Книга: Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек

Климат и почвы

Климат и почвы

Жаркий летний день накалил землю, обжег раскидистые кроны деревьев, упрятал в тень все живое. Природа, утомленная борьбой со зноем, ждала спасительного дождя, пребывая почти без движения. Но упали первые капли, прошел живительный ливень, и все вокруг ожило, наполнилось щебетанием птиц, хлопотливой работой муравьев и насекомых. Каждый из нас не раз был свидетелем подобного метаморфоза природы. А короткие сумрачные дни поздней осени и зима с ее вьюгами, трескучими морозами? Как они не похожи на весеннее или летнее погожее время. Сколько динамики, непрерывных перемен вносит в жизнь природы и почв климат Земли! Поэтому уже на заре возникновения почвенной науки уделялось большое внимание влиянию климата на почвы.

Еще в классических работах В.В. Докучаева климат рассматривался как один из важнейших факторов пространственной и временной динамики почв, которая объяснялась сильной изменчивостью климата и постоянным взаимодействием почв с его основными компонентами — теплом и влагой.

Изменчивость климата вызвана несколькими причинами. Главная из них — шарообразность поверхности нашей планеты, в связи с чем солнечные лучи падают на нее в различных широтах под разным углом, принося с собой неодинаковое количество тепла. В результате с севера на юг отчетливо выделяется несколько различных климатических поясов. Соответственно климатическим поясам (в первую очередь в пределах равнинных территорий) обособляются природные зоны, характеризующиеся особой растительностью, животным миром, почвами, грунтовыми водами.

Характер изменения почв по зонам удобнее всего проследить на примере Русской равнины, которая раскинулась от берегов Северного Ледовитого океана до теплого Черного моря.

В наиболее северных районах Русской равнины господствуют в основном тундровые ландшафты. Солнечные лучи здесь как бы скользят вдоль земной поверхности, слабо согревая охлажденную землю. Растительность и постоянно обитающие в тундре животные малочисленны и бедны по видовому составу. Почвы не обеспечены элементами питания, так как почвообразовательный процесс малоактивен и незначительно преобразует исходный материнский субстрат.

При недостатке солнечной энергии выветривание горных пород идет слабо, в связи с чем в почвах, как правило, мало содержится тонкодисперсного материала, обеспечивающего поглощение и сохранение в доступной для растений форме элементов питания. Поэтому многие растения испытывают голодание, что, в свою очередь, приводит к нарушению нормального обмена веществ у травоядных животных, питающихся неполноценной пищей.

Бедность тундровых почв вызвана не только малой активностью почвообразовательного процесса. Другая причина заключается в частой переувлажненности почвенно-грунтовой толщи из-за незначительного испарения выпадающих осадков, что опять-таки связано с недостатком тепла. В результате многие почвы тундры перенасыщены водой, холодные. В таких почвах очень медленно идут процессы передвижения растворов и извлечения из минералов различных химических элементов, за исключением железа, марганца и некоторых других.

Своеобразие почв тундры, конечно, не объясняется только названными причинами. Не менее важное значение имеет и история развития тундры. Тундра — одна из наиболее молодых природных зон на Земле. Долгое время поверхность здесь была покрыта мощным ледяным чехлом, который растаял лишь около 10 тыс. лет назад, т. е. совсем недавно по геологической шкале времени. Поэтому рельеф тундры очень молодой, реки мало углубили свое русло и плохо дренируют окружающую местность, что способствует ее заболачиванию и переувлажнению. К аналогичным последствиям приводит и наличие в большей части тундры горизонта вечной мерзлоты, которая, по мнению некоторых исследователей, сохранилась еще со времени последнего оледенения.

Совершая путешествие к югу от суровых, но неповторимых по своеобразию и красоте тундровых ландшафтов, мы постепенно вступаем в царство тайги, которая некогда была дремучей и непроходимой.

Количество осадков в тайге по сравнению с тундрой значительно увеличивается, достигая на юго-западе 600–700 мм в год, но одновременно снижается заболоченность территории, так как благодаря большому количеству тепла испарение выпавших осадков заметно возрастает. И кроме того, большая по сравнению с тундрой зрелость и пересеченность рельефа благоприятствуют стоку избыточных вод в ручьи, озера и реки. Улучшение природных условий, и в первую очередь климатической обстановки, приводит к ярко выраженному преобразованию ландшафта, резкому возрастанию биомассы растительных сообществ, значительному увеличению видов растений и животных, отчетливому усилению почвообразовательного процесса.

Почвы тайги имеют хорошо развитый профиль. В наиболее типичных из них выделяются: хорошо выраженный горизонт лесной подстилки мощностью около 5 см, белесый подзолистый горизонт мощностью 10–20 см, переходный горизонт, серия бурых горизонтов с хорошо выраженной структурой, постепенно переходящих на глубине около 2–3 м в материнскую породу.

Плодородие подзолистых почв, так же как и тундровых, невелико, но причины здесь существенно иные. Значительная напряженность почвообразовательного процесса в тайге в силу более благоприятных биоклиматических условий способствовала сильному преобразованию материнского субстрата, разрушению и изменению минералов, вовлечению огромного количества растворенных химических соединений в биологический круговорот, выносу органического вещества, химических элементов и тонкодисперсного глинистого вещества за пределы почвенного профиля. Поэтому для увеличения плодородия распаханных подзолистых почв тайги требуются внесение органических удобрений, травосеяние и строгое соблюдение правил передовой агротехники. Предстоит еще большая работа по окультуриванию таежных почв, сельскохозяйственное использование которых во многих районах недостаточно эффективно.

Еще сравнительно недавно тайга считалась однообразным зеленым морем, раскинувшимся на огромном пространстве. Современное природоведение уже не может согласиться с подобным суждением. Тайга, подразделяемая на северную, среднюю и южную, сейчас рисуется нам как сильно изменчивый во времени и в пространстве природный феномен.

Разница между почвами различных частей тайги значительна, и агрономическая ценность ее пахотных земель далеко не одинакова. Об этом, в частности, свидетельствует сельскохозяйственное использование перегнойно-торфяных почв, развитых на низинных торфах в средней тайге Русской равнины. Низинные торфа богаты запасами питательных элементов. Однако при освоении их в районе средней тайги под Сыктывкаром оказалось, что они быстро утрачивают эффективное плодородие и начинают нуждаться в удобрениях. Одна из основных причин этого заключается в недостаточной обеспеченности средней тайги теплом, в связи с чем разложение торфа и поступление из него в растения элементов питания происходят медленными темпами.

При дальнейшем движении на юг подзолистые почвы таежных и хвойно-широколиственных лесов постепенно сменяются почвами лесостепи — серыми лесными и оподзоленными, выщелоченными, а также типичными черноземами.

Лесостепь и ее почвы во многих отношениях уникальны. Почвы лесостепи относятся к наиболее плодородным. На них получают при соблюдении требований рациональной агротехники высокие урожаи зерновых, сахарной свеклы, кукурузы, подсолнечника. Высокое плодородие почв в первую очередь объясняется благоприятными климатическими условиями данной зоны, ее обеспеченностью как теплом, так и влагой. Значительное количество солнечной энергии способствует энергичной минерализации растительного опада и быстрому высвобождению из отмерших корней, листьев и других органических остатков зольных элементов, которые быстро вовлекаются в биологический круговорот. Большую роль играет также сбалансированность водного режима этих почв благодаря отсутствию резкого преобладания осадков над испарением и незначительному оттоку растворов за пределы почвенного профиля. В силу этого в почвах лесостепи в отличие от подзолистых таежных почв потеря элементов питания с нисходящим током влаги незначительна.

Как и в случае тундровых и таежных почв, своеобразие почв лесостепной зоны определяется не только спецификой климатических условий. Многие особенности почв лесостепи связаны со своеобразием структуры былых естественных растительных сообществ, которые здесь отличались многочисленностью видов и сложностью состава. Благодаря имевшему место повсеместному распространению трав, для которых характерно, как правило, преобладание подземной биомассы над наземной и быстрое отмирание вегетативных органов, в почвы лесостепи постоянно поступало огромное количество органических остатков, что, несомненно, явилось одной из причин накопления в них большого количества гумуса и элементов минерального питания.

Высокое плодородие почв лесостепной зоны Русской равнины определяется также богатым составом материнских пород, представленных здесь, как правило, лёссовидными отложениями.

В степной зоне, непосредственно прилегающей с юга к лесостепи, лето еще теплее, зима короче, а снег на полях лежит недолго, прикрывая землю маломощным непостоянным слоем. Степные ландшафты получают во время вегетационного периода больше тепла. Но одновременно в них значительно снижается число дождливых дней и снегопадов, в результате чего оптимальное соотношение тепла и влаги, имевшее место в лесостепи, нарушается. Почвы и растительность начинают испытывать недостаток в воде. И хотя черноземы обыкновенные, а также темно-каштановые и каштановые почвы обладают значительным плодородием, приемы сохранения влаги являются необходимым условием получения на них высоких устойчивых урожаев. Очень важно также в степи сохранение от развевания ветром снежного покрова на полях и соблюдение правил почвозащитной системы земледелия, предохраняющей почву от эрозии, потери влаги и элементов питания.

Полупустыни и пустыни, сменяющие степи, являют собой пример скудных пространств, обожженных палящим солнцем. Здесь не только бедная растительность, но и малопродуктивные почвы, на которых в естественных условиях земледелие почти невозможно. Но как преображается пустыня, если умело наполнить ее влагой! Какое разнообразие фруктов, овощей, зерновых и технических культур выращивают на правильно орошаемых землях засушливых районов! Поэтому пустынная зона рассматривается как важный резерв для производства сельскохозяйственной продукции.

При дальнейшем движении к югу мы постепенно переходим от умеренного пояса к субтропическому, а затем к тропическому. Ландшафты и почвы данных поясов в гораздо большей степени обеспечены теплом, что в случае достаточного количества осадков делает эти пространства благодатным краем. Не случайно истоки земной цивилизации были приурочены прежде всего к субтропикам, откуда она постепенно распространялась на север.

Даже краткое знакомство с тем, как влияют климатические условия на своеобразие почвенного покрова различных природных зон, свидетельствует о тесной зависимости свойств почв от особенностей климата. Поэтому большое значение приобретает всестороннее изучение динамики климата и его влияния на различные стороны почвообразовательного процесса.

Разнообразие климата на Земле не ограничивается только его изменением с севера на юг. Не менее значительно меняется климат с запада на восток, что приводит к отчетливой смене в этом направлении почв, растительности и других компонентов ландшафта.

Пространственная изменчивость почвенного покрова обусловлена не только крупными изменениями климата. Большое значение имеет также неоднородность климатических условий на более ограниченных территориях: в долинах рек, на водораздельных пространствах, в различных частях одного и того же ландшафта.

Климат Земли характеризуется сильной изменчивостью и во времени. Лишь в районах Северного и Южного полюсов, где круглый год свирепствуют морозы, да в экваториальных широтах, где не прекращается лето на протяжении большей части года, более или менее одинаковая погода. На всей же остальной территории планеты происходят непрерывные сезонные изменения климата, постоянно преобразующие лик Земли. Почвы чутко реагируют на эти изменения и в течение года испытывают непрерывные метаморфозы.

В холодный период в большей части почв умеренного пояса почвообразовательный процесс затухает. Но если раньше считалось, что почва в морозные месяцы находится в состоянии полного покоя, то сейчас мнение изменилось. Получены данные, говорящие о том, что и при отрицательных температурах в почвах происходят изменения: подтягиваются из нижних незамерзших горизонтов растворы к верхней обледенелой части, передвигается почвенная влага в парообразном состоянии. В районах лютого холода — в тундре, сибирской тайге — часто наблюдаются пучения и деформации почв из-за сдавливания их ледяным чехлом замерзших горизонтов. Особенно заметна активность почв в зимний период там, где зима мягкая. В этих условиях почвообразовательный процесс может быть достаточно напряженным в течение круглого года. Яркий пример тому районы влажных широколиственных лесов умеренного пояса и субтропиков.

Много неожиданного в жизнь почв вносит изменчивость климата по годам. Даже простое наблюдение за состоянием погоды в какой-нибудь одной местности, но в разные годы говорит о том, что двух одинаковых лет практически не бывает. Более детальные исследования свидетельствуют о постоянной ритмической изменчивости климата и об отчетливом проявлении 2–3, 5–6, 11, 22, 30–35, 89-90-летних и других климатических циклов. С каждым климатическим циклом происходят значительные сдвиги в почвообразовательном процессе, заметно меняются многие свойства почв.