Поиск

Почвообразование в тропических саваннах
29.10.2015

Саванны — это обширные травянистые и лесопарково-травянистые равнины, чаще низких геоморфологических уровней (от +10 до +200 м над ур. м.), расположенные в субтропических и тропических широтах Африки, Южной Америки, Юго-Восточной Азии, Австралии.
Саванны (индейское название травянистой растительности и пастбищ в Южной Америке) можно рассматривать как тропический аналог русских степей, североамериканских прерий и лесостепей умеренного и умеренно холодного поясов. Природные, первичные саванны характеризуются относительно сухим климатом с длительным бездождным периодом. Вторичные, антропогенные (послелесные) саванны расположены во влажном тропическом климате, на месте влажных и даже дождевых лесов, уничтоженных человеком. И те, и другие подвергаются ежегодно выжиганию кочевниками, охотниками, пастухами, фермерами. Выжигание является постоянным условием существования и формирования растительности и почв саванн. В большинстве случаев природные саванны расположены на древних или современных водно-аккумулятивных равнинах, которые и поныне иногда заливаются полыми водами.
Почвы первичных саванн типичны для тропического дернового почвообразования. Там, где дерновый процесс сочетается с недавней или современной геохимической аккумуляцией (грунтовые воды, паводки), почвы саванн характеризуются высоким уровнем плодородия, темноокрашенным гумусовым структурным профилем, напоминающим профиль чернозема, нейтральной или слабощелочной реакцией, карбонатностью, иногда небольшой остаточной засоленностью и солонцеватостью. Обычно для них также характерны высокая поглотительная способность (30—40—60 мг-экв) и преобладание монтмориллонитовой группы вторичных минералов.
Общая характеристика этих почв, часто называемых также грумосолями (термин введен Д. Торпом) или тропическими черноземами, приводится в табл. 102.

Почвообразование в тропических саваннах

Как черноземы и луговые почвы умеренного пояса, так и черные почвы саванн весьма разнообразны по физическим и химическим свойствам и по продуктивности. Наряду со структурными разновидностями черных гумусовых (дерновых) почв существуют плотные слитые бесструктурные разновидности. В России последние известны под названием слитых черноземов (Кавказ, Молдавия), за рубежом такие почвы называют верти-соли (от латинского verti — переворачиваю).
История почв саванн очень сложна и противоречива. И почвоведы, и ботаники еще очень далеки от единства или даже от частичной согласованности научных взглядов на саванны. Бесспорно, что многие из почв первичных саванн прошли стадии подводного и затем капиллярно-гидроморфного почвообразования, время которого уходит на 5—6 тыс. лет в глубь истории. Ныне это палеогидроморфные почвы (неоэлювиального режима), в которых черты прошлого выражены очень сильно (латеритный и известковый хардпен, разного рода конкреции). Послелесные вторичные саванны Бразилии и Австралии, развитые на древней остаточной аллитной и ферраллитной коре выветривания, являются, по-видимому, палеоавтоморфными почвами. Начало и кульминация их образования относятся к третичному периоду, а может быть, и к более раннему времени (например, почвы Северной Австралии близ г. Дарвин).
Генезису темных гумусовых почв тропиков и субтропиков посвящена специальная монография Р. Дудаля. Травянистая растительность типичных первичных саванн, как показал Дудаль, теснейшим образом связана с темными и черными почвами низких равнин субтропиков и тропиков. По данным Дудаля, наиболее плодородные темные почвы субтропиков и тропиков образуются, когда дерновый процесс сочетается с геохимической и механической аккумуляцией, т. е. в условиях затрудненного естественного дренажа аккумулятивных ландшафтов на великих древних или современных дельтово-аллювиальных равнинах. Другим условием образования темных тропических почв саванн является относительно сухой климат, ограничивающий возможность развития леса. При средних годовых температурах порядка 24—27° С сумма атмосферных осадков составляет 500—1000 мм, а бездождный период длится до 4—8 месяцев в году.
Высокая и мощно развитая травянистая растительность саванн почти всегда сочетается с кустарниками и единичными деревьями. Однако как по биомассе, так и по почвообразующему эффекту травянистая растительность доминирует. В растительности саванн в основном представлены злаки и бобовые. Ho много также специфических видов деревянистых трав (Clitoria, Eriosema, Galactia). В числе видов, слагающих травянистую растительность саванн, для стран Южной Америки следует указать Trachypogon, Panicum maximum.
В африканской саванне при осадках более 1500 мм в год главную роль в растительности играют высокие и мощно развитые Imperata суlindrica, Pennisetum purpureum, Andropogon, Hypharrhensia. При меньших количествах влаги (100 мм и меньше, сухой период до 6 месяцев) формируется плотнокустовая саванна (bunch grass savanna) с высотой растений 1—2 м и почти без деревьев. Наземная фитомасса слоновой травы с подстилкой достигает огромной величины — 40—50 т/га (без корней). При этом на 1 га в круговорот вовлекается ежегодно не менее 300 кг N, 25 кг Р, 50 кг S, 50 кг Ca, 100 кг Mg и 360 кг К. Imperata суlindrica образует фитомассу раз в десять меньшую. При этом корни в два раза превышают наземную фитомассу (наземная около 4 г/га, корни около 10 т/га).
В условиях семиаридной и субгумидной саванны травянистая растительность представлена, по Дудалю, Schoenfeldia gracilis, Ctenium elegans, Vetiveria fulvibarlis, Brachiaria falcifera, Cymbopogon nervatis, Hilaria mutica, Aristida, Andropogon, Themeda, Schizachyrium и др.
Растительность саванн обогащает почвы щелочными землями и особенно калием, а также кремнеземом. Это обусловливает относительно малую отзывчивость почв саванны на удобрения кальцием, калием и высокую отзывчивость на азот.
Черные и темные почвы теплого, субтропического и тропического поясов широко известны на разных континентах суши; их называют различно; черные хлопковые почвы (Южная Африка), черные земли — черноземы (Австралия, США), регуры (Индия), грумосоль (США), тирс (Марокко), маргалитовые почвы (Азия), смолницы (Балканы), брюниземы (США).
Темные глинистые почвы саванн имеют типичный профиль дерновых почв: гумусовый горизонт А до 60—90 см (иногда до 100 см), содержащий 0,5—1,5, 2,5—4,5% гумуса, несколько оструктуренный (комковатый) и постепенно переходящий в безгумусовый горизонт С. Многие темные дерновые почвы типичных саванн карбонатны с поверхности или имеют хорошо выраженный горизонт белоглазки. В нижней части горизонта А или в горизонте С часто различаются признаки слитости, оглеенности и восстановительных процессов. Горизонты A2 и В (элювиальный и иллювиальный), как правило, в этих почвах не образуются. Однако часто различается переходный горизонт AC мощностью 30—50 см, содержащий 0,5—0,8% гумуса. В профиле почв, особенно в горизонте С, встречаются железистые конкреции. В горизонтах C и D часто обнаруживается неравномерность и иногда опесчаненность по механическому составу. Встречаются также обломки пород и гальки. Все эти признаки, особенно включения и новообразования, явно свидетельствуют о водно-аккумулятивном происхождении почвообразующих пород и гидроморфном прошлом этих почв.
Гидроморфное прошлое темных гумусовых почв проявляется иногда в остаточной засоленности и присутствии гипса в горизонтах AC и С, а иногда в повышенной щелочности и в наличии свободной соды или бикарбонатов натрия (pH до 9—10). Обычное преобладание монтмориллонита в составе глинных минералов также, видимо, унаследовано от водно-аккумулятивного прошлого почвообразующих пород или является результатом капиллярно-гидроморфного синтеза.
Присутствие больших количеств монтмориллонита, глинистый механический состав (глина до 40—60% и иногда до 80%) обусловливают высокую плотность, большой объемный вес (до 1,8—2,1) и слитость почв. Однако слитость не обязательна: среди темных гумусовых почв саванн широко представлены оструктуренные разновидности.
Емкость поглощения обычно составляет 30—40 мг-экв, а иногда 60 и даже 80 мг-экв, с преобладанием обменного кальция и заметным количеством обменного магния (8—25 мг-экв). Иногда, однако, в нижних горизонтах обменный магний преобладает над кальцием; в этих случаях повышено и количество обменного натрия (1,5—5—10 мг-экв).
Исключительно высока набухаемость черных слитых почв. При увлажнении они увеличиваются в объеме на 25 и даже на 50%. Вертикальные движения почвенной массы достигают 25—38 мм в год. Это влечет за собой разрывы корней, разрушение дорог, стен и фундаментов, трубопроводов, а иногда и оползни. Трещины достигают 1 м в глубину и 12 см в ширину. Сжатие и сильное набухание связаны больше всего с преобладанием минералов группы монтмориллонита. Обычно вследствие этих явлений территории темных слитых почв саванн отличаются резко выраженным микрорельефом и периодическим перемешиванием гумусовых и подгумусовых горизонтов. Это позволило американским исследователям предложить для слитых и бесструктурных темных почв тропиков и субтропиков название «вертисоль».
Среди типичных почв саванн имеется ряд переходов в сторону нарастающего гидроморфизма. Болотные саванны и черные глеево-дерновые почвы низких террас, приозерных низменностей—представители таких ландшафтов. На понижениях рельефа нередко появляются тростники, осоки, галофиты и почвы приобретают оглеенность, оторфованность или засоленность, т. е. становятся сходными с глеево-луговыми, заболоченными и луговыми солончаковыми почвами умеренного пояса.
Вторичные послелесные саванны наследуют свойства кислых почв тропических лесов сиаллитного или аллитного характера. На террасах и склонах при ухудшенной естественной дренированности почвы послелесных антропогенных саванн имеют латеритный марганцево-железистый конкреционный горизонт или сплошной железистый хардпен. Эти горизонты сохраняются в кислых дерновых почвах саванн и нередко усиливаются после пересыхания или опустынивания их, как это наблюдается в Северной Африке и Австралии.
В качестве одного из примеров почв послелесных саванн можно привести «руброземы» Южной Америки.
Под этим названием описаны широко распространенные в Южной Бразилии (осадки около 1400 мм в год, среднегодовая температура 16,3° С) темноокрашенные гумусированные почвы под покровом травянистой растительности с преобладанием Aurecaria angustifolia.
Верхние темные горизонты почвы напоминают чернозем, но нижние горизонты окрашены в красные цвета. Почва сильно оглинена, предельно выщелочена (бескарбонатна) и имеет кислую реакцию по всему профилю (pH=4,2-4,8). Поглотительная способность почвы довольно высокая (=40 мг-экв на 100 г). Авторы указывают, что признаков образования осветленного горизонта A2 и миграции полуторных окислов в профиле они не обнаружили.
Темные дерновые почвы субтропиков и тропиков используются в сухом земледелии и при орошении. На них успешно возделываются сорго, рис, просо, сахарный тростник, хлопчатник. Второе место по значению занимают пшеница, кукуруза, подсолнечник, соя, табак, масличные, кассава, арахис. Природное плодородие этих почв относительно устойчиво, хотя не всегда велико. Известно, что регуры Индии сохранили свою продуктивность, несмотря на столетнее использование без удобрений. Однако азотные и фосфорные удобрения на них всегда высокоэффективны.
Агрофизические свойства слитых разностей неблагоприятны, их обработка затруднена как во влажном (вязкость), так и в сухом (слитость) состоянии. После увлажнения они образуют плотную корку (до 2—3 см), что крайне затрудняет нормальное прорастание семян. Обработка, периодическое увлажнение и просушивание, органические удобрения, корневые остатки постепенно улучшают физические свойства темных слитых почв.
Африканская саванна ежегодно производит огромное количество весьма богатой и ценной для животных фитомассы. С высокой продуктивностью африканских саванн связана многочисленность поголовья слонов, гиппопотамов, буйволов, носорогов, зебр, антилоп и других крупных травоядных. Кроме того, африканская саванна кормит до 100 млн. жителей, что также говорит о ее продуктивности. Южноамериканская саванна менее продуктивна; это обязано ее вторичному (после-лесному) характеру.
Развитие на мировом рынке спроса на такие продукты тропического земледелия, как кофе, какао, каучук, хлопок, растущее потребление прочной древесины явились причиной обезлесивания тропических лесных и лесопарковых областей и значительного расширения территорий, занятых вторичной травянистой растительностью — саванной. Этому особенно способствовал лесосечно-переложный тип системы земледелия, так называемый shifting cultivation, когда истощенные культурой поля забрасываются на 15—20 лет и занимаются вторичной саванной или лесом. Новые же массивы леса вырубаются и выжигаются для использования в полеводстве. При выжигании растительности лесов или саванн, естественно, происходят кратковременные, но очень сильные изменения в химическом режиме почв. Первоначально pH почвы поднимается до 9—10, затем, по мере карбонатизации и вымывания растворимых соединений щелочность снижается к нейтральному или кислому уровню.
Почвы вторичных саванн Бразилии, Венесуэлы, Новой Гвинеи, возникшие после уничтожения человеком тропических лесов на древних ал-Л!итных или ферраллитных почвах, очень бедны и малопродуктивны. Вторичная травянистая растительность при регулярном сжигании биомассы не в состоянии создать тог размер биологического круговорота минеральных веществ, азота и углерода, который был под пологом тропических лесов. Вторичные послелесные саванны Африки производят в месяц лишь около 3,6 ц/га опада, в то время как тропический лес и влажный тропический лес образуют по 1,6—2,5 т/га опада ежемесячно.
Естественный же запас биофильных элементов в аллитной коре выветривания и в древних элювиальных почвах влажных тропиков ничтожен. Поэтому вторичный дерновый процесс на фоне промывного водного режима почв и отрицательного геохимического баланса не в состоянии создать плодородные дерновые почвы. Почвы сохраняют и даже усиливают выщелоченность, кислотность и низкую поглотительную способность. Последнее происходит и потому, что запасы гумуса быстро уменьшаются. Повторное выжигание саванны, плоскостная эрозия и пересыхание на склонах часто способствуют отвердению ожелезненных латеритных аккумулятивных горизонтов на склонах. В итоге почвы послелесных саванн за 4—5 лет настолько снижают плодородие, что возделывание сельскохозяйственных культур на них становится нерентабельным. Поднять и поддержать плодородие кислых дерновых почв саванн можно лишь путем интенсивного внесения удобрений и разумного чередования культур.
Темные гумусовые монтмориллонитовые почвы как продукт сочетания дернового процесса с аккумулятивной корой выветривания и современной или древней геохимической аккумуляцией воднорастворимых и глинных минералов являются исключительно ярким примером общепланетарной (трансконтинентальной) почвенно-геохимической формации, занимающей малодренированные равнинные поверхности суши. На картограмме (рис. 87) показаны области распространения почв этой формации. Термические и общеклимашческие условия формирования этих почв весьма разнообразны (от влажных и сухих тропиков до умеренно холодного пояса). Ho при различных условиях здесь существует одна общая особенность климата: периодическая сухость, ограничивающая возможность существования лесов и способствующая испарительной аккумуляции подвижных продуктов выветривания и почвообразования.
Почвообразование в тропических саваннах

Эта формация представлена большим числом различных почв: черноземы, брюниземы (почвы прерий), темные (черные) хлопковые почвы, смолницы, черные земли, терра негра, регуры, тирсы, темные луговые почвы, черные трещинные глины, черные карбонатные (маргалитовые) почвы, черные глеевые почвы, грумосоли, вертисоли и др.
Названные разновидности темных монтмориллонитовых кальциевых гумусовых почв расположены в различных термических поясах от экватора до широт 50—60°. Они используются в земледелии для возделывания различных культур, а также под сенокосы и пастбища и являются устойчиво плодородными почвами, хотя и подверженными засухам, эрозии, выпаханности и истощению при монокультуре.
Неплодородные разновидности также представлены в этой формации почв: кислые, солонцеватые, засоленные, слитые — бесструктурные, эродированные, Ho неплодородные почвы не являются типичными представителями и результатом дернового процесса почвообразования. Наоборот, дерновый процесс способствует их улучшению. Темный цвет этих почв обусловлен прежде всего присутствием гумуса — прямого продукта травяного биогенеза. Однако во многих случаях в теплых и жарких термических поясах содержание гумуса невелико и явно не соответствует темному цвету почвы. Ряд исследователей предполагает, что темный цвет этих почв обязан также их гидроморфному прошлому (или настоящему): оглеенность, соединения железа и марганца, железистый тип монтмориллонита, сорбированный гумус в межпакетных пространствах подвижной решетки монтмориллонита.