| Григорьев А.А. | Субарктика |
Процессы почвообразования в Субарктике тесно переплетаются с процессами формирования тундрового микрорельефа, описанными в предыдущей главе. Процессы эти в Большеземельской Субарктике наиболее детально изучены Ю. А. Ливеровским (1934, 1937). В Малоземельской тундре их изучал А. А. Владимирский (1938).
Условия почвообразования. Самым характерным для почвообразования в восточноевропейской Субарктике является то, что оно осуществляется при очень низких температурах почвы, что сильно ослабляет интенсивность химических и отчасти микробиологических процессов. В частности, в Субарктике крайне ослаблено химическое выветривание. Не менее важно, что почвообразование протекает здесь в условиях избыточного увлажнения. В начале теплого периода уровень почвенных вод по большей части находится очень близко от земной поверхности. В наиболее теплое время, когда испарение сильнее, почва с поверхности несколько подсыхает, суглинистые почвы подсыхают чаще всего на глубину 2-3, редко 5-6 см, причем на глубине 15-20 см содержание влаги и тогда очень велико.
В таких условиях пленочная влага поднимается вверх. В конце теплого периода почвы снова пропитываются влагой, что сопровождается кратковременным периодом нисходящих движений гравитационной влаги в самых поверхностных горизонтах почвы, с последующим поднятием уровня почвенных вод почти до дневной поверхности. При промерзании почвы осенью кристаллизация влаги в самых поверхностных частях почвы вызывает поднятие пленочной влаги вверх. Таким образом, в общем, высокое стояние почвенных вод и восходящие перемещения последних здесь явно преобладают, почему проникновение в почву кислорода воздуха затруднено, ограничиваясь лишь самым поверхностным горизонтом, и то только в короткие периоды времени. Это сводит почти на нет окислительные процессы. Горизонтальное передвижение почвенных вод, а вместе с ними и растворимых соединений, сильно затруднено беспокойным подземным рельефом вечной мерзлоты и большим распространением территорий лишь с весенним стоком (а также бессточных). К югу возможность горизонтального выноса растворимых веществ несколько возрастает в связи с увеличением мощности оттаивающего слоя.
Несмотря на слабый вынос растворимых минеральных веществ, количество растворимых минеральных солей в почве не велико вследствие медленного развития химического распада горных пород и минералов. При наличии описанных почвенно-гидрологических условий в настоящее время здесь сильно развит глеевый тип почвообразования.
Исключение могут представлять песчаные грунты, да и то лишь в том случае, если верхний уровень вечной мерзлоты залегает в них сравнительно глубоко, как это нередко случается, по крайней мере в прибореальной зоне. В таких условиях почвообразование может развиваться по подзолистому типу, т. е. при преобладании нисходящих передвижений почвенных вод. Однако поскольку и эти почвы весной и осенью переживают периоды очень высокого стояния почвенных вод, а в очень дождливые годы такое положение, может наблюдаться в течение большей части теплого периода, то и почвы подзолистого типа на песках несут на себе в Субарктике признаки оглеения. Глеевый процесс налагается в таких случаях на подзолистый. Таким образом, глеевый процесс в общем является в Субарктике преобладающим.
Глеевый процесс. Характернейшей его особенностью является образование в почве закисей железа, количество которых возрастает по мере увеличения интенсивности оглеения. Появление в почвах закисей железа происходит вследствие восстановления окисей железа в условиях отсутствия кислорода воздуха под уровнем высоко стоящих почвенных вод. В процессе восстановления окисей железа, повидимо-му, большое участие принимают анаэробные микроорганизмы, отнимающие от окисей часть кислорода. Закиси железа придают глеевым горизонтам почвы сине-зеленую окраску, иногда очень яркую, но могут сообщать им и серовато-бурый оттенок, мало бросающийся в глаза. Если весь почвенный разрез имеет такой тон, почву называют скрыто-глеевой. Наконец, глеевый горизонт может иметь и мозаичную расцветку, состоящую из синеватых и зеленых пятен, перемежающихся с охристыми примазками, что свидетельствует о наличии периодов лучшего доступа в почву кислорода воздуха, временами окисляющего закиси железа и переводящего их в окиси.
Согласно новейшим неопубликованным исследованиям Е. Н. Ивановой в районе Воркуты, на крайнем юго-востоке Большеземельской Субарктики, у подножия Урала, где зимний снежный покров отличается очень большой мощностью, у более или менее глинистых тундровых глеевых почв, глеевый горизонт характеризуется обилием коллоидно-дисперсных минералов, чрезвычайно жадно поглощающих и прочно удерживающих влагу. При большой глубине залегания вечной мерзлоты, связанной с мощностью снегового покрова, переувлажненный глеевый горизонт является здесь "висячим" и подстилается лишенным мерзлоты горизонтом с очень небольшим содержанием влаги. С громадной влагоемкостью глеевого горизонта связана большая пластичность этих почв, благодаря которой почвы очень легко деформируются при давлении. Вместе с тем и по степени переувлажнения и по развитию оглеения воркутинские глеевые почвы не отличаются от глеевых тундровых почв других районов Субарктики, где глеевый горизонт непосредственно подстилается вечной мерзлотой. Та же влагоемкость приводит к тому, что в глеезом горизонте воркутинских тундровых почв, несмотря на медленное развитие химического выветривания, скопляется большое количество окислов алюминия и железа, которые по указанной причине не могут быть вынесены. В какой степени это качество глеевого горизонта воркутинских тундровых почв присуще глеевым горизонтам других тундровых районов, пока решать преждевременно. По-видимому, многое здесь должно зависеть от местных особенностей минерального состава глинистых элементов почвогрунтов.
Глеевый процесс чрезвычайно часто сопровождается торфонакоплением на поверхности минерального грунта, вследствие чего образуются торфяно-глеевые почвы, широко развитые в Субарктике. Торфяной горизонт образуется здесь не только на недостаточно дренированных участках, где его присутствие является правилом, но нередко и на участках с удовлетворительным дренажем.
Торфяной горизонт обычно довольно тонок - чаще не превышает 4 см мощности. Нередко он содержит значительное количество минерального материала, являясь в этом случае "земляно-торфяным". Образованию торфяного горизонта благоприятствует высокое стояние почвенных вод, затрудняющее проникновение в почву кислорода воздуха, а следовательно, и нормальную жизнедеятельность аэробных почвенных бактерий, и низкие температуры почвы. Эти условия чрезвычайно замедляют разложение отмерших органических остатков как за счет неорганических процессов, так и под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. Бактерии, обычно разлагающие клетчатку (в умеренных широтах), в условиях Субарктики не способны функционировать, хотя они имеются здесь налицо и, по данным А. Ф. Казанского, для этих бактериальных процессов на севере Субарктики "температурный оптимум должен быть понижен по сравнению с тем, который принимается для умеренных широт" (1932, стр. 108).
Разложение клетчатки в Субарктике все же осуществляется, но не бактериями, а грибным мицелием. Совершается оно весьма медленно. В связи с этим содержание гумуса в глеевых почвах Субарктики очень невелико и колеблется от 1 до 2%. Гумус этот кислый, обладает весьма значительной растворимостью в воде и распределяется по почвенному разрезу довольно равномерно. Указанные химические особенности гумуса глеевых почв Субарктики объясняются тем, что материал, из которого он образуется, в большей своей части состоит из остатков мхов, вообще дающих наиболее кислый гумус. Восстановительные процессы здесь, однако, настолько интенсивны, что глеевые почвы Субарктики обычно имеют слабо кислую или нейтральную реакцию.
Преобладание восходящих движений почвенных вод, исключающее возможность значительного выноса из глеевых почв Субарктики тонких суспензий и коллоидальных фракций, с наличием которых связана емкость поглощения почвы, приводит к тому, что емкость поглощения глеевых почв Субарктики по отношению к основаниям довольно значительна (9-16.2 м.-экв.).
"При слабом процессе выветривания минералов, несмотря на мало интенсивное промывание, освобождающиеся щелочно-земельные и отчасти щелочные металлы уже не могут полностью насытить органическое вещество" (Ливеровский, 1937, стр. 64). Однако в связи с незначительным содержанием в субарктических глееевых почвах гумуса ненасыщенность их должна быть очень мала. Поэтому "в составе поглощенных катионов появляется, правда, ничтожное количество поглощенного водорода. Ненасыщенность почв ничтожна и колеблется в пределах 0-18%" (там же, стр. 63).
Глеевые почвы Субарктики крайне бедны азотистыми веществами, так как бактериальное население их, по причинам указанным выше, является в основном анаэробным; обычные же нитрифицирующие бактерии (азотобактер) принадлежат к аэробным и в указанных почвах не развиваются. В связи с этим связывание атмосферного азота производится в глеевых почвах Субарктики анаэробным Clostridium, способным накоплять лишь ничтожное количество связанного азота. Напротив, разложение азотистых веществ анаэробными бактериями идет достаточно интенсивно. Зато на поверхности тундровых пятен с их пористой структурой, где аэрация протекает нормально и из-за отсутствия дерновины температура грунта сравнительно высокая, наблюдается типичный процесс аэробной нитрификации. Это делает понятным, почему обработка тундровых почв, связанная с их дренажем, разрыхлением, удобрением, может коренным образом изменить в них условия развития бактерий в благоприятную сторону. Однако, по исследованиям Б. Л. Исаченко и Т. Л. Симаковой (1934, стр. 114), развитие азотобактера не происходит при низких температурах почвы в 10-11°.
Подзолистые и дерновые почвы. Как уже отмечалось, на песчаных грунтах в Субарктике, преимущественно в прибореальной зоне, могут формироваться скрыто-подзолистые, реже слабо-подзолистые почвы, связанные с преобладанием на этих легко проницаемых для влаги грунтах нисходящих движений почвенных вод. Только на исключительно хорошо дренируемых участках эти почвы не несут признаков оглеения. Кое-где в прибореальной зоне встречаются и средне-подзолистые и даже сильно-подзолистые почвы, являющиеся реликтовыми почвами, сохранившимися от термической послеледниковой эпохи, когда здесь господствовала тайга, а на севере - лесотундра. Эти реликты чаще приурочены к песчаным грунтам, в которых они легче могли сохраниться.
В прибореальной же зоне, преимущественно в южной ее подзоне, под прекрасными луговинками изредка встречаются дерновые почвы. Они содержат до 10% перегноя и приурочены к особенно хорошо дренируемым и вместе с тем очень богатым влагой элементам рельефа - к долинам речек и некоторым склонам. В связи с большим содержанием перегноя ненасыщенность этих почв достигает 23%. Емкость поглощения также очень велика - до 38 м-экв. (Ливеровский, 1937, стр. 64). В этих почвах аэробные бактерии прекрасно развиваются, почему разложение ими отмерших остатков растений совершается достаточно энергично. Хорошо развивается здесь и азотобактер. Интересно отметить, что на таких и на некоторых других особенно благоприятных местоположениях в Субарктике (правда, азиатской) даже в приарктической зоне в последнее время обнаружены бобовые, снабженные клубеньками с бактериями, не отличающимися от клубеньковых бактерий средних широт (Крисс и др., 1941, стр. 61).
Это, надо думать, связано с тем, что клубеньковые бактерии в условиях длинного дня развиваются особенно энергично, так как в этих условиях растения-хозяева богаче углеводами, что необходимо для интенсивного размножения клубеньковых бактерий (Чайлахян и Меграбян, 1945).
Изменения почвенного покрова с севера на юг. Почвенный покров восточноевропейской Субарктики, сохраняя описанные общие черты, изменяет свой характер с севера на юг в связи с увеличением летнего тепла и годовых осадков, в частности с нарастанием мощности снегового покрова, а равно с понижением уровня вечной мерзлоты и улучшением развития растительности. В приарктической зоне (на площадях, не занятых болотами) преобладают сравнительно маломощные глеевые почвы средней интенсивности оглеения, а также имеются торфяно-глеевые почвы с чрезвычайно тонким торфяным горизонтом. Последнее, кроме других причин, связано в первую очередь с очень замедленным ростом мхов в условиях этой зоны. Подзолистый тип почвообразования на песках встречается редко и, чем севернее, тем реже. В поверхностной 5-8-сантиметровой толще голых тундровых пятен на более или менее глинистых грунтах может наблюдаться значительное накопление карбонатов (главным образом извести), при условии наличия их в грунте (Ливеровский, 1939, стр. 49).
В северной подзоне прибореальной зоны почвенный покров отличается от описанного главным образом большей интенсивностью оглеения. Это выражается в особенно широком распространении яркой сине-сизой окраски глеевых горизонтов.В южной подзоне прибореальной зоны на более или менее глинистых грунтах преобладают торфяно-глеевые почвы, но достаточно часто встречаются и глеевые почвы без торфянистого горизонта, особенно там, где дерновина сравнительно молода (на заросших пятнах и т. п.). На песчаных грунтах преобладают скрыто-подзолистые и слабо-подзолистые почвы, обычно с признаками оглеения. Накопление карбонатов в поверхностном горизонте тундровых пятен, как правило, не наблюдается, хотя очень редкие исключения из этого правила возможны.
Влияние почвообразования на баланс минерального вещества коры выветривания. В приарктической зоне, где вынос растворимых солей из почвы совершенно ничтожен и практически в большинстве случаев отсутствует, а кое-где (на тундровых пятнах) наблюдается их накопление и вместе с тем местами происходит весьма слабое накопление торфа, почвенные процессы обусловливают положительный баланс минеральной материи* коры выветривания, правда с чрезвычайно низкими показателями. Другими словами, почвенные процессы влияют на баланс минеральной материи коры выветривания почти так же, как и процессы геоморфологические.
В прибореальной зоне Субарктики очень слабый вынос растворимых соединений из почвы сочетается с довольно заметным процессом торфонакопления. Повидимому, эти противоречивые процессы более или менее уравновешивают друг друга, по крайней мере в целом для зоны. Другими словами, баланс минеральной материи в коре выветривания, поскольку он зависит от процессов почвообразования, является близким к нейтральному, тогда как в результате гидро-геоморфологических процессов он является отрицательным, хотя и довольно слабо выраженным.
Интенсивность почвенного процесса. Интенсивность почвенного звена физико-географического процесса Субарктики в основном определяется крайней замедленностью химического выветривания и весьма пониженной интенсивностью многих микробиологических процессов, а равно и процессов неорганического разложения органических остатков. Поэтому интенсивность почвенного звена физико-географического процесса в Субарктике должна быть мала, хотя она я больше, чем во внешнеарктической зоне арктического пояса. Отсюда можно сделать вывод, что содержание в почвенном воздухе углекислоты в Субарктике должно уступать таковому в умеренном поясе. Эго происходит потому, что между интенсивностью процессов разложения органических остатков в почве и количеством углекислоты в почвенном воздухе имеется настолько тесная связь, что по количеству последней судят об интенсивности первых. В результате понижения продукции углекислого газа почвами Субарктики поступление его из почвы в наружный воздух должно быть ниже, чем в соседних, более южных зонах.
Это должно иметь определенное значение для жизнедеятельности растительного покрова, так как фотосинтез совершается главным образом за счет выделяемого почвой углекислого газа (Люндегор, 1937, стр. 300), обусловливающего в приземном слое воздуха гораздо более высокую концентрацию углекислоты, чем обычная в атмосфере. Итак, пониженная интенсивность почвенного процесса в Субарктике приводит к ухудшению не только корневого, но и воздушного питания растительного покрова.
* Торф мы рассматриваем как биогенную горную породу и в связи с этим относим его к группе минеральных веществ.