Криогенез почв

Генезис мерзлотно-таежных  почв. В этих почвах имеют место  криогенные процессы миграции железа, часто оглеение, тиксотропия, идет поверхностное накопление кислого грубого гумуса, обладающего большой подвижностью, и аморфных гидроксидов железа.

Многолетняя мерзлота и особенности температурного режима оказывают большое влияние  на развитие мерзлотно-таежных почв. Низкие температуры почвенного профиля  в вегетационный период затрудняют поглощение питательных веществ  растениями, замедляют их рост и  развитие, тормозят разложение растительных остатков. Все это ослабляет биологический  круговорот веществ.

Многолетняя мерзлота оказывает влияние на водный и тепловой ре-жимы почв, формирование микрорельефа и на течение химических и физико-химических процессов. Если мерзлота представлена плотным льдистым слоем, то она может привести к переувлажнению и оглеению почвенных горизонтов.

Сильное промерзание  верхних горизонтов почвы в холодный период года или их иссушение в  теплый вызывает движение капиллярно подвешенной, рыхлосвязанной и парообразной влаги и почвенных растворов  к поверхности почвы. Но холодный экран многолетней мерзлоты в  основании профиля вызывает движение этих форм влаги и вниз к мерзлому слою. В связи с этим в профиле  почвы возможно два центра аккумуляции  веществ: верхний и нижний надмерзлотный. Поскольку в генезисе мерзлотно-таежных почв велика роль криогенных явлений, эти почвы иногда называют криоземами.

Главные черты  процесса превращения растительных остатков и взаимодействия органических веществ с минеральной частью почвы -образование грубого гумуса в виде оторфованных горизонтов, обогащение профиля подвижными формами органического вещества и накопление несиликатного железа.

 

2. Общие свойства мерзлотно-таежных почв

 

В связи с  малой скоростью выветривания в  условиях сурового континентального климата  в мерзлотно-таежных почвах отмечается низкое содержание высокодисперсных минералов. Их состав наследуется от почвообразующей  породы. Для глеевых горизонтов характерна плотная упаковка частиц.

Почвы характеризуются  кислой или сильнокислой реакцией, ненасыщенностью основаниями. В нижней части профиля кислотность, как правило, становится несколько меньше. Дифференциация профиля по валовому химическому составу не выражена, но отчетливо прослеживается аккумуляция подвижных оксидов железа как по всему профилю, так и особенно в верхней его части. Содержание подвижного железа может достигать 20-25% от валового.

Н.А. Ногина (1964) объясняет накопление подвижного железа следующим путем: образующееся в процессе внутрипочвенного выветривания свободное железо с осенне-зимними  восходящими токами влаги (в сторону  более низких температур) поднимается  вверх и при вымораживании  зимой закрепляется в профиле. Более  низкие температуры в верхней  части профиля объясняются резкой континентальностью климата (низкие температуры воздуха и небольшая мощность снежного покрова). Летом нисходящий ток воды, обогащенный растворимым органическим веществом и имеющий кислую реакцию, выносит продукты почвообразования и выветривания вниз. Часть их осенью возвращается наверх с восходящими токами. При равнозначности нисходящей и восходящей миграции образуются мерзлотно-таежные ожелезненные почвы, при преобладании нисходящих токов начинается оподзоливание. И.А. Соколов и Т.А. Соколова (1962) высказываются за иной путь ожелезнения профиля: образование свободных оксидов железа при выветривании на месте с их последующей коагуляцией.

Гумус почв резко фульватный (Сгк:Сфк = 0,3-0,6). Гуминовые кисло-ты в большинстве своем связаны с полуторными оксидами. Отношение C:N = 32—24. Гумус имеет потечный характер, но его максимум наблюдается в верхней части почвенной толщи с постепенным падением вниз по профилю. В надмерзлотном горизонте наблюдается второй максимум содержания органического вещества.

Для органогенных горизонтов характерна карманистость, языковатость, связанная с горизонтальным надмерзлотным элювиированием органических веществ и заполнением ими морозобойных трещин.

Для мерзлотно-таежных  почв характерно равномерное распределение  илистой фракции по всем горизонтам. На щебнистых породах в горных районах по всему профилю преобладают  крупные фракции 0,25-0,01 мм. Почвы среднего и тяжелого гранулометрического  состава бесструктурны и практически водонепроницаемы.

 

3. Классификация и диагностика мерзлотно-таежных почв

 

В отечественном  почвоведении принято выделять три  типа мерзлотно-таежных почв:

1. Мерзлотно-таежные глеевые почвы.

2. Мерзлотно-таежные неоглеенные почвы.

3. Мерзлотные палевые почвы.

 

Мерзлотно-таежные  глеевые почвы

Генезис мерзлотно-таежных  глеевых почв обусловливается следующими основными элементарными почвенными процессами:

- подстилкообразованием и поверхностным накоплением грубого гумуса;

- гумусовой мобилизацией подвижного железа и последующей его миграцией за счет криогенных процессов (миграция веществ к фронту промерзания или коагуляция на месте);

- при наличии льдистой мерзлоты в плохих условиях дренажа развивается процесс оглеения;

- при относительно хорошем дренаже может начаться процесс миграции и выноса алюможелезо-гумусовых соединений и формирование осветленного горизонта (оподзоливание);

- криогенными процессами (криотурбация: морозобойное растрескивание, пучение, тиксотропное течение, криогенное оструктуривание).

При перемещении  почвенной массы по вертикали  и в боковом направлении происходит перемещение слоев, в результате чего почвенный профиль постепенно и беспрерывно «омолаживается». В таких почвах нет восходящих и нисходящих токов воды, исключается возникновение элювиальных и иллювиальных процессов, но может наблюдаться передвижение всей почвенной массы.

Подзолообразовательный  процесс проявляется только при  образовании почв на легких породах, в этом случае формируются иллювиально-железистые почвы.

Эти почвы  развиваются, как правило, при близком  залегании мерзлоты (50-60 см) и достаточно большом количестве осадков.

Морфологическое строение профиля. В строении профиля  почв Северной Якутии выделяется подстилка  мощностью 5-7 см, под ней сразу  идет переувлажненный оглеенный серо-сизый горизонт Bg, который постепенно, почти без изменения окраски, переходит в мерзлотный горизонт.

При малой  мощности почвы нанорельеф трещинно-нанополигональный, при достаточно мощной толще суглинка - пучиннобугорковатый. Для Северной Колымы и Чукотки основные морфологические признаки оглеенных мерзлотно-таежных почв заключаются в оторфованности органогенного горизонта, наличии оглеения и следов мерзлотного перемешивания профиля, слабой дифференциации профиля по цвету и гранулометрическому составу, наличии фрагментов погребенных органических материалов в профиле вследствие криотурбаций, тиксотропности почвы. При пучинно-бугорковатом нанорельефе органогенный горизонт состоит из подстилки и темно-коричневого перегнойно-торфянистого горизонта AT, ниже располагается буровато-коричневый творожисто-слоеватый горизонт Вh. Сверху вниз темные тона в окраске нарастают. Возрастают также плывунность и тиксотропность. В трещине горизонт AT имеет мощность от 18 до 50 см и переходит в бурый оглеенный и большей частью мерзлый горизонт Bg.

Эти почвы  полугидроморфные, не оподзолены или слабооподзолены, кислые (на карбонатных породах слабощелочные), оттаивают летом на глубину 50-100 см.

В зависимости  от условий формирования среди мерзлотно-таежных  глеевых почв различают недифференцированные и дифференцированные почвы.

Недифференцированные  мерзлотно-таежные глеевые почвы  образуются преимущественно в континентальных  провинциях мерзлотной области, отличающихся невысоким (150-250 мм в год) увлажнением (коэффициент увлажнения летом 0,2-0,5). Профиль таких почв состоит из верхнего органогенного горизонта (торфянистого, гумусово- или торфянисто-перегнойного), сменяющегося бурой, коричнево-бурой или сизоватой недифференцированной минеральной толщей. Мерзлотные трещины заполнены в верхней части торфянистой массой органогенных горизонтов. Глеевые процессы выражены в форме сплошного надмерзлотного или локального оглеения. Для этих почв характерны отсутствие выноса ила и элювиально-иллювиального перераспределения кремнезема и полуторных оксидов, кислая реакция, потечность гумуса и пропитанность им всего профиля с некоторой его надмерзлотной аккумуляцией.

Дифференцированные  мерзлотно-таежные глеевые почвы  развиваются преимущественно в  гумидных (реже полугумидных) провинциях мерзлотно-таежной области, где годовое количество осадков составляет 400-500 мм и более (коэффициент увлажнения летом более 1). Они от-личаются заметной выраженностью элювиально-иллювиального пере-распределения минеральной толщи по илу, Si02 и R203, более кислой реакцией и меньшим проявлением криотурбаций. Главная роль в дифференциации профиля принадлежит периодической смене окислитель-но-восстановительного режима в верхней части профиля и нисходящей миграции в надмерзлотно-иллювиальную толщу подвижных соединений и ила.

 

Мерзлотно-таежные  неоглеенные почвы

(гомогенные криоземы) развиваются под редкостойной угнетенной лиственничной тайгой на самых разнообразных почвообразующих породах. В отличие от оглеенных таежных почв, обязательным условием их формирования должно быть отсутствие застойного увлажнения. Этому могут способствовать активный боковой внутрипочвенный сток, обогащающий почвенные растворы кислородом, и наличие сети криогенных трещин или каменистых многоугольников, создающих дополнительный дренаж. Неоглеенные сухомерзлотные почвы часто формируются на субстратах легкого песчаного гранулометрического состава или подстилаются галечником или мелкоземисто-щебнистой толщей, что создает хороший дренаж и исключает насыщение почвы влагой, накопление в профиле льда и образование льдистого водоупора и верховодки.

Признаки  мерзлотно-таежных неоглеенных почв:

1) торфянистый характер органогенного горизонта;

2) очень малая мощность профиля и высокое залегание льдистой мерзлоты;

3) обилие в минеральном горизонте неразложившихся и полуразложившихся растительных остатков за счет криотурбаций;

4) гомогенность, бесструктурность, плывунность;

5) отсутствие признаков оглеения;

6) строение профиля O-OA-OB-C(D).

В отличие  от глеевых почв, для которых характерно сегрегационное ожелезнение, для гомогенных криоземов типично равномерное распределение железа в профиле. При этом наблюдается достаточно высокое содержание несиликатных соединений железа.

 

Мерзлотные  палевые почвы.

 

Эти почвы  типичны для Центральной Якутии, Анабарского плато, верховьев pp. Индигирки и Колымы.

Условия почвообразования.

В отличие  от мерзлотно-таежных (глеевых и  неглеевых) почв, формируются в условиях ультраконтинентального холодного полуаридного климата преимущественно на средних и основных породах, хотя встречаются и на кислых. Их ареал занимает полосу предтундровых редколесий подзоны северной и средней тайги. Наиболее типичный растительный покров - лишайниково-кустарничковые лиственничники и заросли кедрового стланика

Генезис палевых  мерзлотных почв. Основные элементарные почвенные процессы, формирующие  профиль палевых почв, следующие:

- обломочная ферсиаллитизация (оглинивание и ожелезнение);

- биогенная аккумуляция;

- гумусонакопление на месте;  

-          криогенное растрескивание;

- дегидратация и кристаллизация свободных соединений железа.

Строение  профиля и признаки палевых почв следующие:

1)  наличие гумусо-аккумулятивного горизонта А;

2) метаморфический характер горизонта В;

3) отсутствие признаков Al-Fe-гумусового процесса;

4) фульватное гумусообразование без потечности гумуса;

5) высокое относительное содержание окристаллизованных соединений свободного железа при низком содержании аморфных соединений;

6) полная насыщенность основаниями (палевые нейтральные почвы) или умеренная насыщенность (кислые палевые почвы);

7) строение профиля ОА-А-Вm-С-(С_са).

Наиболее  изучены палевые почвы, распространенные в средней тайге Якутии на рыхлых карбонатных породах. В этих почвах под лесной подстилкой мощностью 2-3 см расположен гумусовый горизонт в 15— 20 см серовато-коричневого цвета, который постепенно переходит в  метаморфический горизонт Вm, в нижней части последнего наблюдается скопление карбонатов. Горизонт Сса представлен лессовидным суглинком с тонкими (0,5—1,6 мм) горизонтальными прослойками чистого льда. Реакция водной вытяжки в этих почвах нейтральная или слабощелочная. В гумусовом горизонте около 3% гумуса, а ниже — 1,5%. Поглощающий комплекс полностью насыщен основаниями, емкость поглощения около 35 мгэкв/100 г почвы. В составе обменных оснований 55-70% приходится на кальций, 15-35% на магний и 3-10% на натрий. Валовой анализ показывает однородность почвенного профиля по содержанию кремнезема и полуторных оксидов.