Почвы лесной зоны

2.2 Воздействие широколиственного леса на почву

Данный вопрос целесообразно рассмотреть на примере дубрав - сложных многоярусных насаждений, через кроны которых проникает достаточно света для развития подлеска и травяного покрова. В первом ярусе преобладает дуб с небольшой примесью ясеня, липы; во втором, кроме липы, — клен остролистый, ильм, в подлеске — клен татарский и полевой, лещина, бересклет и др.

Дубовый лес создает значительно  большую массу органического вещества, чем хвойно-широколиственный. Количество ежегодно синтезируемого органического вещества в зависимости от возраста древостоя колеблется от 80 до 300 ц/га. Наибольшая масса создается в возрасте примерно 20—40 лет. Кроны широколиственного леса задерживают немного атмосферных осадков, меньше, чем хвойные. В среднем за год через кроны проникает 82—86% от выпадающих осадков. В зимнее время лишенные листьев кроны задерживают только 3—5%, в летнее время, в зависимости от сомкнутости крон, —18—36% [10, 17].

Дубовый лес вовлекает  в биологический круговорот большее количество азота и зольных элементов, чем хвойный. В максимальном количестве широколиственный лес берет из почвы кальций, второе место занимает азот, третье — калий, четвертое — кремний, пятое - магний, далее идут остальные элементы. Значительная часть вовлекаемых в биологический круговорот элементов ежегодно возвращается в почву с опадом и сухостоем. Большое значение имеет поступление с отмирающими частями широколиственных пород оснований (4,5—6,5 кг^.экв/га). Этого количества оснований хватает на нейтрализацию не только минеральных, но и значительной части органических кислот, образуемых в процессе минерализации лесной подстилки. В результате в подстилке такого леса преобладает слабокислая активная реакция. П. С. Погребняк наблюдал в некоторые периоды накопление в подстилке небольших количеств (0,2—0,4%) углекислого кальция.

Ранней весной через  лишенные листьев кроны беспрепятственно проникают солнечные лучи. В это время поверхность почвы покрыта пестрым ковром цветущих лесных эфемероидов: пролески, или подснежника (Scilla sibirica), ветреницы лютиковой (Anemone ranunculoides), хохлаток (Corydatis Hailed, С. Marschalliana), гусиного лука (Gagea luted) и др. Они дают надземную массу порядка 2—5 ц/га. Когда деревья оденутся листвой, приток к поверхности почвы солнечных лучей сокращается.

Многоярусность корневых систем травянистой, кустарниковой и древесной растительности позволяет черпать влагу и элементы питания из большого объема почвы. Просачивающиеся в глубь почвы растворы встречают на своем пути как бы ряд задерживающих экранов в виде последовательной смены ярусов корневых систем, которые поглощают из почвы влагу и растворенные в ней элементы питания. Широколиственный лес расходует на транспирацию больше влаги, чем хвойный. Все это сильно ослабляет вымывание из почвы растворимых соединений, особенно в условиях глубокого залегания грунтовых вод.

На разложение опада  широколиственных пород и перемешивания его с почвой существенное влияние оказывают земляные черви, личинки насекомых и другие почвенно-подстилочные животные, которые в большом количестве населяют почвы описываемых лесов.

Рис 1.  Схема строения травяного покрова из дубравного широкотравья.

2.3 Строение и свойства серых лесных почв

По содержанию перегноя различают светло-серые, серые и темно-серые лесные почвы. В большинстве случаев имеется связь между содержанием перегноя и степенью оподзоленности: светло-серые имеют более выраженные признаки оподзоленности, а темно-серые – более слабые. От этой общей закономерности имеются отклонения, обусловленные особенностями исторического развития [12, 29].

Собственно серые лесные почвы, глинистые и суглинистые, по механическому составу имеют следующие строение (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема строения серых лесных почв.

Лесная подстилка небошлоьшой  мощности (около 2 см.) состоит из двух слоев: верхнего (слой L) – из опавших личтьев, веток, плодов, сохранивших морфологичесое строение, и нижнего (слой F), в котором растительные остатки частично разрушены и изменены ферментативными процессами.

Под лесной подстилкой находится  перегнойно-аккумулятивный горизонт А₁. Он имеет серую с коричневатым или буроватым оттенком окраску, светлеющую с глубиной. Структура острореберная, мелкоореховатая, иногда комковато-зернистая. Горизонт густо переплетен корнями древесном, кустарниковой и травянистой растительности. Сложение плотноватое. Переход к следующему горизонту постепенный по окраске и структуре.

Приблизительно с глубины 12—15 см начинается подгоризонт А₁А₂, который имеет более светлую серую окраску.

Структура ореховатая, с  глубиной укрупняется. Поверхность  структурных отдельностей покрыта  белесой кремнеземистой присыпкой. В некоторых случаях при разламывании структурных отдельностей в них также обнаруживается кремнеземистая присыпка. Встречаются ходы червей и копролиты. Сложение плотноватое. Корней меньше, чем в А₁ преобладают корни деревьев и кустарников.

С глубины около 40 см начинается иллювиальный горизонт (В). Его верхняя переходная часть (B₁) имеет буровато-серую окраску, местами темно-бурую. Структура крупноореховатая с тонкой кремнеземистой присыпкой на поверхности структурных отдельностей. При измельчении структурных отдельностей заметно посветление и побурение. Небольшое количество корней древесной растительности. Переход к подгоризонту (В₂) постепенный по окраске, ясный по плотности.

Примерно на глубине 60—70 см наблюдается посветление окраски; сильнее выступает бурый тон. Структура из ореховатой переходит в призматическую. Сложение становится более плотным. По приведенным признакам выделяют подгоризонт В₂. В этом горизонте встречаются темно-серые, почти черные, потеки перегнойных веществ. Местами буроокрашенные части приобретают красноватый оттенок. Поверхность структурных отдельностей покрыта темно-коричневой, почта черной, пленкой. Редко встречаются древесные корни [15, 98].

Глубже идет постепенный  переход к материнской породе. Со 120 см преобладает бурая окраска с красноватым оттенком. Окраска горизонта зависит от характера материнской, породы. Структура глыбисто-призматическая, более крупная. Сложение еще плотнее. Это подгоризонт В₃. Карбонаты в форме лжегрибницы встречаются с глубины 150 см и более.

От приведенного типового описания серых лесных почв, светло-серые лесные почвы отличаются более светлой окраской перегнойно-аккумулятивного горизонта, меньшей мощностью окрашенного перегноем слоя (A + B₁) и, большей частью, возрастанием кремнеземистой присыпки. В противоположность им темно-серые лесные почвы имеют более темную серую окраску перегнойно-аккумулятивного горизонта; мощность окрашенного перегноем слоя большая (см. рис. 2).

Общая масса лесной подстилки  сильно колеблется по временам года. В середине лета она составляет 10—15 т/га сухого вещества, осенью возрастает на величину опада (3— 5 т/га). В составе лесной подстилки аккумулированы: азот (1,5—2,0%), кальций (около 2%), калий (около 1%), фосфор (около 0,2%) и т. д. Активная реакция рН около 6,0.

Содержание перегноя в горизонте А₁ меняется в довольно широком интервале. С этим связано деление типа серых лесных почв на подтипы. С глубиной содержание перегноя резко убывает. В европейской части содержание перегноя в светло-серых лесных почвах колеблется от 2—3% в западных районах до 5% в восточных; в серых лесных почвах — соответственно от 3—4 до 6—8%; в темно-серых от 3,6—4,4 до 8—9%. Таким образом, с запада на восток наблюдается возрастание содержания перегноя, а вместе с ним и азота.

Почвы типа серых лесных относятся к почвам, ненасыщенным основаниями. Кроме кальция и магния они содержат в обменном состоянии Н-ионы. С глубиной степень насыщенности основаниями возрастает. Обменной кислотности обычно нет или она очень невелика. Активная реакция слабокислая.

Физические свойства описываемых почв зависят от их механического состава, характера структуры и сложения. Верхние горизонты (A₁ + А₁А₂) с менее крупной ореховатой структурой и более рыхлым сложением, обогащенные перегноем и густо пронизанные корнями, отличаются большей общей и действующей скважностью. В отличие от них иллювиальный горизонт с более крупными структурными отдельностями, с большей плотностью сложения и менее пронизанный корнями имеет более низкую общую и действующую скважность (табл. 2).

Таблица  2. Физические свойства серых лесных суглинистых почв

Сравнительно высокая  действующая скважность верхней  части профиля обеспечивает высокую  воздухоемкость и способность к аэрации. Водопроницаемость—10—15 мм в час, что обеспечивает поглощение талых снеговых вод и ливневых осадков. Иллювиальный горизонт в силу пониженной действующей скважности ограничивает дальнейшую фильтрацию влаги. Это ведет к образованию внутрипочвенного горизонтального стока. Полевая влагоемкость слоя в 150 см составляет 400—500 мм.

Вследствие высокой  влагоемкости серых лесных почв и  значительного расхода влаги  на транспирацию широколиственным лесом  все летние осадки задерживаются  в почвенном профиле. Сквозное промачивание имеет место только весной, когда в течение небольшого промежутка времени в почву поступают талые снеговые воды, усиленные весенними дождями. По классификации А. А. Роде, тип серых лесных почв характеризуется периодически промывным режимом, при котором сквозное промачивание почвы происходит только весной и не каждый год.

Следует подчеркнуть  двойственный характер строения почв типа серых лесных. Отчетливая расчлененность профиля на обедненный полуторными  окислами элювиальный горизонт и  обогащенный ими иллювиальный, а  также отмеченное выше расчленение  профиля по физическим свойствам указывает на сходство строения его с профилем дерново-подзолистых почв. Значительная обогащенность перегноем, возрастающая емкость поглощения катионов, высокая степень насыщенности основаниями, слабокислая активная реакция, структурное состояние служат отличием от дерново-подзолистых почв. В темно-серых лесных почвах указанные изменения настолько выражены, что начинает проявляться сходство их с почвами черноземного типа. В качестве переходного подтипа некоторые исследователи выделяют подтип северных (или деградированных) черноземов; другие (А. Н. Набоких, Д. Г. Виленский) не считают это целесообразным, относя их к темно-серым лесным почвам.

2.4 Генезис серых лесных почв

В. В. Докучаев рассматривал серые лесные почвы как самостоятельный генетический тип, который образуется под воздействием на материнскую горную породу широколиственного леса. Он полагал, что подобно тому, как два главных типа растительности — лесная и степная — образуют различные почвы, так и разная лесная растительность приводит к формированию отличных почв: под хвойными лесами образуются подзолы, под дубравами — серые лесные почвы. Более детально процесс формирования профиля серых лесных почв не был им освещен.

Иные взгляды на генезис  развил С. И. Коржинский — современник В. В. Докучаева. Наблюдая в пространстве географический ряд: хвойные леса на подзолах — дубравы на серых лесных почвах — степи на черноземах, С. И. Коржинский пришел к отождествлению этого ряда с генетическим. Он считал, что названные растительные формации и свойственные им типы почв — стадии последовательного развития.

Однако правильно определить направление развития С. И. Коржинский не смог, так как в своих работах исходил из ошибочной концепции о развитии жизни на Земле по нисходящей линии. Поэтому и развитие почв во времени он представлял как последовательный переход от более плодородных черноземов к менее плодородным подзолам.

По мнению С. И. Коржинского, серые лесные почвы возникли в результате наступления леса на степь. Поселение на черноземе широколиственного леса обусловило деградацию или иначе — обеднение чернозема и переход его в серьге лесные почвы. Последующее вытеснение широколиственного леса хвойными породами должно приводить к переходу серых лесных почв в подзолы. Хотя эти предположения не были подтверждены соответствующими исследованиями в природе и лаборатории, они получили в прошлом на некоторое время широкое признание.

В дальнейшем непосредственные исследования почв под лесными посадками  на черноземе не обнаружили деградации (оподзоливания) чернозема под воздействием лесной растительности. Зернистая структура черноземов под широколиственным лесом не разрушалась, как утверждал С. И. Коржинский, а, наоборот, приобретала большую водопрочность; содержание перегноя увеличивалось и т. д. Более высокое содержание перегноя на поверхности структурных отдельностей серых лесных почв также указывало на его новообразование, а не разрушение. Против теории наступления леса на степь как общей линии развития говорило более позднее появление на земле травянистой растительности, которая была вынуждена заселять территории, ранее занятые лесом. Следовательно, травянистая растительность обладала способностью вытеснять лесную, а не наоборот.