Ковда В.А., Розанов Б.Г. (ред.) Почвоведение. Часть 1 Почва и почвообразование

Подождите немного. Документ загружается.

пени обеднения или обогащения коры выветривания теми или

иными компонентами. Однако все они имеют ту или иную долю

условности. Наиболее надежные результаты получаются при опе-

рировании не с относительными величинами, а с запасами тех

или иных элементов (табл. 61).

Таблица 6]. Потери элементов при аллитном выветривании

(ферраллитизации) авгит-лабрадоритового порфирита в районе Батуми

(Н. А. Лисицына, М. А. Глаголева, 1968)

Элемент

Содержание в

исходной поро-

де

d =

2,61

Содержание в

коре выветрива-

ния

= 1,13

Потери от ис-

ходной породы

мг/см

21,18

563,38

15,23

166,76

70,4

396,62

мг/см

0,56

14,90

1,47

10,76

27,8

4,14

мг/см

0,14

3,56

0,09

1,05

71,6

2,55

мг/см

9,36

244,72

13,9

153,1

37,4

91,62

мг/см

6,42

168,9

11,17

125,18

25,9

43,72

Са

мг/см

7,0

181,8

0,46

5,15

97,2

176,65

мг/см

3,41

89,78

0,66

7,34

91,8

82,44

мг/см

1,63

42,99

0,21

2,23

94,8

40,76

мг/см

1,63

42,89

0,06

0,77

48,2

42,12

Поскольку при выветривании элементарные процессы дейст-

вуют с неодинаковой скоростью, а подвижность (степень вы-

носа) продуктов выветривания также различна, формирующиеся

коры выветривания могут быть расположены в определенные

хронологические ряды — хронокатены, находящиеся на последо-

вательных стадиях выветривания.

Идея стадийности выветривания нашла свое выражение еще

в трудах К. Д. Глинки. Исследовавший подробно этот вопрос

Б. Б. Полынов установил следующие последовательные стадии

развития кор выветривания в элювиальном процессе: 1) обло-

мочная; 2) обызвесткованная; 3) сиаллитная насыщенная;

4) сиаллитная ненасыщенная (выщелоченная); 5) аллитная.

Определенным стадиям выветривания соответствуют и опреде-

ленные группы и соотношения первичных и вторичных минера-

лов, как это было установлено И. Д. Седлецким. Последующие

исследования вскрыли еще более сложную стадийность вывет-

ривания, причем разную на разных типах горных пород и в

328

разных климатических условиях, что подробно описано в спе-

циальной литературе по процессам выветривания.

Типы кор выветривания. В соответствии со стадийностью про-

цессов выветривания и геохимическими особенностями выделя-

ются типы кор выветривания, характерные для тех или иных

почвенно-геохимических ландшафтов, ассоциаций, формаций.

Для целей генетического почвоведения наиболее приемлема сле-

дующая обобщенная схема, в которой коры выветривания клас-

сифицируются на нескольких уровнях:

по возрасту образования и характеру залегания:

современные (голоценового возраста)

древние (доголоценового возраста)

ископаемые (погребенные или заново вышедшие на поверхность)

переотложенные

по геохимическому типу:

элювиальные (остаточные)

ортоэлювий (на плотных магматических породах)

параэлювий (на плотных осадочных породах)

неоэлювий (на рыхлых четвертичных осадочных породах)

транзитные (элювиально-аккумулятивные)

аккумулятивные

по вещественному составу, отражающему стадийность вы-

ветривания:

обломочные (преобладание свежих обломков плотных пород)

засоленные (присутствие водорастворимых солей)

загипсованные (присутствие гипса)

обызвесткованные (присутствие СаСО

)

доломитизированные [присутствие CaMg (СО

)

]

сиаллитные насыщенные (SiО

:Al

> 2; преобладание Са

или Na

в обменном комплексе)

сиаллитные ненасыщенные (SiО

:Al

>2; преобладание Н

или Аl

в обменном комплексе)

ферсиаллитные (SiO

:Al

> 2; Fе

> Аl

)

ферритные (ожелезненные) (преобладание Fe

)

альферритные (SiO

:Al

< 2; Fe

>Al

)

ферраллитные (SiO

:Al

< 2; Fe

< А1

)

аллитные (бокситовые) (SiO

:Аl

<2; преобладание Аl

Естественно, как всегда в природе, реальность много слож-

нее любых схем, поэтому обычно распространены разнообразные

переходные или смешанные коры выветривания. Иногда выде-

ляют коры выветривания и по характеру преобладающих (типо-

морфных) глинистых минералов: иллитовые, монтмориллонито-

вые, каолинитовые, гиббситовые, отражающие стадийность вто-

ричного минералообразования.

Поскольку коры выветривания служат непосредственным суб-

стратом для почвообразования, определение соотношения в поч-

вах продуктов выветривания и почвообразования имеет крайне

важное значение в генетическом анализе почв.

329

18.4. Денудация суши

О скорости и интенсивности большого геологического круго-

ворота веществ и процессов выветривания можно судить по

приблизительным оценкам общей денудации суши. Наиболее

детальная оценка общего денудационного потока с суши и экзо-

генного поступления веществ на сушу была сделана С. П. Горш-

ковым (1980), давшим следующую схему денудационного балан-

са (в млн. т/год):

Общий снос вещества суши 52 990

A. Вынос в океан 27 080

поток твердого вещества речного стока 17 444

поток растворенных веществ речного стока 3 403

поток моренного материала . . 2 393

поток продуктов абразии . . . . 700

поток эолового материала . .... 2 000

поток растворимых веществ подземного стока 1 000

сбрасывание с кораблей 140

Б Улавливание во внутренних водоемах 18 210

аккумуляция в озерах 4 830

аккумуляция в водохранилищах 13 380

B. Высвобождение компонентов атмо- и гидросферы 7 700

окисление почвенного гумуса ... 1 000

окисление органики стратисферы при денудации .... 200

высвобождение воды из минералов и мерзлых пород .... 100

высвобождение при сжигании топлива 6 400

Общий привнес вещества на сушу (без учета областей совре-

менного материкового оледенения) . . 4 043

поток циклических солей 580

поток космического вещества .... 1

связывание компонентов атмо- и гидросферы в минералах 1 862

аккумуляция в торфяниках 100

возобновление почвенного гумуса . . .... 1 500

Денудационный баланс суши . . . . — 48 947

Обобщая приведенные данные, можно отметить, что денуда-

ционный баланс суши земного шара, составляющий

—48,9 млрд. т/год, складывается из экзогенного приноса ве-

щества (4 млрд. т/год) и выноса вещества в океан (27,1 млрд.т/

год), во внутренние водоемы (18,2 млрд.т/год) и в атмосферу

(7,7 млрд.т/год). При этом надо иметь в виду, что в данных

расчетах не учтена эндогенная составляющая большого геоло-

гического круговорота, т. е. поступление вещества на поверх-

ность из глубин планеты.

Усредненные значения денудации не дают достаточного пред-

ставления о ее конкретных проявлениях в разных точках земной

поверхности, которые весьма сильно различаются в зависимости

от природных условий и антропогенных воздействий. С одной

стороны, общий вынос вещества из горных территорий должен

был бы втрое превышать вынос с равнин, поскольку скорость

природной денудации в горах на порядок выше, чем на равнинах,

а соотношение площадей гор и равнин на суше примерно 2:7.

С другой стороны, ускоренная антропогенная денудация равнин

приводит к тому, что общая денудация суши больше на равни-

ззо

нах, чем в горах. По подсчетам С. П. Горшкова (1980) общая

антропогенная денудация суши превышает фоновую природную

в полтора раза, а локально эти различия возрастают в сотни

и тысячи раз.

Если принять, следуя С. П. Горшкову, общий вынос вещест-

ва с суши равным 48 947 млн•т/год, а общую площадь внелед-

никовой суши без площади внутриконтинентальных водоемов

считать равной 130 млн•км

, то общий усредненный модуль де-

нудации суши составит 375,5 т/км

•год, или 3,765 т/га•год, из

которых 150,5 т/км

•год — средний модуль фоновой денудации,

а 226 т/км

•год— модуль антропогенной денудации. Это сильно

усредненная для всей поверхности суши Земли суммарная дену-

дация, включающая как природную фоновую, так и антропоген-

ную. На самом деле интенсивность антропогенной денудации

по крайней мере на порядок выше, а фоновой — на два-три по-

рядка ниже, т. е. деятельность человека на земной поверхности

уже привела к увеличению геологической денудации суши ми-

нимум в 1000 раз по сравнению с дотехногенным периодом

на пространствах, затронутых этой деятельностью.

Представления о различиях в скорости денудации в бассей-

нах различных рек мира дают следующие примеры среднего

модуля твердого стока в т/км

•год:

Г.нисей 4 Ганг 1 400

Конго (Заир) ... 16 Хуанхэ 2 600

Амазонка 60 Чинг (приток Хуанхэ) 7 900

Миссисипи .... 97 Нианголоко .... 17000

Колорадо 380

Очень существенны различия в денудации поверхности, обус-

ловленные антропогенными изменениями растительного покрова.

П. Урсик (1965) привел следующие данные для модуля поверх-

ностного твердого стока с водораздельных пространств в север-

ной части штата Миссисипи, США, в т/км

•год:

пахотные земли . . . 5000 истощенный лес ... 22

пастбищные земли . . 3600 посадка сосны . . . 4,5

заброшенное поле . . 29 зрелый сосновый лес 4,5

Природная фоновая денудация суши балансируется вовлече-

нием в процессы выветривания все новых толщ исходных горных

пород, что поддерживает квазиравновесную среднюю мощность

почвенного покрова планеты, определяя его педосферную устой-

чивость. При этом поддерживается и его биогеохимическая ус-

тойчивость, поскольку в выветривание и почвообразование вов-

лекаются все новые порции первичных минералов горных пород,

обеспечивая, несмотря на постоянно идущий вынос элементов

в океан, достаточный их запас для нормального функциониро-

вания биосферы.

Развитие антропогенной денудации, в несколько раз превы-

шающей по своей интенсивности природную фоновую, приводит

331

к двум важным последствиям. Во-первых, выветривание не пос-

певает за денудацией и не компенсирует денудационные потери

элементов, что снижает устойчивость и продуктивность биосферы

в целом. Во-вторых, при антропогенной денудации (эрозии)

уничтожаются поверхностные почвенные горизонты, наиболее бо-

гатые гумусом, и в наибольшей степени обогащенные элемен-

тами — биофилами, что в еще большей степени нарушает функ-

ционирование биосферы. В конечном итоге это ведет к антропо-

генному опустыниванию, которым в настоящее время затронуто

минимум 30% суши земного шара, и резкому падению или пол-

ному уничтожению биосферного потенциала (И. С. Зонн, 1986).

18.5. Малый биологический круговорот веществ

Важнейшую роль в большом геологическом круговороте

веществ играют малые биологические и техносферные циклы,

попадая в которые элементы надолго выключаются из глобаль-

ного геохимического потока, многократно участвуя в бесконеч-

ных преобразованиях вещества земной поверхности. Особенно

большое значение для почвообразования имеет малый биологи-

ческий круговорот веществ, обеспечивающий циклическую дина-

мику биогеохимии почвообразования.

Что касается зольных элементов, то существо их малого

биологического круговорота сводится к потреблению растениями

элементов из почвы, их участию в биохимических процессах

и возвращению в почву после отмирания растений (часть от-

чуждается животными организмами и возвращается в почву пос-

ле их отмирания). Более сложны циклы углерода и азота, за-

трагивающие и атмосферу. Часть освобождаемых при отмира-

нии организмов элементов возвращаются в большой геологиче-

ский круговорот через атмосферу и гидросферу, но через по-

средство выветривания и почвообразования в биологический кру-

говорот вовлекаются новые порции элементов.

Под влиянием хозяйственной деятельности человека резко

меняется ход биологического круговорота веществ в результате

совместного действия ряда факторов: 1) уничтожение природ-

ной биоты и смена ее на: а) культурную биоту сельскохозяйст-

венных полей; б) новую биоту пастбищ и выпасаемых живот-

ных; в) новую биоту при лесоразработках, как правило, менее

продуктивную; 2) отчуждение и потребление биологической про-

дукции, обычно за пределами той экосистемы, где она получена;

3) внесение искусственных удобрений и других химических ве-

ществ; 4) изменение почвенных режимов и биогеохимических

условий миграции элементов (рН, Eh, аэрация среды, условия

увлажнения).

Различия между биологическими круговоротами в природ-

ных и антропогенных экосистемах хорошо иллюстрируются при-

мерами циклов азота на суходольном лугу (рис. 59) и пше-

332

Рис. 59. Годовой цикл азота в экосистеме суходольного луга (И. М. Рыжова, 1973).

[Запасы (в блоках) и потоки (кружки на стрелках) N даны для 40 см корнеобитае-

мого слоя в г/м

]

АТМОСФЕ Р А

0.42

5,95

0,08

0,21

Зеленая

фитомасса

3,2

Отмирание растений

6.45

Мертвая

наземная

фитомасса

3,65

1.5

2,8

3.7

Микробы

Иммобилизация

4,17

Азотфиксация

2,45

Подземная

фитомасса

7,1

2,4

Гумификация

Аммонификация

Гумус

1088

Поступление NH

с осадками

Поступление NO

с осадками

Денитрификация

Поглощение растениями

1,96

Минерализация

Обменный

аммоний

2,76

10,3

Нитрификация

Нитраты

следы

0,2

0,34

0,26

Грунтовые

воды

Фиксированный

аммоний

16,7

Фиксация

Освобождение

Рис 60 Фрагмент (трехмесячный) цикла азота в агроэкосистеме поля озимой

пшеницы после уборки урожая (В. В. Зеленев, 1983) (Запасы (в блоках) N даны

в начальный (август) и конечный (октябрь) периоды наблюдения в кг/га, потоки

N (в кружках на стрелках) даны в кг/га]

АТМОСФЕ Р А

2 О

О 6

9 7

1 4

Стерня

5,7(4,1)

Остатки

предшественников

13,1 (13,0)

О 1

Азотфиксация

1,6

Микробы

и гумус

3082,1 (3037,2)

Подземная

фитомасса

25,4 (20,3)

5 1

Иммобилизация

Поступление NH

с осадками

1 О

Денитрификации

Иммобилизация

Аммонификация

Поступление NO

с осадками

Нитраты

25,4 (11,5)

Обменный

аммоний

53,5 (23,0)

84 9

Нитрификация

Фиксация

Грунтовые

воды

1 2

1 7

Фиксированный

аммоний

111,3 (113,0)

ничном поле (рис. 60). Роль

антропогенного фактора в аг-

роэкосистемах четко видна на

примере цикла фосфора в

хлопколюцерновом севооборо-

те, сопряженном с животновод-

ческим комплексом (рис. 61).

Объем, или «емкость», био-

логического круговорота в от-

ношении того или иного эле-

мента определяется, во-первых,

характером его потребления

организмами (степенью био-

фильности элемента) и, во-вто-

рых, запасом его доступных ор-

ганизмам соединений в среде.

Различные природные экосис-

темы довольно существенно

различаются между собой по

объему биологического круго-

ворота как в целом, так и по

отдельным вовлекаемым в него

элементам (рис. 62). Сущест-

венно различны в этом отно-

шении, например, хвойные и широколиственные леса. На еди-

нице площади первые потребляют почти в 4 раза меньше калия,

в 2,5 раза меньше кальция, в 3 раза меньше магния, а по по-

треблению азота, фосфора и серы они близки между собой.

Согласно подсчетам Т. В. Григорьевой (1980) ежегодно на

суше в процесс фотосинтеза зеленых растений вовлекаются

35 млрд. т углерода (СО

) из атмосферы (Б. Болин, 1972)*, из

которых 10 млрд. т возвращается в атмосферу в результате ды-

хания, а 25 млрд т после их отмирания поступает в почву и ис-

пользуется для гумусообразования. Теоретически, поскольку

средний общепланетарный запас гумуса в годовом цикле остает-

ся неизменным (квазистабильное равновесное состояние гуму-

сферы), ежегодно из почвы в атмосферу должно также выде-

литься 25 млрд. т в виде СО

. Этот мощный транзитный еже-

годный поток углерода через почву (транзитный в глобальном

биогеохимическом смысле) сопровождается многочисленными

биохимическими и химическими реакциями, осуществляющимися

в почве преимущественно при участии населяющих ее организ-

мов. Квазистабильное состояние гумусферы, естественно, имеет

место лишь на климаксной стадии почвообразования. На ста-

диях развития и эволюции почв идет либо аккумуляция гумуса,

* По оценке А. А. Ничипоровича (1972) эта величина в млрд т составляет –

25, по А. И. Перельману (1972) – 20, по В. Шонборну (1972) – 16,7

Рис 61 Годовой цикл фосфора в агро-

экосистеме Андижанской обл (по дан-

ным С А Кудрина, 1947)

поступление 1 – с удобрениями

(150 кг/га), потребление X – хлопчатни-

ком (97 кг/га), Л – люцерной (23 кг/га),

всего 120 кг/ч, п – неиспользованный ос

таток удобрений (30 кг/га), возвращает

ся, 2 – с пожнивными остатками хлоп-

чатника (15 кг/га), 3 – с пожнивными ос-

татками люцерны (5 кг/га), 4 — с наво

зом (19 кг/га), всего 30 кг/га, отчуж

дается а — с хлопком (82 кг/га), б —

с продукцией животноводства (0,2 кг/га),

в — с потерями навоза (8 кг/га), всего

90,2 кг/га, неиспользуемый баланс в поч-

ве к концу цикла 60 кг/га – переход в не

доступные растениям фосфаты

335

преобладание его син-

теза над разложением,

либо снижение гумусо-

вых запасов при преоб-

ладании процессов раз-

ложения. И те и дру-

гие примеры ивестны и

хорошо изучены. В ча-

стности, установлено,

что за последнее сто-

летие черноземы поте-

ряли одну треть своих

гумусовых запасов в

результате интенсивно-

го земледелия без дол-

жной заботы о поддер-

жании их гумусового

состояния Значитель-

ные потери гумуса име-

ют место при эрозии

почв и антропогенном

опустынивании, при во-

влечении в земледелие

почв тропических лесов и саванн. Глобальный цикл углерода

существенно изменен и в результате сжигания больших коли-

честв ежегодно продуцируемой биомассы в качестве топлива, а

также при лесных и степных пожарах Вероятно, можно ска-

зать, что в общепланетарном масштабе годовой почвенный цикл

углерода идет с дефицитом, т е идет разрушение гумусферы

планеты, что может в конечном итоге сказаться на функциони-

ровании и устойчивости биосферы в целом. Видимо, и с этим

процессом в какой-то степени связан наблюдающийся рост кон-

центрации СО

в атмосфере, а не только с техногенным потоком

от сжигания ископаемого топлива

Для поддержания устойчивости биосферы гумусовый баланс

почв в годовом цикле должен быть либо положительным, либо

нулевым. Дефицитный годовой баланс гумуса крайне опасен

экологически.

В природных экосистемах на гумификацию поступает лишь

незначительная доля вовлекаемого в фотосинтез углерода атмо-

сферы (рис. 63) Значительная часть его возвращается в атмо-

сферу при дыхании организмов и при минерализации мертвого

органического вещества

100

Рис 62 Ежегодный круговорот элементов в при

родных экосистемах европейской части СССР,

кг /га (Т. И. Евдокимова и др , 1976)

1 – тундры и лесотундры, 2 – хвойные леса, 3 –

широколиственные леса лесостепи, общая высота ко

лонки – потребление, a – возврат, б – накопление в

истинном приросте

18.6. Миграционные потоки элементов

Поведение того или иного элемента в конкретных экосистемах

биосферы и их почвах определяется комплексом миграционных

параметров, связанных с химическими свойствами элемента и его

336

Рис. 63. Годичный биологический цикл углерода, ц/га, при нулевом гумусовом балансе почвы в экосис1емах луговой степи (А)

и пахотного поля (Б)