Генезис и морфологическое строение подзолистых почв
Согласно традиционной точке зрения подзолистые почвы формируются путем оподзоливания, т.е. кислотного гидролиза первичных и вторичных минералов в элювиальном (подзолистом) горизонте с выносом продуктов гидролиза в иллювиальный горизонт, а частично –в грунтовые воды и гидрографическую сеть. В наибольшей степени выносу подвергаются щелочи, щелочно-земельные элементы и кремний (относительно накапливается лишь кварц) – они выносятся за пределы профиля; значительная часть освобождающихся соединений железа и алюминия осаждается в иллювиальном горизонте, обычно вместе с гумусовыми кислотами.
Механизм этого процесса разными авторами трактуется различно. К.К. Гедройц (1920) полагал, что главным агентом оподзоливания является водородный ион, который появляется либо в результате диссоциации воды, либо при диссоциации угольной кислоты при насыщении диоксидом углерода воды, просачивающейся через почву. Воздействуя на кристаллическую решетку минералов, водородный ион постепенно разрушает её, переводя в раствор соответствующие ионы. При этом образуются коллоидные золи SiO2, Al2O3, Fe2O3, гуматов, пептизируемые водородным ионом и выносимые вниз по профилю. Ниже по профилю реакция почвы становится менее кислой, и золи коагулируют, давая начало иллювиальному горизонту.
Слабое место гипотезы К.К. Гедройца заключается в следующем:
1) источник свободного иона водорода – ни чистая вода, ни вода, насыщенная СО2 при обычных условиях, не дают столь высокой концентрации водородного иона, которая необходима для гидролиза минералов и поддержания низкого рН среды;
2) пептизирующая роль иона водорода – как правило, он коагулирует коллоиды, а не наоборот.
А.А. Роде (1937) выдвинул гипотезу, согласно которой свободный ион водорода может появляться в среде в больших количествах в результате выделения корнями растений при обменном поглощении катионов в процессе минерального питания.
Н.П. Ремезов (1948) выдвинул гипотезу о соответствующей роли иона аммония, освобождающегося якобы в больших количествах в почве в процессе аммонификации и являющегося пептизирующим агентом в отношении коллоидных золей. Однако эта гипотеза не может быть принята, так как если ион аммония и пептизирует коллоиды, то, во-первых, его нет в условиях сильнокислой среды подзолистых почв (он быстро уходит в процессе денитрификации или поглощается обменным комплексом), во-вторых, он не способен гидролизовать минералы.
Оригинальная концепция подзолообразования была предложена В.Р. Вильямсом (1947). Он считал, что оподзоливание – результат биохимических процессов. По мнению Вильямса, в лесной подстилке идет грибной аэробный процесс разложения, продуктом которого является «креновая кислота», которая, воздействуя на минералы почвы при просачивании водных растворов, разрушает их и образует «кренаты» металлов. Продвигаясь вниз, «кренаты» постепенно встречают анаэробную зону и восстанавливаются в «апокренаты», которые нерастворимы и выпадают в осадок, образуя иллювиальный горизонт. Эта гипотеза, хотя и не была подтверждена экспериментально, все же привлекла внимание ученых к самой роли органических продуктов микробных процессов в подзолообразовании. Наиболее полно этот подход был развит позднее В.В. Пономаревой.
Согласно исследованиям В.В. Пономаревой (1950, 1951, 1956, 1964), В.В. Пономаревой, Т.А. Плотниковой (1980), главными факторами в генезисе подзолистых почв являются следующие:
1) бедность растительного опада зольными элементами питания и азотом;
2) пониженные температуры и промывной водный режим;
3) особенность биохимических превращений растительных остатков, а именно: замедление микробной деятельности, преобладание грибного кислотообразующего разложения, консервация лесного опада в виде подстилки, продуцирование в подстилке и усиленное вымывание из нее в почву водорастворимых гумусовых кислот (преимущественно фульвокислот) и простых низкомолекулярных органических кислот неспецифической природы.
Продуцируемые в подстилке органические кислоты, попадая с просачивающимся раствором в лежащую под ней минеральную толщу, реагируют с составляющими ее первичными и вторичными минералами. При этом, во-первых, происходит разрушение, кислотный гидролиз минералов и мобилизация имеющихся в породе свободных полуторных оксидов, а во-вторых, имеет место осаждение сразу под подстилкой крупномолекулярных фракций гумусовых кислот, прежде всего бурых гуминовых кислот, связанных с полуторными оксидами, и в очень малой степени черных гуминовых кислот, связанных с кальцием. Так формируется гумусовый горизонт ОА, А или АЕ.
Более низкомолекулярные фракции органических кислот, включая ненасыщенные фульвокислоты, просачиваются ниже и формируют элювиальный (подзолистый) горизонт Е. Продукты разрушения минералов горизонтов А и Е выносятся вниз и осаждаются вместе с выносимыми сюда же в неразрушенном состоянии илистыми и пылеватыми частицами, формируя иллювиальный горизонт Вt,f,al. Весь почвенный профиль представляет собой своеобразную хроматографическую колонку, в которой органические органоминеральные и минеральные компоненты фракционируются в соответствии со своей подвижностью, в основе которой лежат различная подвижность и агрессивность гумусовых кислот.
Описанный механизм образования подзолистых и дерново-подзолистых почв характерен для однородных суглинистых почв. На бедных песках в этих условиях образуется подзол, а на двучленных породах процесс идет более сложно, сочетаясь с псевдооглеением.
По данным В.В. Пономаревой, процесс разложения минералов под действием гумусовых кислот идет не только в подзолистом горизонте, но и во всем профиле, что также подтверждено А.А. Роде, причем главным остаточным продуктом разложения минералов является глинозем, а кремнезем, основания и частично железо выносятся за пределы профиля.
Таким образом, проблема подзолообразования является одной из самых дискуссионных. Большая часть ученых рассматривает подзолообразование как результат разрушения минералов, содержащихся в горизонте А2, агрессивными фульвокислотами. В соответствии с этими представлениями, фильтрующиеся почвенные растворы выносят продукты разрушения из горизонта А2, который в результате этого обесцвечивается, в горизонт В, где происходит их осаждение. Противники этой гипотезы отмечают наличие в горизонте А2, как и во всем профиле, мелких обломков совершенно свежих минералов, в том числе и неустойчивых к выветриванию. Это указывает на то, что при подзолообразовании энергичного распада минералов не происходит.
Наряду с процессом оподзоливания в генезисе подзолистых почв принимают участие такие процессы как лессиваж и элювиально-глеевый процесс. Сущностью лессиважа (обезыливания) является вынос илистых частиц вниз по профилю без их разрушения. Большинство зарубежных исследователей главную роль в дифференциации профиля подзолистых почв отводит именно процессу лессиважа.
С.П. Ярков (1954), И.С. Кауричев (1968), Ф.Р. Зайдельман (1974) считают причиной обесцвечивания горизонта А2 не разрушение минералов и их вынос, а сезонное оглеение верхней части почвенного профиля (элювиально-глеевый процесс). В условиях избыточного поверхностного увлажнения оксиды трехвалентного железа переходят в подвижную форму двухвлентного железа и мигрируют вниз по профилю. Часть этих подвижных соединений остается в сфере горизонта А2 и по мере поступления кислорода и изменения окислительно-восстановительной обстановки выпадает в осадок в виде мелких конкреций оксида. Такие процессы особенно характерны для почв северной тайги. В связи с сезонным переувлажнением большинство подзолистых почв в верхней части профиля слабо оглеены, особенно в пределах элювиального горизонта Е над уплотненным иллювиальным горизонтом В, поскольку весной и осенью здесь имеет место застой воды и даже образование горизонта верховодки.
Таким образом, периодическое сезонное переувлажнение и слабая поверхностная глееватость, как правило, всегда сопровождает оподзоливание или является его условием. Переменный окислительно-восстановительный режим приводит к чередованию мобилизации и иммобилизации свободных соединений железа и марганца, часто в виде органоминеральных соединений, их сегрегации в форме небольших ортштейнов, сгустков, точечных скоплений. Особенно много их в нижней части подзолистого горизонта Е.
Ф.Р. Зайдельман (1974) считает оподзоливание частным случаем процесса оглеения.
В подзолистых почвах (подтип дерново-подзолистые), формирующихся под лесами с наличием травянистого покрова, протекает дерновый процесс, приводящий к формированию более мощного гумусового горизонта, поскольку при разложении опада травянистых растений образуется больше гуминовых кислот.