Все, что нужно знать о почвах лесной зоны

Разновидности

Однако какими бы ни были распространенные почвы российских лесов, они не исчерпывают далеко всего многообразия лесного грунта на планете. В местах с субтропическим климатом находятся жестколистные и похожие на них вечнозеленые лесистые местности, занимающие до 3% всей суши. Ксерофитная растительность развивается прежде всего на так называемых коричневых почвах. Из-за непромывного водного режима в них обильно накапливается глина.

Как следствие, верхний горизонт насыщен большим количеством кальция. Гумус проникает глубоко (до 1 м и более). Потому коричневые земли относятся к достаточно перспективным в хозяйственном отношении. Разница между их конкретными типами выражается прежде всего в количестве гумуса и в степени выщелачивания. Коричневые почвы встречаются на территории:

• США;
• Китая;
• Мексики;
• восточных районов Закавказья;
• горных местностей среднеазиатского региона;
• севера Индии;
• Передней Азии;
• северной Африки;
• Южной Европы.

Полезно знать и характерные для тропических лесов почвы. Опад в этих местах варьируется от 200 до 1500 тонн на гектар. Но впечатляющая биологическая активность грунта не дает образовываться стабильной подстилке. Плодородие в итоге очень низкое, что лишает почву тропического леса почти всякой сельскохозяйственной ценности. Из-за активного разрушения алюмосиликатов меняется химический состав поверхностных веществ, появляется так называемая ферралитная кора выветривания. Остатки фауны и флоры минерализуются очень быстро, вследствие чего тропический лес крайне неблагоприятен в плане образования окаменелостей.

Органические останки в некоторой своей части, однако, все же превращаются в гумус. Но он формирует лишь тонкий слой, и еще этот слой обильно насыщен фульвокислотами. Именно из-за них характерна желтая или желто-коричневая окраска. Горные породы подвергаются интенсивному выветриванию (латеризации). Говоря про различия разных видов почвы, стоит все же рассмотреть дополнительно подзолистую землю — именно ее тип преобладает в еловых и сосновых лесах. Верхнюю ее часть образуют бурые подстилки толщиной 30 — 50 мм. Почти вся масса этого слоя представлена органическими веществами. Глубже находятся 50 — 100 мм серовато-белого гумусо-элювия. Под ним уже располагается собственно подзол, не имеющий четко выраженной структуры, отличающийся пепельно-белой расцветкой. Доля гумуса в подзоле не превышает 2% в большинстве случаев. Да, по меркам сельского хозяйства — мизер, но хвойные растения получают отсюда все необходимое для роста и развития. Слабое накопление полезных веществ обусловлено суровыми параметрами внешней среды.

Вредным фактором является и слабо выраженная структура, не позволяющая разграничивать отдельные слои достаточно четко. В верхнем ярусе понижена концентрация илистых включений и полуторных окислов, зато там достаточно много кремнекислоты. Серая лесная почва может развиваться даже в лесостепи, а не только в чистом лесу в полном смысле этого слова. Но обязательным условием почти всегда оказывается произрастание лиственного (широколиственного) леса и сухой подтип континентального климата. В минерализации почвы активно участвуют аэробные микроорганизмы. Сосны обычно растут на песчаных землях.

Здесь содержится краткое описание природных комплексов, а также их географическое местоположение, почвы и растительность, которая там произрастает.

Можно сделать вывод о том, что наиболее благоприятными условиями для развития флоры являются теплый климат и высокая, круглогодичная влажность.

Экологические проблемы почв лесов

Лесные зоны на планете являются самыми большими. Они находятся на всех уголках Земли. Для людей лес играет очень важную роль и используется для производства медикаментов, строительства, бумажной промышленности. Лесной покров выполняет климатическую, оздоровительную, почвенную, экономическую функции. Также лесная растительность выделяет кислород, является жильём для многих представителей животного мира.

Экологические проблемы в основном связаны с вырубкой лесных массивов, накоплением мусора, лесными пожарами, браконьерством и изменением климатических условий. На изменения погоды приходится приблизительно половина проблем, связанных с экологией почв. Остальные проблемные для грунта ситуации исходят от результата деятельности человечества. Люди оставляют в лесах тонны мусора, занимаются браконьерством, истребляют деревья. Множество пожаров также случается по вине людей.

Каждое государство должно заниматься охраной лесных массивов. Также всем жителям планеты стоит осознать, что природу нужно хранить и защищать, и от этого зависит качество жизни на Земле. Если каждый из нас будет убирать за собой мусор после отдыха на природе, то это, несомненно, позитивно повлияет на лесную экологию.

Тепловой режим почвы: типы

Основным источником тепла для нагревания является лучис­тая энергия Солнца. Среднее количество этой энергии, падающей на каждый квадратный сантиметр земной поверхности отвесно в одну минуту, в типовых единицах равняется 1,946 кал. Эта вели­чина называется солнечной постоянной.

Фактически на земную поверхность поступает тепла значи­тельно меньше в связи с поглощением и рассеиванием его в зем­ной атмосфере и отражением от земной поверхности.

В разных географических зонах на поверхность земли поступает неодинако­вое количество солнечной энергии.

Тепловой режим почвы зависит от ее тепловых свойств. Важ­нейшими из них являются теплопоглощение, теплоизлучение и теплопроводность.

Нагревание почвы солнечными лучами происходит вследствие ее способности поглощать тепло (теплопоглощение), а остыва­ние — ввиду излучения ее тепловой энергии (теплоизлучение).

Существенное влияние на поглощение тепла оказывают состав почвы и внешние условия. Почвы темноокрашенные с южной экспозицией склона лучше поглощают тепло, чем почвы светлые и покрытые растениями.

Интенсивнее излучают тепло более влаж­ные, а также бедные органическим веществом почвы. Раститель­ный покров или органические остатки на поверхности значитель­но ослабляют потерю тепла почвой.

Снежный покров предохра­няет почву от глубокого промерзания и предотвращает гибель озимых и многолетних культур от низких температур.

Количество отраженной лучистой энергии в процентах от ко­личества энергии, поступившей на данную поверхность, называет­ся альбедо (мера отражательной способности поверхности).

Минимальное альбедо имеют влажные и темноокрашенные почвы (8—20%).

На покрытых растительностью почвах оно уве­личивается (12—25 %) и наибольшего значения приобретает на поверхности снежного покрова (70—90 %).

Теплоемкость — количество тепла в калориях, которое необхо­димо для нагревания 1 г (весовая) или 1 см3 (объемная) почвы на 1 °С. Она сильно колеблется в разных почвах. Так, объемная теплоемкость воды равна 1,000; глины — 0,576; песка — 0,517; органического вещества (торфа) — 0,601 и воздуха — 0,000306. Поэтому сухие почвы мало различаются по теплоемкости и она составляет у них 0,5—0,6.

С увеличением влажности теплоемкость почв возрастает, менее влажные песчаные почвы прогреваются быстрее (теплые почвы), чем влажные глинистые (холодные почвы).

Теплопроводность — способность почвы проводить тепло от более теплых слоев к холодным.

Она измеряется количеством теп­ла в калориях, которое проходит за 1 с через 1 см2 почвы слоем 1 см при разности температур в 1 °С. Теплопроводность составных частей почвы также неодинакова: у песка равна 0,0093, глины — 0,0022, воды — 0,00136, органического вещества (торфа) — 0,00027 и воздуха — 0,0000557. Следовательно, сухие минеральные почвы хорошо проводят тепло, но и быстро остывают, а богатые орга­ническим веществом и увлажненные почвы плохо проводят тепло, но дольше его сохраняют.

Тепловой режим почвы определяется количеством тепла, ко­торое поступает в почву, и его потерями из почвы.

Он определяет не только возможность выращивания сельскохозяйственных куль­тур, но и время обработки почвы и посева. Посев и посадку сель­скохозяйственных культур весной начинают только тогда, когда почва прогрелась до определенной температуры.

Смена температуры почвы в основном зависит от поглощения солнечной радиации и потери тепла вследствие испарения.

В большей степени температура изменяется на поверхности почвы.

Максимальное значение температуры на поверхности бы­вает в полдень, минимальное — перед заходом солнца. Суточные колебания температур наблюдаются в почве до глубины 50—100 см.

Для регулирования теплового режима существует много агро­технических приемов: увеличение содержания гумуса, улучшение водного и воздушного режимов, мульчирование, снегозадержание.

Вулканические лесные почвы

Лесные вулканические почвы в основном сосредоточились на территории полуострова Камчатка и Курильских островов. Формирование происходит под травянистыми берёзовыми лесами, а иногда — под хвойными. Состав и свойства вулканических земель различаются в зависимости от характера климатических и биологических условий, почвообразующих пород. Здесь бывают интенсивные, слабые или средние пеплопады. Климат достаточно холодный и влажный, поэтому вулканические лесные почвы подходят для выращивания кормовых культур или холодостойких овощей.

Вулканические грунты требуют внесения минеральных удобрений, питательных элементов, а также известкования.

Теплоемкость составных частей почв

Вещество	Теплоемкость
удельная, Дж/г на I °С	объемная, Дж/см3 на 1 °С
Песок кварцевый	0,196	0,517
Глина	0,233	0,577
Торф	0,477	0,611
Вода	1,000	1,000

Теплоемкость почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, а также от содержания в ней воды и органического вещества.

Для сухих почв небольшой интервал колебания теплоемкости — 0,170…0,200.

При увлажнении теплоемкость песчаных почв возрастает до 0,700, глинистых — 0,824, торфянистых — до 0,900. Песчаные и супесчаные почвы менее влагоемки, поэтому быстрее прогреваются и их называют «теплыми».

Глинистые почвы содержат больше воды, на нагревание которой требуется много тепла, вследствие чего их называют «холодными».

Теплопроводность — способность почвы проводить тепло. Она измеряется количеством тепла в джоулях, которое проходит в 1 с через 1 см3 почвы. Теплопроводность основных частей почвы сильно варьирует.

Так, теплопроводность кварца составляет 0,00984; гранита — 0,03362; воды — 0,00557; воздуха — 0,00025 Дж • см3/с.

Поскольку тепло в почве передается в основном через твердые частицы, воду и воздух, а также при контакте частиц между собой, то теплопроводность в значительной степени зависит от минералогического и гранулометрического составов, влажности, содержания воздуха и плотности почвы.

Чем крупнее механические элементы, тем больше теплопроводность. Так, теплопроводность крупнозернистого песка при одинаковой пористости и влажности в два раза больше, чем крупнопылеватой фракции.

По теплопроводности твердая фаза почвы примерно в 100 раз превышает воздух, поэтому рыхлая почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная.

Бурые лесные почвы

Бурые земли обладают хорошим естественным плодородием. Из-за этого были вырублены огромные участки широколиственных лесов. Теперь эти площади используют для развития и ведения сельского хозяйства.

Бурые почвы можно встретить в разных уголках планеты. Как правило, это территории лиственных и широколиственных лесов. В почвах этого типа содержится около 17% гумуса, благодаря чему они считаются самыми ценными.

Формируются бурые грунты на разнообразных участках планеты: равнинах, межгорьях, предгорьях или в горной местности. Леса, под которыми происходит образование бурозёма, имеют разнообразную растительность. Листья содержат много полезных элементов, благодаря которым бурые почвы обладают хорошей плодородностью без использования удобрений и минеральных добавок. Верхние слои грунта имеют более высокий процент плодородия, чем нижние.

Температурный режим и теплопотоки в почве под лесным покровом и на вырубках

С целью выяснения влияния вырубок на температурный режим и теплопотоки в серых лесных почвах нами были проведены наблюдения за температурой метрового слоя выбранных участков одинакового гранулометрического состава. Первые наблюдения были организованы 25-26 мая 2001 года (рис. 24). Данные показывают, что максимальные значения температуры в дневное время были отмечены на поверхности почвы, лишенной древесной растительности (100% вырубка), где в 13 часов дня на поверхности почвы она составила 32,7 С, тогда как на контроле только 21,4 С. На глубине 5, 10 и 20 см максимум температуры был отмечен также на варианте со 100% вырубкой, но уже в 1900. Под лесным покровом прогревание 20-см слоя проходило вплоть до 6 часов утра. В то же время верхний слой здесь до этого времени остывал. Минимальная температура была зафиксирована на поверхности почвы при сплошной вырубке уже в 1 час ночи, тогда как под лесом только к 7 часам утра. Отсюда можно сделать вывод, что лесной покров снижает динамичность -температуры, сглаживая ее колебания. При сравнении варианта со 100% вырубкой и контроля, можно отметить, что почва, лишенная древесного покрова на глубине 50 и 100 см уже 26 мая имела температуру соответственно 17,8 и 15,9 С. В то же время под лесом (контроль) температура на этих глубинах достигала лишь 14,4 и 12,5 С. Таким образом, прогревание почвенного профиля под лесом было менее интенсивным. Температура воздуха на высоте 1 м над поверхностью также была выше на вырубке. Измеренная температура, а также значения влажности и объемной теплоемкости позволили определить величины теплопотоков в отдельные сроки наблюдений (табл. 29). Анализируя данные таблицы, можно отметить, что отрицательные теплопотоки отмечались, начиная с 19 часов вечера на вырубке и с 16 часов на контроле.

Положительные тепловые потоки наблюдались в дневное время. На сплошной вырубке их абсолютный максимум в 10 утра и в 13 дня составил соответственно 100,7 и 92,7 Вт/м2. В это же время под лесом на контроле -} данные значения оказались равными 14,6 и 36,9 Вт/м». Кроме того, можно отметить, что в 7 часов утра в почве без древесной растительности тепловой поток был положительным, хотя и небольшим (0,7 Вт/м ), а на контроле оставался отрицательным, т.е. прогревание здесь запаздывало по сравнению с вырубкой. Таким образом, из вышеизложенного можно сделать вывод, что весной наибольшее количество тепла поступает в почву, лишенную древесной растительности, она быстрее прогревается и в ней формируются повышенные температуры и пониженная влажность. В почве, под естественным древостоем, поступление тепла минимально и, соответственно, здесь более низкие температуры на фоне повышенной влажности из-за снега, накопленного зимой. Очередные наблюдения за тепловым состоянием и влажностью почвы были проведены 18-19 июля 2001 года. Нужно отметить, что в этот период на большей части исследуемой территории с 7 часов и до 10 часов утра проходили сильные дожди, поэтому измерения температуры в отдельные сроки произвести было невозможно. Данные температурных измерений представлены на рис. 25. Наиболее высокой, как и в мае была температура поверхности почвы в дневное время при сплошной вырубке леса, а под лесным покровом минимальна. К этому времени температура на метровой глубине на обоих вариантах практически выровнялась и составляла 11-12 С. К сожалению сильный дождь с 7 до 10 утра не позволил провести детальные измерения температуры почвы, поэтому рассчитать тепловые потоки за сутки и в отдельные сроки не представилось возможным. Тем не менее можно сравнить тепловые потоки за отдельные промежутки времени в вечернее и дневное время (табл. 30). Из таблицы 30 видно, что вечером, как и в мае, почва, лишенная древостоя, остывает быстрее, отдавая большее количество тепла, чем почва, покрытая лесом. Днем же идет обратный процесс: тепла, поступающего в почву, на вырубке оказывается в 3 раза больше, чем под лесным покровом.

Мерзлотно-таёжная почва

Мерзлотно-таёжные грунты имеют сравнительно низкую биологическую активность. Они обладают крайне низким плодородием, потому что температурный и питательный режим таких почв неблагоприятно сказывается на растениях. Такие почвы обязательно нуждаются в крайне высоких количествах удобрений. На грунтах с повышенной кислотностью необходимо как можно чаще проводить известкование.

Мерзлотно-таёжные почвы по сравнению с другими грунтами недостаточно изучены. Учёные до конца не разобрались, как их классифицировать. Формируются эти почвы кустарниковыми лесами в условиях постоянных низких температур. В летний период верхний слой немного оттаивает, формируя почвенный профиль. В тайге осадки по объёму значительно превышают испарение, поэтому количество поверхностных вод превышает норму. Из-за таких условий происходит заболачивание грунта.

Воздушный режим

Почвенный воздух отличается от атмосферного тем, что в его составе значительно больше углекислого газа и меньше кислорода. Вместе с тем следует подчеркнуть большие колебания в составе почвенного воздуха в зависимости от почвы, типа культуры, системы удобрений и обработки почвы.

Когда в почве содержание углекислого газа выше 3—5%, а кислорода — ниже 10 %, то наступает угнетение растений.

А. Г. Дояренко, установил, что недостаток воздуха в почве очень сильно лимитирует ее плодородие. Почвенный воздух заполняет поры, не занятые водой. Избыточная влажность приводит к резкой его недостаточности.

Почвенный воздух необходим для дыхания корней растений, почвенных организмов, биохимических процессов превращения питательных элементов.

Различие состава почвенного и атмосферного воздуха обусловлено протекающими в почве биологическими процессами. Понижение содержания в почвенном воздухе кислорода связано с потреблением его аэробными микроорганизмами на различные реакции окисления, включая разложение мертвого органического вещества, и поглощением корневыми системами высшей растительности. Обогащение почвенного воздуха углекислотой происходит в результате разложения мертвого органического вещества микроорганизмами и выделения ее корневыми системами. В заболоченных почвах, где протекают анаэробные процессы разложения, в заметных количествах накапливаются водород, метан, сероводород.

Почва — важный источник углекислого газа, который потребляется растениями в процессе фотосинтеза. Газообмен между почвой и атмосферой осуществляется посредством таких факторов, как диффузия, изменения барометрического давления, температуры почвы и воздуха, поступления в почву воды, а также при помощи ветра. Увеличивая объем при нагревании почвы, воздух ее частично выходит наружу, при охлаждении почвы почвенные поры получают новую порцию воздуха из атмосферы.

Всякому животному, чтобы жить, необходимо дышать. Для дыхания в почвеиные условия, чем в воде или в воздухе. В состав почвы входят твердые частицы,вода и воздух. Твердые частицы в виде небольших комочков занимают немногим более половины объема почвы; остальной объем приходится на долю промежутков— пор, которые могут быть заполнены воздухом (в сухой почве) или водой(в почве, насыщенной влагой). Как правило, вода покрывает тонкой пленкой все почвенные частицы; остальное пространство между ними занято воздухом,насыщенным водяными парами.

При поступлении воды в почву «старый» воздух из почвенных пор вытесняется и они заполняются «новым» воздухом после оттока из них влаги.

Оптимальное содержание воздуха в пахотной почве для отдельных культур следующее: для зерновых— 15— 20 % общей пористости, пропашных — 20—30,многолетних трав— 17—21 %.

Важный прием регулирования воздушного режима почвы — механическая обработка, позволяющая создавать необходимое строение пахотного слоя и тем самым обеспечивать условия нормального газообмена в почве. Значение обработки в регулировании воздушного режима почвы возрастает при избыточном увлажнении почв и их тяжелом гранулометрическом составе.

Воздухообмен почвы с атмосферой осуществляется преимущественно через некапиллярную скважность, поэтому полнота воздухообмена зависит от величины не капиллярной скважности. Если не капиллярная скважность невелика или почва насыщена водой до состояния полной влагоемкости, то воздухообмен за,труднен и устанавливаются анаэробные условия

Это имеет место преимущественно в почвах повышенного увлажнения или весной в период насыщения талыми водами.

В лесных почвах беспозвоночные, особенно дождевые черви, перерабатывают более половины всех опавших листьев. За год на каждом гектаре они выбрасывают на поверхность до 25—30 т переработанной земли, создавая тем самым хорошую,структурную почву. Если распределить эту землю равномерно по всей поверхности гектара, то получится слой в 0,5—0,8 см. Поэтому дождевых червей справедливо считают важнейшими образователями почвы.

Агрохимические факторы плодородия

Растения усваивают азот и зольные элементы из почвы в форме минеральных солей, растворенных в почвенном растворе. При этом используются как восстановленные (соли аммония), так и окисленные (соли азотной кислоты)соединения азота.

Растения могут усваивать некоторые относительно простые органические азот-и фосфорсодержащие вещества (некоторые аминокислоты, фитин), однако практическое их значение в питании ничтожно. Источником энергии в растении для поглощения элементов питания является дыхание. Более молодые,интенсивно дышащие корни больше усваивают из почвенного раствора минеральных солей.

Процессы корневого питания растений тесно связаны с такими свойствами почвы, как рН почвенного раствора, водно-воздушный режим почвы, содержание в ней усвояемых элементов питания, и другими условиями внешней среды.

Кислотность почвы снижает поглощение питательных веществ растениями.

Отмечают как прямое, так и косвенное действие повышенного содержания в почве ионов Н+. Прежде всего изменяется физико-химическое состояние цитоплазмы клеток корня, нарушается ее проницаемость, наружные клетки ослизняются, корни плохо растут.

Большинство возделываемых культур и ,почвенных микроорганизмов лучше развивается при слабокислой или нейтральной реакции почвы. Однако отдельные виды культурных растений значительно различаются по требовательности как к наиболее оптимальному для их роста интервалу рН, так и к смещению его в ту или другую сторону.

Недостаток в почве обменных кальция и магния вызывает резкое ухудшение физических и физико-химических свойств почвы (структура почвы, емкость поглощения, буферность). В почвенном растворе появляются свободные ионы алюминия и марганца, токсичные для растений. Подвижность же ряда микроэлементов (например, молибдена) уменьшается, растения испытывают в них недостаток. Повышенная кислотность угнетает почвенные организмы, прежде всего нитрификаторы и азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободноживущие), почвенную фауну (дождевые черви, клещи, ногохвостки). В целом биологическая активность кислой почвы несравненно ниже, чем нейтральной.

Чтобы привести реакцию почвы к интервалу слабокислая — слабощелочная,применяют химическую мелиорацию почв. Кислые почвы периодически известкуют,а щелочные, прежде всего солонцы, гипсуют. Для повышения содержания в почве, таких жизненно важных элементов как калий, азот и фосфор, вносят минеральные удобрения. Эффективность удобрений зависит от почвенно-климатических условий. Уровень плодородия почвы, состояние питательного режима, трансформационные ее возможности в отношении доступности вносимых удобрений для возделываемых растений — все это оказывает влияние на выбор видов удобрений.

Влияет на почву и чисто механическая работа многих живущих в ней животных.Они прокладывают ходы, перемешивают и разрыхляют почву, роют норы. Все это увеличивает количество пустот в почве и облегчает проникновение в ее глубину воздуха и воды. В такой «работе» участвуют не только сравнительно мелкие беспозвоночные животные, но и многие млекопитающие — кроты, сурки,суслики, тушканчики, полевые и лесные мыши, хомяки, полевки, слепыши. Сравнительно крупные ходы некоторых из этих животных уходят вглубь на 1—4 м. Глубоко идут ходы и крупных дождевых червей: у большинства из них они достигают1,5— 2 м, а у одного южного червя даже 8 м. По этим ходам, особенно в более плотных почвах, корни растений проникают в глубину. В некоторых местах,например в степной зоне, большое количество ходов и нор роют в почве жуки-навозники,медведки, сверчки, пауки тарантулы, муравьи, а в тропиках — термиты.