтом разрушение первичных минералов. Однако позже появилось высказывание в пользу передвижения ила, а не его разрушения.

Процесс лессиважа объединяет выщелачивание и деградацию. Эти два процесса характеризуют лишь различные стадии его проявления. Лессиваж определяется как текстурно-геохимическая дифференциация профиля под влиянием нисходящих кислых растворов, обеспечивающих частичное перемещение ила без его разрушения, а также частичное перемещение органо-железистых соединений и подвижных аморфных форм железа (Зонн, 1966).

В настоящее время можно считать установленным, что основным процессом, формирующим бурые лесные почвы является буроземообразование, а основными его слагающими являются гумусоаккумулятивный процесс, оглинение и лессиваж. Вследствие чего формируется типичный профиль бурых лесных почв с характерным оглинением в гор. Вm, четко выраженным накоплением железа в верхней части профиля и хорошая прочная структура почвы.

Классификация бурых лесных почв 1977 года

Разделение на подтипы. Тип бурых лесных почв объединяет большую группу почв, которые, несмотря на сходство химических и морфологических свойств, имеют существенные различия, определяемые неоднородностью природных условий, в первую очередь термических и водных режимов почв, влияющих на процесс минерализации органического вещества, скорость и характер биологического круговорота. С учетом этих различий внутри типа выделено несколько подтипов:

1) Бурые лесные кислые грубогумусные почвы – формируются под хвойными лесами с полукустарничково-моховым напочвенным покровом с участием таежного разнотравья, а также под мертвопокровными и папоротниковыми лесами на щебнисто-суглинистом элювии и элюво-делювии плотных осадочных, метаморфических и изверженных пород. Распространены в верхней части вертикального лесного пояса Карпат и Кавказа, в горных лесах Урала, Алтая, Саян, Сихотэ-Алиня. В подтипе выделяют три фациальных подтипа: бурые лесные кислые грубогумусные умеренно холодные промерзающие, бурые лесные кислые грубогумусные умеренные промерзающие и бурые лесные кислые грубогумусные умеренно теплые промерзающие.

2) Бурые лесные кислые грубогумусные оподзоленные почвы – развиваются в ареалах бурых лесных кислых грубогумусных почв по выположенным участкам склонов, в нижних частях склонов и по их шлейфам, где щебнистость рыхлых отложений ниже, а мощность их выше. Основной ареал – Западное Закавказье, встречаются также на Алтае и Западных Саянах. Подтип разделяется на три фациальных подтипа: бурые лесные кислые грубогумусные оподзоленные умеренно холодные промерзающие, бурые лесные кислые грубогумусные оподзоленные умеренные промерзающие и бурые лесные кислые грубогумусные оподзоленные умеренно теплые промерзающие.

3) Бурые лесные кислые почвы – формируются на суглинисто-щебнистом элюво-делювии осадочных бескарбонатных, метаморфических и магматических пород, реже на богатых озерно-ледниковых и моренных суглинках, под широколиственными лесами из бука, дуба, граба и каштана, а также под смешанными и хвойными лесами. Основной ареал – Западное Закавказье, запад европейской части СССР, Алтай и Западные Саяны.

В подтипе бурых лесных кислых почв в зависимости от термического режима выделяют четыре фациальных подтипа:

Бурые лесные кислые очень теплые периодически промерзающие и бурые лесные очень теплые кратковременно промерзающие. Основной ареал этих подтипов – Западное Закавказье и Закарпатье, они менее гумусны, более насыщены (80-95%), обычно имеют более яркую буровато-желтую окраску;

Бурые лесные кислые теплые периодически промерзающие и бурые лесные теплые кратковременно промерзающие. Почвы этих подтипов распространены в Прикарпатье, Закарпатье и на западе европейской части бывшего СССР, от предыдущих фациальных подтипов отличаются несколько меньшей насыщенностью поглощающего комплекса основаниями (40-70%) и относительно большим содержанием гумуса.

4) Бурые лесные кислые оподзоленные почвы – формируются на слабощебнистом сравнительно выветрелом элюво-делювии метаморфических, осадочных бескарбонатных пород, реже на элюво-делювии магматических пород, суглинистой морене и других богатых породах под широколиственными, смешанными и хвойными лесами. Ареал распространения аналогичен ареалу распространения бурых лесных кислых почв.

В зависимости от термических условий в подтипе бурых лесных кислых оподзоленных почв выделяют четыре фациальных подтипа:

Бурые лесные кислые оподзоленные очень теплые периодически промерзающие и бурые лесные кислые оподзоленные очень теплые кратковременно промерзающие. Основной ареал этих подтипов - Западное Закавказье и Закарпатье. Характеризуются светлой желтоватой окраской и повышенным содержанием оксалотаростворимых форм Al и Fe;

Бурые лесные кислые оподзоленные теплые периодически промерзающие и бурые лесные кислые оподзоленные теплые кратковременно промерзающие. Распространены преимущественно в Прикарпатье и на западе европейской части бывшего СССР. Для них характерна более темная окраска и меньшее содержание оксалотаростворимых форм Al и Fe.

5) Бурые лесные слабонасыщенные почвы – формируются под широколиственными, хвойно-широколиственными и хвойными травянистыми и мертвопокровными лесами на слабовыветрелом тяжелосуглинистом элювии осадочных и магматических пород, а также на богатых основаниями и невыветрелыми минералами моренах и других пород. Основной ареал этих почв находится на Дальнем Востоке, в Западных Саянах, на Алтае, северном склоне Большого Кавказского хребта, в Восточном Закавказье, горном Крыму, а также в западных районах европейской части СССР.

В зависимости от особенностей гидротермического режима бурые лесные слабоненасыщенные почвы разделяются на четыре фациальных подтипа:

Бурые лесные слабонасыщенные очень теплые периодически промерзающие и бурые лесные слабоненасыщенные очень теплые кратковременно промерзающие. Эти два подтипа распространены преимущественно в Крыму, на Северном Кавказе и в Восточном Закавказье;

Бурые лесные слабоненасыщенные умеренно теплые промерзающие (преимущественно Приморье) и бурые лесные слабоненасыщенные умеренно теплые длительно промерзающие (главным образом Приамурье).

6) Бурые лесные слабоненасыщенные оподзоленные почвы – развиваются на более мощных сильно выветрившихся почвообразующих породах, связанных преимущественно с более выположенными элементами рельефа.

Значительная разобщенность ареалов бурых лесных слабоненасыщенных оподзоленных определяет различия их химического состава и термических режимов, позволяющих выделить четыре фациальных подтипа:

Бурые лесные слабоненасыщенные оподзоленные очень теплые периодически промерзающие и бурые лесные слабоненасыщенные оподзоленные очень теплые кратковременно промерзающие. Распространены преимущественно в Крыму, на Кавказе, в Молдавии.

Бурые лесные слабоненасыщенные оподзоленные умеренно теплые промерзающие и бурые лесные слабоненасыщенные умеренно теплые длительно промерзающие. Распространены преимущественно на Дальнем Востоке.

Разделение на роды и виды. В подтипах бурых лесных почв выделяют следующие роды:

1) обычные – формируются на элювии и элюво-делювии плотных осадочных, метаморфических и магматических пород, а также на мелкоземистых отложениях;

2) остоточно-карбонатные – формируются большей частью на сильно выветрелом элюво-делювии или делювии карбонатных пород. Характеризуются темно-бурой или коричнево-бурой окраской профиля, прочной зернистой или мелкоореховато-зернистой структурой, глинистым или тяжелосуглинистым составом, слабокислой или близкой к нейтральной реакцией верхних горизонтов (рНсол 5,2-6,5) и нейтральной или слабощелочной нижних (рН 6,5-7), высокой насыщенностью поглощающего комплекса основаниями (97-99%), значительным содержанием обменных Ca и Mg по всему профилю (25-30 мг-экв.). в верхнем горизонте количество гумуса составляет 10-12%, в его составе преобладает вторая фракция гуминовых кислот, связанная с Са;

3) остаточно-насыщенные – развиваются на элювии и элюво-делювии основных магматических пород. От обычных подтипов бурых лесных почв отмечаются слабокислой реакцией (рНсол 4,5-5,5) верхней части профиля и постепенным понижением кислотности с глубиной, значительной насыщенностью основаниями (50-70%), хорошо выраженной и более прочной мелкозернистой или комковато-зернистой структурой, более темной коричневато-бурой окраской и более высоким содержанием полуторных оксидов;

4) ферралитизованные – формируются на древних красноцветных элювиальных и делювиальных отложениях. Для них характерны красная или красновато-бурая окраска профиля, слабокислая и кислая реакция верхней части профиля (рНсол 4,2-5,0) и кислая в нижней его части (рН 3,8-4,0), низкая емкость поглощения (4,5-10 мг-экв), заметная ненасыщенность почв основаниями и повышенное содержание полуторных оксидов;

5) вторично-дерновые почвы – формируются под вторичными лугами и осветленными злаково-разнотравными порослевыми лесами, на месте вырубок широколиственных и хвойно-широколиственных лесов. Отличаются хорошо выраженным дерновым горизонтом, имеющим большую мощность, более прочную, комковато-зернистую структуру и содержащим большее количество гумуса.

Разделение бурых лесных почв на виды осуществляется по следующим признакам:

        ·  По содержанию гумуса – многогумусные (>10%), срденегумусные (5-10%) и малогумусные (<5%);

        ·  По щебнистости и каменистости.

Освоенные варианты бурых лесных почв имеют строение: Апах – (А1А2, А2) – Вit – BtС - С

По степени эродированности бурые лесные почвы делятся на: слабосмытые (гумусовый горизонт А1 или горизонт Апах смыт частично), среднесмытые (смыт частично гумусовый горизонт и подпахивается горизонт) и очень сильносмытые (горизонт смыт, распахивается непосредственно материнская порода) (Классификация и диагностика почв СССР, 1977).

Положение бурых лесных почв в современной классификации

Ствол: Постлитогенные почвы

Отдел: Структурно-метаморфические почвы

Тип: Буроземы AY – BM – C

Буроземы формируются под широколиственными и хвойно-широколиственными лесами, преимущественно на слабо щебнистом суглинисто-глинистом бескарбонатном элюво-делювии осадочных и магматических пород, содержащем легко выветривающиеся минералы.

В «Классификации и диагностики почв СССР» эти почвы в основном соответствуют малощебнистым суглинистым бурым лесным почвам.

Основные подтипы выделяются по особенностям гумусового горизонта, признакам оподзоливания, глееватости и механических нарушений в верхней части профиля.

1. Типичные AY – BM – C. Диагностируются по наличию серогумусового рыхлого комковатого горизонта мощностью от 10 до 20-25 см, и в окраске которого отчетливо прослеживаются бурые тона. Залегоющий под ним структурно-метаморфический горизонт бурого или коричневато-бурого цвета, иногда уплотненный, отличается ореховато-комковатой или мелко-глыбистой структурой и отсутствием или слабым проявлением иллювиирования глины в виде тонких фрагментарных кутан по граням педов.

Насыщенность поглощающего комплекса основаниями варьирует от 50 до 80%. Содержание гумуса в верхнем горизонте может достигать 10-15%. Состав гумуса гуматно-фульватный (отношение Сгк/Сфк = 0,5-0,8).

2. Грубогумусированные AYao – BM – C. Диагностируются по наличию на поверхности серогумусового горизонта грубогумусового материала. Характерно глубокое проникновение гумусовых веществ в минеральную толщу. Являются переходными к типу буроземов грубогумусовых.

3. Оподзоленные AYе – BM – C. Диагностируются по наличию осветленных пятен в нижней части гумусового горизонта, обычно сопровождающихся слабым морфологическим и аналитическим проявлениеми элювиально-иллювиальной дифференциации глины и органо-железистых соединений.

4. Глееватые AY – BMg– Cg. Диагностируются по наличию признаков оглеения в виде сизых пятен и/или мраморовидной окраски в средней и нижней части профиля.

5. Турбированные (AY – BM)tr – BM – C. Имеют нарушенный поверхностный горизонт, состоящий из крупных фрагментов серогумусового и структурно-метаморфического горизонта.

Тип: Буроземы темные AU – BM – C

Формируются под широколиственными и хвойно-широклиственными лесами на богатом основаниями тяжелосуглинистом элювии осадочных, магматических и карбонатных пород, а также на карбонатных моренах. Отличаются от буроземов более темной коричневато-бурой окраской всего профиля.

В «Классификации и диагностики почв СССР» эти почвы частично соответствуют подтипу бурых лесных слабоненасыщенных почв, а также выщелоченным и оподзоленным дерново-карбонатным почвам.

Основные подтипы выделяются по признакам оподзоливания, оглеения и остаточной карбонатности.

1. Типичные AU – BM – C. Диагностируются по наличию темногумусового горизонта коричневато-серого цвета мощностью до 25-30 см, с хорошо выраженной зернисто-мелкокомковатой структурой и ясной копрогенностью. Ниже залегают структурно-метаморфический горизонт бурого или красновато-бурого цвета с ореховато-комковатой структурой. Реакция гумусового горизонта слабокислая, с глубиной становится нейтральной. Гумус присутствует в количестве 3-10% и имеет гуматный состав (Сгк/Сфк = 1,0-1,5). Характерна высокая емкость поглощения (до 40 мг-экв) и высокая степень насыщенности ППК основаниями – более 60%.

2. Оподзоленные AUе – BM – C.

3. Глееватые AU – BMg – Cg

4. Остаточно-карбонатные AU – BMса – Cса. Отличаются присутствием в профиле свежих и в разной степени разрушенных обломков карбонатных пород. Мелкозем преимущественно выщелочен от карбонатов. Педогенные карбонаты в виде новообразований отсутствуют. Формируются на карбонатной морене или выветрелой толще элюво-делювия карбонатных пород.

Разделение на роды и виды. Роды выделяют по степени насыщенности поглощающего комплекса (% от суммы обменных оснований): ненасыщенные (<80), насыщенные (>80).

Разделение бурых лесных почв на виды осуществляется по следующим признакам:

По мощности гумусового горизонта, см: крайнемелкие (<10), мелкие (10-20), средне мелкие (20-30), маломощные (30-50), среднемощные (50-80), сверхмощные (<120).

По содержанию гумуса в гумусовом горизонте, %: очень слабо гумусированные (<0,5), слабогумусированные (0,5-1,5), мало гумусированные (1,5-3,0), средне гумусированные (3,0-5,0), сильно гумусированные (5,0-8,0), тучные (>8).

По степени насыщенности почвенного поглощающего комплекса, % от суммы обменных оснований: сильнонасыщенные (<30), насыщенные (30-50), слабоненасыщенные (50-80), насыщенные (>80).

По мощности турбированного горизонта, см (в буроземах турбированных): турбированные (40-60), глубокотурбированные (>60).

Разновидности выделяются по гранулометрическому составу и по степени скелетности.

Разделение почв на уровне разрядов проводится по мощности мелкоземистой и органогенной толщи, генетическому типу почвообразующих пород, литологической прерывистости (Классификация и диагностика почв России, 2004).

Таким образом, буроземы Классификации почв 2004 года соответствуют малощебнистым суглинистым подтипам кислых и кислых оподзоленных почв типа бурых лесных по Классификации 1977 года. А бурые темные соответствуют подтипу бурых лесных слабоненасыщенных почв и частично выщелоченным и оподзоленным подтипам дерново-карбонатных почв.

Также в новой Классификации 2004 года появились ржавоземы, относящиеся к отделу железисто-метаморфических почв, которые ранее не выделялись. Они частично соответствуют подтипам бурых лесных кислых и бурых лесных кислых оподзоленных почв.