Состав и свойство бурых лесных почв

Морфологическое строение профиля

Е. И. Соколова (1947), исследуя бурые горно-лесные почвы Крыма, установила, что они обладают следующими общими морфологическими свойствами:

1) отчетливым разделением на генетические горизонты: А0 – лиственная подстилка, А1 – 15 см гумусово-аккумулятивный горизонт, В – 50 см и С – материнская порода;

2) буроватый тон всего почвенного профиля;

3) большим содержанием корней травянистых растений в гумусовом горизонте и даже в горизонте В, указывающих на развитие дернового процесса;

4) постепенным переходом комковатой структуры гор А1 в комковато-ореховатую и ореховатую горизонтов В1 и В2;

5) глинистостью

6) незначительной мощностью почвенного профиля (70-80 см).

Последнее свойство характерно для всех горных почв.

Окраска буроземов изменяется в пределах почвенного профиля от коричнево-черной или темно-серой в гор. А1 до бурой или коричнево-бурой горизонтов В1 и В2 и приобретает различные оттенки в зависимости от состава материнских пород: серые – на глинистых сланцах, красноватые – на известняках и кварцевом диорите и желтые – на смешанном делювии (Соколова, 1947).

Морфологический профиль бурой лесной типичной почвы слабодифференцирован и состоит из следующих генетических горизонтов (Афанасьева и др., 1979):

А0 – лесная подстилка, мощностью 0,5-5,0 см, состоящая из опада – листьев, хвои и древесных остатков (в распаханных почвах отсутствует);

А0А1 – грубогумусный перегнойный горизонт, темно-серый, рыхлый (в распаханных почвах отсутствует);

А1 – гумусовый горизонт мощностью 10-20 см, темновато-бурый или серовато-бурый, рыхло-комковатой или комковато-зернистой структуры, суглинистый, иногда содержит включения щебня (на пашне гумусовый горизонт выделяется как Апах);

Вt – переходный к породе метаморфический горизонт мощностью 25-50 см, бурый или коричневато-бурый, суглинистый, комковато-ореховатой или зернисто-ореховатой структуры, уплотненный, по граням структурных отдельностей отмечаются коллоидальные органо-минеральные пленки, часто большое количество щебня и обломков породы, переход постепенный;

С – материнская порода представлена, как правило, суглинистым каменисто-щебнистым элювием и элюво-делювием плотных пород, реже мелкоземистыми осадочными породами.

В целом, формула профиля бурой лесной почвы: А0 – А0А1 – А1 – Вt – С

Подтип бурых лесных кислых почв образуется в основном под буковыми, буково-грабовыми, буково-дубовыми и дубовыми лесами, на суглинисто-щебнистых элювиальных и делювиальных бескарбонатных отложениях и имеет следующее морфологическое строение (рис. 4):

А0 – рыхлая подстилка мощностью 1-4 см, состоящая из древесного опада разной степени разложенности;

А0А1 – грубогумусный горизонт мощностью 1-3 см, темно-серый;

А1 – гумусовый горизонт мощностью 5-20 см, темно-бурый или серовато-бурый, суглинистый, комковато-мелкозернистой или порошисто-зернистой структуры, рыхлый (в распаханных почвах заменяется на Апах);

АВt – переходный гумусово-метаморфический горизонт мощностью 15-20 см, серовато-бурый или бурый, щебнисто-суглинистый, комковато-зернистой или комковатой структуры;

Вt – текстурный горизонт мощностью 30-70 см, желтовато-бурый или бурый, комковато-ореховатой структуры, уплотненный, много включений обломков и щебня породы, постепенно переходит в слабовыветрелый элювий.

С – материнская порода представлена суглинистым каменисто-щебнистым элювием и элюво-делювием плотных пород, реже мелкоземистыми осадочными породами.

В качестве примера бурой лесной кислой оподзоленной почвы рассмотрим разрез 226, заложенный В. М. Фридландом (1986) на Кавказе, к западу от г. Деберт, в 2 км к югу от с. Ерси; высота 750 м. Высокоствольный мертвопокровный грабово-буковый лес. На почвообразующей породе – некарбонатной бурой глине.

А0 0 – 2 см. Подстилка свежая.

А2 2 – 18 см. Палевый, непрочной мелкокомковатой структуры; глинистый, свежий; пронизан корнями; переход заметный.

В1 18 – 33 см. Бурый; комковатой структуры; поверхности отдельностей покрыты коричневато-сизым налетом; свежий, довольно плотный; переход заметный.

В2 33 – 52 см. Неровно окрашен в бурые и палево-бурые тона; слабовыражена крупнокомковатая структура; глинистый, плотный, вязкий; переход постепенный.

ВС 52 – 89 см. Такая же глина, более ровного красновато-бурого цвета.

Заметное оподзоливание с поверхности почвы; интересна также сильная ненасыщенность оподзоленного горизонта при слабой ненасыщенности или даже насыщенности нижних горизонтов.

Также В. М. Фридланд отмечает, что везде оподзоленные бурые лесные почвы связаны с нещебнистыми и малощебнистыми почвообразующими породами, в которых выветривание идет слабо, в то время как остальные подтипы бурых лесных почв развиты на щебнистых наносах.

Ю. А. Ливеровский (1987) считает, что причиной ослабляющего развития подзолистого процесса является щебнистость почвообразующих пород. Но, по мнению В. М. Фридланда (1986), влиянием одних лишь освобождающихся оснований роль щебнистости как причины, тормозящей подзолообразование объяснить нельзя. Большая роль здесь принадлежит освобождающимся в процессе выветривания полуторным оксидам.

Физические свойства

Минеральный состав. Для характеристики состава минеральной части почв необходимо иметь данные о стадии ее выветривания, представление о которой может дать лишь исследование вторичных минералов почвы. Исследование состава вторичных глинных минералов является одним из важнейших методов систематики почв, позволяющих достаточно точно определить ряд почвообразования, что связано с зональностью процессов выветривания.

Ф. Шеффер и П. Шахтшабель (1956), В. Лаатч (1957) предложили и проследили экспериментально следующую схему вторичного минералообразования в буроземах, в которых относительная роль тех или иных вторичных минералов в составе будет определяться той или иной стадией выветривания и буроземообразования:

Минералогический состав илистой фракции в определенной степени характеризует особенности процесса оглинивания буроземов.

Минералогический состав фракции 1–0,25 мм, определенной Е. И. Соколовой (1947) для бурых лесных почв в Крыму, обнаружил во всех случаях наличие кварца, лимонита, магнетита, роговой обманки, мусковита, кусков и обломков пород – сланцев, известняков, песчаника и других. Данный состав одинаков для всех пород, которые Е. И. Соколова выделила: кварцевый диорит, известняк, глинистые сланцы, смешанный делювит; и по всему почвенному профилю.

В итоге, по ее мнению, характерными минералами для бурых лесных почв Крыма следует считать: монтмориллонит, гетит и гидрогетит, нонтронит и гидрослюды. Причем гетит был выделен во всех исследованных образцах почв, сформировавшихся на разных почвообразующих породах.

И. Н. Антипов-Каратаев (1947), также исследовав бурые лесные почвы южного Крыма, выявил содержание нонтронита и серецита, и отнес основную группу минералов в состав монтмориллонито-нонтронитовой группы. Благодаря наличию этих минералов в профиле в горизонте В наблюдается высокое содержание Fe2O3, по вытяжке Тамма извлекаемой из этого горизонта 0,5-1%, это намного больше чем в соседних горизонтах.

Ю. А. Ливеровский (1987) считал, что бурые лесные почвы отличаются от подзолистых почв и по составу преобладающих вторичных глинных минералов. По данным И. Геринга (1936) и Ю. А. Ливеровского для бурых лесных почв характерно присутствие кварца, монмориллонита-нонтронита и вторичных слюд.

Б. Ф. Пшеничников (2002) исследуя буроземы Сихотэ-Алиня, отметил присутствие в них хлоритоподобные структуры и иллиты. В меньшем количестве присутствуют разбухающие минералы, хлориты и минералы каолинитовой группы, а среди них часто встречаются смешаннослойные каолинит-смектиты (Пшеничников по Бызовой, 1988). Процесс физического дробления минералов крупных фракций до размера илистых частиц приводит к появлению в иле минералов группы иллитов. При этом наиболее интенсивное обогащение иллитом наблюдается в верхних горизонтах, для которых характерна наибольшая напряженность физико-химического выветривания. Хлоритизация является одним из ведущих процессов оглинивания буроземов япономорского побережья, что отражается в довольно высоком профильном содержании хлоритов и хлоритизированных структур типа хлорит-вермикулита.

Таким образом, исследование состава коллоидных минералов бурых лесных почв, показало, что наиболее характерной чертой этих почв является наличие железосодержащих минералов (Виленский, 1947). А также характерен процесс хлоритизации и высокое содержание иллитов, в особенности в верхних горизонтах, на примере буроземов Дальнего Востока.

Ю. А. Ливеровский (1987) исследуя почвы Северного Кавказа пришел к выводу, что для развития бурых лесных почв можно считать благоприятным, но не решающим фактором, грубоскелетный состав почвообразующей породы, ее богатство первичными минералами в сочетании с климатическими условиями, обеспечивающими интенсивный распад первичных минералов. При обеднении пород первичными минералами происходит оподзоливание почвы.

Гранулометрический состав. Гранулометрический состав (табл. 2) бурых горно-лесных типичных почв тяжелосуглинистый и легкосуглинистый. В составе мелкозема преобладает фракция крупной пыли и содержится до 31,8% ила. Максимум илистой фракции и физической глины приходится чаще всего на верхнюю и среднюю части профиля, что может быть объяснено довольно интенсивно идущим внутрипочвенным выветриванием, приводящим к оглиниванию наиболее деятельной части гумусового профиля – гумусо-аккумулятивного и иллювиального горизонтов (Зонн, 1966; Огородников, Читоркина, 2004).

Таблица 2. Гранулометрический состав горно-лесных бурых типичных почв Центрального Алтая, % (Огородников, Читоркина, 2004)

Горизонт Глубина, см Размер частиц, мм
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 <0,01
А0 0-1 - - - - - - -
А0А 1-5 13,0 23,0 25,1 10,2 13,2 15,4 38,8
А 5-14 11,6 28,3 27 11,2 12,5 15,5 39,3
АВ 14-23 7,8 27,9 23,8 12,5 13,2 14,7 40,4
В 26-36 8,4 24,3 20,8 12,1 16,5 17,8 46,4
ВС 42-52 9,8 25,8 20,7 11,8 16,1 15,6 43,5

Оподзоленные бурые горно-лесные почвы резко выделяются среди остальных подтипов бурых лесных почв. Они формируются на щебнистых и малощебнистых почвообразующих породах, уже сильно выветрелых. Вследствие этого гранулометрический состав этих почв не обнаруживает интенсивного процесса выветривания – количество крупных частиц ничтожно и не уменьшается от нижних горизонтов к верхним (табл. 3). В строении почвы, а также в ее химических свойствах ясно обнаруживается развитие подзолистого процесса (Фридланд, 1986).

Таблица 3. Гранулометрический состав оподзоленной бурой лесной почвы разреза 226, %  (по Фридланду, 1986)

Глубина, см Частицы >1 мм, % от всей почвы Потеря при обработке HCl Размер частиц, мм
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 Обработка H2O2 <0,001
2-7 0 3 1 13 37 16 18 12 11
23-26 0 3 0 10 37 15 19 16 14
40-45 0 3 0 16 27 13 15 26 25
84-89 0 6 0 10 34 13 13 24 -

Н. Д. Градобоев (1958) провел сравнение гранулометрического состава мелкоземистой части бурых лесных почв под лиственничными лесами и кедрачами в пределах Горного Алтая, и обнаружил под кедрачами утяжеление механического состава в нижних горизонтах, главным образом, за счет ясного увеличение иловатой фракции. В почвах же под лиственничными лесами механический состав более постоянен.

Таким образом, Н. Д. Градобоев пришел к выводу, что такое различие в механическом составе складывается за счет частичного вмывания тонких фракций и за счет различий в скорости выветривания минералов, а в частности за счет более интенсивного выветривания и оглинения нижних горизонтов в почвах под кедровыми лесами.

Химические и физико-химические свойства

Физико-химические свойства почв определяются биологической активностью, составом и распределением гумуса по профилю, соотношением Сгк:Сфк, составом почвенно-поглощающего комплекса, реакцией среды и другими показателями.

В. В. Пономарева и Т. А. Плотникова (1980) на примере бурой лесной типичной (неоподзоленной) почвы Карпат определили основные особенности состава гумуса данных почв (табл. 4).

Для бурых лесных почв характерно высокое содержание гумуса в верхних горизонтах доходящее до 10-16% и резкое им обеднение, начиная с глубины 30-40 см. Это же отмечали многие исследователи, например, В. М. Фридланд (1986) в горно-лесных бурых типичных почвах Кавказа определил заметное убывание гумуса вниз по профилю, и колебание количество гумуса в верхней части профиля от 4-5 до 10%. Т. А. Соколова и Г. Я. Смирнова (1968) выделили в горной бурой лесной почве Дальнего Востока содержание гумуса в горизонте А1 до 14-16% и постепенное его падение с глубиной.

По составу гумуса характерно резкое преобладание фульвокислот над гуминовыми кислотами. В большинстве случаев в бурых лесных почвах нет черных гуминовых кислот, а только бурые фракции, растворимые без декальцирования, и их содержание в средней части профиля чаще всего минимальное (Пономарева, Плотникова, 1980).

А. С. Владыченский (1998) выделил, что фракционный состав гумуса имеет ряд общих черт, характерных для всех буроземов под различными растительными формациями. Наиболее представительной в составе гумуса является фракция I гумусовых кислот. Гуминовые кислоты этой фракции составляют около ¾ общего их содержания. Ведущая роль этой фракции в составе гумуса является одной из наиболее характерных черт гумусного состояния горных буроземов. Фульвокислоты этой фракции составляют около половины всех фульвокислот, т.е. тоже являются самой представительной фракцией.

Соотношение Сгк:Сфк колеблется около 1 в гумусовых горизонтах, уменьшаясь с глубиной. Это дает основание отнести гумус бурых лесных почв к гуматно-фульватному и фульватно-гуматному типу. Горно-лесные бурые типичные почвы Горного Алтая, характеризуются гуматно-фульватным типом гумуса, Сгк : Сфк в них колеблется в пределах 0,64-0,98%, а в составе гуминовых кислот преобладает I фракция бурых ульминовых кислот (Огородников, Читоркина, 2004). В составе гумуса бурой горно-лесной почвы Дальнего Востока гуминовые кислоты преобладают только в верхних горизонтах, уступая место фульвокислотам в нижней части профиля, Сгк:Сфк также колеблется в пределах 1 (Соколова, Смирнова, 1968).

В типичных бурых лесных почвах ярко выражено господство желтых и бурых гумусовых веществ, которые почти не способны осаждаться Са, но осаждаются подвижными (несиликатными) формами полуторных окислов, в частности красящим элементом – железом. В сочетании с железом гумусовые вещества придают почвенному профилю характерную бурую окраску, которая в типичных бурых почвах не ослабляется явлением оподзоливания, т.е. на эту окраску не накладывается осветляющее влияние соединений кремния (Пономарева, Плотникова, 1980).

В целом, бурые лесные почвы обладают слабокислой или кислой реакцией и ненасыщенны основаниями. По В. М. Фридланду (1986) горно-лесные бурые типичные почвы имеют слабокислую реакцию, емкость поглощения 10-20 мг-экв. на 100г почвы, причем кверху она увеличивается; поглощающий комплекс несколько ненасыщен. По А. С. Владыченскому (1998) кислотность буроземов в общем не велика, в отдельных случаях достигает 15-20, редко больше мг-экв. на 100г почвы.

Горно-лесные бурые типичные почвы относятся к слабоненасыщенным основаниями. Емкость обмена варьирует в широких пределах и находится в прямой зависимости от содержания и распределения по профилю гумуса (табл.6). Большая сумма обменных катионов характерна для органогенных горизонтов. В собственно гумусовом горизонте емкость обмена меньше и по мере уменьшения содержания гумуса с глубиной снижается. В составе поглощенных катионов преобладает Са. Роль же поглощенного водорода как правило второстепенная. К низу профиля качество поглощенного кальция и водорода уменьшается быстро, тогда как содержание поглощенного магния – постепенно. (Огородников, Читоркина, 2004).

Горные буроземы хорошо обеспечены доступными растениям формами питательных элементов, за исключением фосфора. Богатство их грубым гумусом обеспечивает высокое содержание легкогидролизируемого азота. Обеспеченность калием также весьма высокая, это обстоятельство связано с особенностями почвообразующих пород. Наименьшее количество калия характерно для почв буковых лесов, фосфором же, напротив, эти почвы обеспечены больше (Владыченский, 1998).

Валовой химический состав горно-бурых лесных типичных почв показывает, что заметной дифференциацией профиля по содержанию алюминия, кремния, железа в этих почвах не происходит, соотношения SiO2:R2O3 почти не изменяются по профилю (табл. 5). Наблюдается только некоторое накопление в верхней гумусовой части профиля биогенных элементов: кальция и серы, с постепенным убыванием их содержания к материнской породе. Такой ход по профилю величин молекулярных соотношений и специфика распределения в нем основных оксидов свидетельствует об отсутствии в этих почвах признаков подзолообразования (Огородников, Читоркина, 2004).

Как отмечают Т. А. Соколова и Г. Я. Смирнова, в бурых лесных почвах Fe2O3 и Al2O3 мало подвижны, поэтому они интенсивно накапливаются в профиле, особенно в верхних горизонтах, где наиболее интенсивно идут процессы выветривания. Накопление Mg, вероятно, связано с закреплением его в форме глинных минералов и частично с биологической аккумуляцией. В бурых лесных почвах накопление Fe2O3 в профиле происходит в трех формах: в виде пленок на поверхности минеральных зерен и агрегатов, в составе глинных минералов и в форме конкреций (Соколова и Смирнова по Зимовцеву, 1962).

С. В. Зонн (1974) отмечал, что формы соединения железа, их соотношение и распределение могут быть определяющими в установлении того или иного свойства почвы. В целом для буроземообразования им были предложены следующие диагностические соотношения форм соединений железа: преобладание слобокристаллизованных их форм и возрастание их содержания с глубиной при одновременном уменьшении содержания аморфных и сильноокристаллизованных форм соединений железа. Содержание аморфных соединений железа уменьшается с глубиной, что является следствием биогенной его аккумуляции. Содержание же окристаллизованных форм, как правило, увеличивается с глубиной и тем интенсивней, чем сильнее и длительней переувлажнение, что связано с высокой подвижностью FeO и его кристаллизацией в горизонтах с достаточным доступом кислорода и достаточной длительностью периодов относительной их сухости. По мнению С. В. Зонна особенностью буроземов является среди окристаллизованных соединений несиликатного железа, преобладание его слабоокристализованных форм.

Итак, основные диагностические признаки бурых лесных почв это слабокислая реакция, низкие величины насыщенности, преобладание фульвокислот в составе гумуса, резкое убывание содержания гумуса по профилю, интенсивное накопление в профиле полуторных оксидов, узкое отношение SiO2/R2O3 и преобладание аморфных соединений железа над окристаллизованными, доминирование среди соединений окристаллизованного железа слабоокристаллизованных его форм.