Генезис заболоченных почв

Гидроморфные почвы - это большая группа почв, формирующаяся в условиях избыточного увлажнения по сравнению с нормальным для плакорных пространств данной природной зоны увлажнения. Гидроморфные почвы образуются в результате:

- близкого к поверхности стояния или периодического подъёма грунтовых вод (грунтово-водный гидроморфизм);

- поверхностного застоя атмосферных осадков в отсутствии их стока в подстилающую толщу или по склону (поверхностный или атмосферный гидроморфизм);

- сочетание грунтово-водного и поверхностного гидроморфизма;

- периодического формирования верховодки в пределах почвенной толщи на водоупорных горизонтах (внутрипочвенный гидроморфизм);

- периодического затопления паводковыми водами в речных поймах при сочетании, как правило, с влиянием близких грунтовых вод (пойменный, или аллювиальный гидроморфизм;

- постоянного водонасыщения при затоплении территории в плавнях, маршах, манграх, дельтах рек и по побережьям морей и озёр (маршевый гидроморфизм);

- периодического длительного затопления поверхности почвы при культуре риса (рисокультурный гидроморфизм).

Таким образом, гидроморфные почвы формируются в условиях избыточного увлажнения, развивающего в результате длительного застоя или при близком залегании грунтовых вод (глубина залегания 3 метра), при затоплении талыми или другими водами, а также при суммировании этих процессов.

Капиллярная кайма может достигать поверхности почвы. Процесс почвообразования происходит в анаэробных условиях.

Гидроморфные почвы формируются в транзитных либо аккумулятивных ландшафтно-геохимических условиях и служат геохимическим барьером на пути миграции различных соединений.

В гумидных районах в них аккумулируются органическое вещество, соединения кремния, железа, марганца, фосфора. В аридных районах – известь, гипс, водорастворимые соли. Во всех случаях они служат ловушкой для микроэлементов и токсикантов.

В разных условиях гидроморфизма аккумулятивный процесс выражен в разной степени и в отношении разных веществ, но всегда имеет место. В истории эволюции многие почвы прошли стадию гидроморфизма, что характерно для всех гляциальных, флювиогляциальных и аллювиальных равнин мира.

Окислительно-восстановительный режим гидроморфных почв связан с их периодическим или постоянным переувлажнением и соответствующим анаэробиозисом, приводящим к развитию химических либо биохимических восстановительных процессов и падению кинетического потенциала до низких или даже отрицательных значений. В гидроморфных почвах наблюдается чередование микрозон с высокими или низкими значениями кинетического потенциала, что обеспечивает нормальное питание и дыхание растений за счёт разности потенциалов между корнями и почвой.

Гидроморфные почвы не образуют классификационно единой группы почв, поскольку гидроморфизм сочетается с другими процессами почвообразования.

В лесной зоне наряду с автоморфными и гидроморфными почвами широко распространены подзолисто-болотные или полугидроморфные почвы. Они формируются на слабодренированных территориях преимущественно под заболоченными лесами.

Степень заболоченности оценивается по характеру оглеения. По Ф.В. Зайдельману, её можно определить по коэффициенту заболоченности (К), под которым понимается отношение Fe к Mg в почвенных орштейнах:

дерново-подзолистая неоглеенная – < 3;

дерново-подзолистая глубоко оподзоленная – 3 – 7;

дерново-подзолистая слабоглееватая – 7 – 10;

дерново-подзолистая глееватая – 10 – 30;

дерново-подзолистая глеевая – > 30;

торфянисто-подзолисто-глеевая – орштейнов нет, интенсивное оглеение по всему профилю.

В зависимости от степени развития глеевого процесса выделяют следующие типы заболачивания:

- поверхностное заболачивание водами атмосферных осадков и талыми водами;

- заболачивание слабоминерализованными грунтовыми водами;

- заболачивание сильноминерализованными грунтовыми водами.

Заболачивание водами атмосферных осадков имеет поверхностный характер и связано с превышением количества осадков над испарением. Это свойственно холодным гумидным районам субарктического и бореального поясов. Поверхностное заболачивание атмосферными водами происходит на выровненных территориях, сложенных лёссами, лёссовидными, вводно-ледниковыми и древнеаллювиальными отложениями в условиях слабодренированного рельефа.

Почвы поверхностного заболачивания образуются в условиях равнинного рельефа при отсутствии поверхностного стока или если он выражен очень слабо; при низкой водопроницаемости почв, вследствие развития подзолистого процесса и образования мощных ортзандровых прослоек в иллювиальном горизонте или значительном утяжелении этого горизонта вследствие вмывания илистых частиц; при наличии влагоёмкого органического вещества на поверхности – мощной подстилки или мохово-лишайникового ковра.

Талые воды и воды осадков, накапливаясь над водонепроницаемыми прослойками, образуют верховодку и создают в верхних генетических горизонтах почвы анаэробные условия, ведущие к развитию восстановительных процессов. По мере просачивания и испарения в почве развиваются окислительные условия. Смена окислительных и восстановительных процессов приводит к образованию охристо-ржавых пятен в иллювиальном горизонте. По выраженности процессов оглеения почвы подразделяются на слабооглеенные, среднеоглеенные или глеевые.

На начальной стадии поверхностного заболачивания формируются перегнойно-подзолистые поверхностно-глееватые почвы, для которых характерно повышенное содержание органического вещества в верхнем горизонте (до 15-20%) и наличие признаков оглеения в горизонтах А₁, А₂, А₂В. При усилении глеевого процесса оглеивается гумусовый горизонт. Одновременно ухудшаются условия разложения лесного опада, что ведёт к увеличению мощности лесной подстилки и её оторфовыванию.

По мере дальнейшего заболачивания лесная подстилка превращается в торфянистый горизонт. Усиливается оглеение нижележащих горизонтов и формируется торфянисто-подзолистая глеевая почвы.

При дальнейшем развитии процесса оглеения торфянисто-подзолистая почва превращается в торфянисто - и торфяно-глеевые почвы, которые при последующем нарастании торфяного слоя превращаются в болотную верховую торфянистую почву и верховые торфяники.

При грунтовом заболачивании происходит насыщение верхних горизонтов почвы до полной влагоёмкости, при этом создаются благоприятные условия для появления и развития приспособленной к переувлажнению болотной растительности, что ведёт к образованию болотных почв.

Заболачивание может происходить мягкими, жёсткими и солёными грунтовыми водами. В первом случае в болотных почвах наблюдаются отложения болотной руды – больших скоплений лимонита (Fe₂O₃·nH₂O), во втором – отложение болотного мергеля Mg(CO₃)₂, в третьем – водорастворимых солей.

Заболачивание почв может быть следствием изменение гидрологического режима деятельностью человека. Примеры таких явлений имеют место, когда происходит:

- заболачивание вырубок во влажном поясе при снятии транспирационной функции леса; избыток воды способствует расселению сначала травянистых болотных растений и образованию травяных торфов, а затем поселению на них сфагновых мхов с образованием болот верхового типа;

- подтопление обширных пространств вокруг водохранилищ и открытых земляных каналов в результате инфильтрации и подъёма уровня грунтовых вод;

- заболачивание орошаемых полей в результате избыточных поливов при отсутствии искусственного дренажа.

Заболачивание пресными (мягкими) грунтовыми водами развивается на бескарбонатных, преимущественно лёгких породах, подстилаемых водоупорными тяжёлыми моренными, покровными или озёрными отложениями.

При этих условиях просачивание атмосферных осадков приводит к высокому стоянию грунтовых вод, вызывающих избыточное увлажнение почвенного профиля. Заболачивание начинается с развития оглеения в нижних горизонтах (В₂, ВС, С) и формирования торфянистой подстилки, а затем и торфянистого горизонта.

Устойчивое развитие грунтового заболачивания пресными водами приводит к образованию болотно-подзолистой, а затем торфяно-глеевой и торфяной почвы верхового болота. Растительность таких участков представлена угнетёнными сосной, берёзой, полукустарниками (багульник, голубика, клюква); в напочвенном покрове преобладают сфагновые мхи.

Болотные почвы могут изменяться во времени, переходя из одной стадии в другую, что наблюдается при изменении водного питания и как следствие смене растений – торфообразователей. Эволюцию болотных почв можно наблюдать в природе, когда почвы низинных болот переходят в почвы переходных, а затем и верховых болот.

Основные показатели почв болотного верхового типа – органогенные горизонты, нацело состоящие из органических остатков олиготрофной растительности, высокая кислотность (рН_ксl - 2, 5-3, 8), низкая зольность (2, 4-6, 5%), небольшая плотность почвы (0, 03-0, 1 г/см³), высокая влагоёмкость (700-1500%), низкое содержание Са, К и Р, насыщенность основаниями составляет 10-50%.

Выделяют два типа верховых болотных почв: болотные верховые торфяно-глеевые (мощность торфа менее 50 см) и болотные верховые торфяные (мощность торфа более 50 см). Выделены четыре фациальные группы: непромерзающие, кратковременно промерзающие, длительно промерзающие, мерзлотные.

Болотные верховые торфяно-глеевые почвы распространены по краям верховых болот и в неглубоких бессточных понижениях равнинных водоразделов. В их профиле выделяют следующие горизонты:

А_о - очёс сфагновых мхов с примесью корневищ полукустарничков, древесных корней и трав, мощность 10-15 см;

Т – торфяной горизонт мощностью 30-50 см, по степени разложения торфа и в зависимости от ботанического состава горизонт подразделяют на горизонты Т₁ (слаборазложившийся), Т₂ (повышенная степень разложения). Т^nm (перегнойно-торфяной среднеразложившийся), Т_n (перегнойный сильноразложившийся);

G - глеевый горизонт.

В глинистых и тяжелосуглинистых почвах верхняя часть глеевого горизонта прокрашена потёчным гумусом в сизовато-серые или тёмно-серые тона (G_h), а нижняя часть представлена зелёновато-оливковым или голубовато-сизым глеем (G).

На песках под торфяным горизонтом часто образуется коричневый или ржаво-коричневый гумусово-железистый горизонт (G_fh), под которым расположен глеевый горизонт (G). Зольность торфяного слоя увеличивается сверху вниз, рН_ксl- 2, 6-3, 8. В естественном состоянии сильно насыщен влагой.

Болотные верховые торфяные почвы – занимают центральные части верховых болот. Профиль их слабо дифференцирован на горизонты. Вверху выделяют горизонт

А_о –сфагновый очёс, под которым залегает торфяной горизонт;

Т – бурого цвета или жёлто-бурого, насыщенный влагой, с хорошо оформленными растительными остатками.

Граница между торфяной почвой и торфоорганогенной породой в полевых условиях различается неясно. Обычно в пределах почвенных горизонтов до глубины 30-60 см расположены живые корни деревьев и полукустарников. Почва отличается высоким коэффициентом фильтрации и высокой водопроницаемостью в период понижения уровня грунтовых вод. Ёмкость поглощения 80-90 мг-экв/100 г почвы, Степень насыщенности основаниями 30-10%. Летом почвенно-грунтовые воды опускаются до глубины 20-50 см от поверхности.

В типе верховых болотных почв различают следующие роды:

- обычные – органогенный горизонт состоит из олиготрофных типов торфа (сфагнового или кустарничково-пушициевого);

- переходные – остаточно-низинные (засфагненные древесно-моховые и засфагненные травяно-моховые);

- гумусово-железистые – характерны для торфяно-глеевых почв на песках, имеют под торфом горизонт G_fh.

Разделение торфяных почв на виды осуществляются:

- по мощности органогенного горизонта – торфяно-глеевые маломощные (мощность торфа 20-30 см), торфяно-глеевые (мощность торфа 30-50 см), торфяные на мелких торфах (50-100 см), торфяные на средних торфах (10-200 см) и торфяные на глубоких торфах (более 200 см);

- по степени разложения торфа в верхней толще (30-50 см) – торфяные (менее 25%) и перегнойно-торфяные (25-45%).

Торфяные болотные низинные почвы – формируются в глубоких депрессиях рельефа на водораздельных равнинах, на древнепойменных террасах, в понижениях речных долин, на склонах в таёжно-лесной и лесостепной зонах в условиях дополнительного притока минерализованных грунтовых вод.

Реакция среды рН_ксl- 5, 0-6, 5, высокая степень насыщенности почв основаниями и обеспеченность элементами питания, высокая зольность (6, 5-10%).

Тип торфяных почв делится на подтипы: болотные низинные (типичные) торфяно-глеевые, болотные низинные обеднённые торфяные, болотные низинные (типичные) торфяные.

Болотные низинные торфяно-глеевые почвы – распространены по окраинам низинных болот под эутрофной травянистой гигрофитной древесно-кустарниковой растительностью и гипновыми мхами.

Горизонты:

Т_n – торфяно-перегнойный (30-50 см), тёмно-бурый, переплетён корнями;

А₁ – гумусовый, чёрный или сизовато-серый с остатками корневищ, постепенно переходит в глеевый горизонт

G - глеевый горизонт, сизой или оливково-сизой окраски, по ходам корней много ржавых полос, пятен, примазок гидроокисей железа и марганца, степень насыщенности основаниями 20…30%.

Болотные низинные торфяные почвы распространены в центральной части низинных болот. Весь профиль формируется в пределах торфяных слоёв, их мощность колеблется от 30 до 50 см в сильно обводнённых болотах, до 60…70 см в слабо обводнённых.

Торфяной горизонт подразделяется на подгоризонты Т₁ и Т₂ по составу растительных остатков и степени разложения торфа.

Торфоорганогенная порода – светло-жёлтой или жёлто-бурой окраски, быстро темнеет от воздействия солнечных лучей, состоит их хорошо сохранивших форму растительных остатков, часто с запахом сероводорода. Зольность низинных торфов от 10 до 30…50%, содержание N - 1, 6…3, 8%, К – 0, 03…0, 2%, Р – 0, 05…0, 46%.

В типе низинных болот выделены следующие основные роды:

- обычные – нормально зольные;

- карбонатные – содержат от 0, 5 до 20…30% СаСО₃, на глубине 60…80 см имеются выцветы карбонатов, встречаются в условиях выхода карбонатных пород на поверхность;

- солончаковые – содержат 0, 3…2, 0% водорастворимых солей, распространены в речных долинах вблизи выхода сильноминерализованных грунтовых вод;

- оруденелые – содержат 6…24% Fe₂O₃ и более, характерны для древнепойменных террас; содержание Р нередко повышено благодаря присутствию вивианита, который при вскрытии разрезов имеет желтовато-белый цвет, при выходе на поверхность голубеет;

- заиленные – верхняя часть профиля обогащена минеральными частицами, распространены в речных долинах, балках, логах.

Подроды: моховые, древесные, травяные.

Лесорастительные свойства гидроморфных и полугидроморфных почв определяются глубиной залегания грунтовых вод, степенью их минерализации и проточности.

При заболачивании подзолистых песчаных почв поверхностными или слабоминерализованными водами постепенно боровые почвы превращаются в верховые болота. На первых этапах этого процесса по мере повышения влажности до сырого состояния (граница воды на глубине 80…100 см) наблюдается улучшение роста и повышение продуктивности сосняков III-II классов бонитета до I. В составе насаждений появляется ель.

При дальнейшем увеличении влажности и ухудшении их аэрации (граница воды на глубине 50…60 см) условия роста насаждений ухудшаются, бонитет сосняков снижается и на верховых болотах достигает V-Va класса.

При заболачивании почв жёсткими водами уже на первых этапах чистые сосняки сменяются сосново-еловыми насаждениями с примесью дуба и других, требовательных к условиям местообитания, древесных пород.

По мере поднятия уровня грунтовых вод увеличивается доля ели и осины, появляется чёрная ольха. В низинных болотах произрастают черноольховые насаждения. Переходные болота заняты сосняками с примесью ели и осины.

Лесорастительные свойства у торфянистых почв и торфяников очень низкие из-за избыточного увлажнения, недостатка кислорода и малого количества элементов питания. Насаждения на болотных почвах часто имеют угнетённый вид и отличаются небольшой высотой и сильной изреженностью.

Наиболее эффективный способ повышения лесорастительных условий торфяников – осушение. При осушении прирост деревьев увеличивается в 2…4 раза (В.Д. Зеликов). Посаженные на осушенных торфяниках сосновые культуры при залегании грунтовой воды на глубине 80…100см имеют хороший рост.