2.3.3. Почвы Амазонии

Почвы под тропическими лесами бассейна р. Амазонки разнообразны и отражают многообразие по происхождению и составу почвообразующих пород. Почвы Амазонии характеризуются нами на основании известных литературных источников, в которых приводятся сведения о составе и свойствах почвенных разностей. Мы также используем классический подход, применяемый в генетическом почвоведении, при анализе возможных путей формирования и эволюции почв в ландшафтах Амазонии.

Почвенный покров в тропиках Амазонии гетерогенный вследствие пространственной разнородности условий их формирования: геоморфологических, геологических, биологических. Общими для региона являются климатические условия, определяющие режим [35, 38, 39, 43, 47, 49, 52]

влажности почв и их температуру. Преобладающими являются шесть различных групп почв, которые были выделены Марбутом[33] при первых исследованиях почв в этом регионе. Почвы тропиков развиты на древней латеритной сильно выветрелой коре и различаются между собой во всех таксонах, от самых низких до самых высоких уровней классификаций [42,43].

Горная система Анд генерирует тектоническую нагрузку на низменность и формирует поток осадков на её поверхность, что продолжается с момента образования горной системы и до настоящего времени[20]. На основании наблюдений гидрологов, которые исследовали причины имеющихся вариаций в элементном составе вод рек, бассейн Амазонки был разделён на четыре региона[17]. Наиболее обеднённые химическими элементами, особенно кальцием являются воды Центральной Амазонии, что отражается на плодородии почв этого региона и без того низком [1]. Стабильность рельефа в сочетании с постоянным влажным климатом при высоких температурах привела к глубокому выветриванию почв и пород, выщелачиванию минералов – источников питательных веществ.

Природные воды периферийных субрегионов (Северная, Западная и периферийных Амазония) значительно богаче химическими элементами и почвы здесь относительно плодороднее, чем в центральном бассейне Амазонки[17]. Почвообразующими породами на территории Перу являются осадки мелового и третичного периода, поднятые в плиоцене. Западная Aмазония включает в себя обширные районы, где преобладают на склонах холмов маломощные почвы, сформированные в плейстоцене и позднем голоцене и имеют возраст около 5000 лет. В этих почвах часто содержится большое количество обменного алюминия вследствие продолжающегося выветривания алюмосодержащих минералов, таких как [24,29] вермикуллит.

Притоки р. Амазонки, которые берут начало в Андах, часто называют «реками белой воды», хотя на самом деле вода их коричневого цвета из-за частиц продуктов водной эрозии горных склонов. Воды этих притоков имеют более высокий уровень содержания всех питательных веществ, особенно Са, Р и Mg, по сравнению с другими притоками, но концентрация их ниже, чем в реках, протекающих в умеренных и бореальных регионах[19,22]. В результате накопления аллювиальных отложений сформировались относительно плодородные пойменные почвы Западной Амазонии.

Мы приводим наиболее распространённые в бассейне реки Амазонки почвенные разности, называемые в соответствии с классификацией почв во Всемирной справочной базе (World Reference Base (WRB) soil classification system: IUSS Working Group WRB, 2006)[25].

Акрисоли в западных и юго-западных областях Амазонии развиваются на третичных речных и озёрных отложениях и других осадочных породах в районе Анд. Лептосоли занимают поверхности вдоль обоих хребтов Анд, но наиболее распространены вблизи андских предгорий и в основном за пределами амазонских границ. Поймы и террасы вдоль крупных рек заняты флювисолями и глей-солями, которые преобладают в почвенном покрове водосборных площадей в верховьях р. Амазонки вдоль предгорьев Анд и на осадочных породах в перуанской Амазонии. Камбисоли и алисоли распространены почти исключительно в предгорьях Анд и на прилегающих равнинах осадконакопления.

Основные типы почв, и площади их распространения в Амазонии приведены в таблице 2.

Лептосоли (Leptosols и некоторые энтисоли – Entisols и другие лититовые подгруппы по таксономии почв США) являются почвами с маломощным профилем на гравии или каменистые. Лептосоли, развитые на известняках, относятся к рендзинам. Почвы интразональные, встречаются, как правило, на выходах коренных пород в горных районах. Лептосоли покрывают плотные слабовыветрелые коренные породы, устойчивые к атмосферным воздействиям, где развита эрозия почв или где почвы были смыты. Основной ареал их распространения – предгорья Анд[8,10,15,41,49].

Taблица 2. Площади почв под лесной растительностью в Амазонии[39]

Обычно почвенный покров подобных почв не сплошной, чередуется с обнажениями горных пород, почва в основном появляется в вогнутых частях поверхности или в трещинах скал. Мощность профиля почв изменчива в пространстве, но не превышает 25 см, профиль не дифференцирован.

Камбисоли (Cambisols). К этой группе почв относятся почвы, находящиеся на начальной стадии формирования (Inceptsols – по почвенной таксономии США). Она охватывают широкий спектр почв, распространённых на больших площадях в широком диапазоне ландшафтов, климатов и растительности. Большинство почв этого типа распространены вблизи Анд в западной Амазонии на эрозионных или аккумулятивных поверхностях, также могут встречаться вдоль рек на аллювиальных отложениях пойм[35]. Они развиваются из различных почвообразующих породах средней и мелкой текстуры, слабо или умеренно выветрелых, без заметного накопления органического вещества, иллювиирования глины в профиле. В большинстве случаев камбисоли являются почвами со слабой дифференциацией профиля на горизонты, находятся на переходном этапе развития. Большие количества первичных минералов и отсутствие каких-либо признаков развития педогенеза также являются свидетельством ранних стадий почвообразования. В камбисолях диагностируются лишь некоторые признаки начального выветривания и превращение первичных минералов. На свежих осадочных и горных породах камбисоли могут развиваться за относительно короткий промежуток времени при высокой интенсивности выветривания пород в тропиках [8,43].

Обычно органическое вещество накапливается в верхних горизонтах почвы за счёт лесного опада. В почвах очень мало обменных оснований, ёмкость катионного обмена насыщена обменным алюминием. Содержание глины высокое, несколько возрастает вглубь профиля, что показывает о направлении почвообразовательных процессов, которые с течением времени могут привести к формированию другого типа почв – алисолей (Alisol). Плодородие камбисолей сильно варьирует и зависит от содержания органического вещества, рН, почвообразующих пород, разной степени их выветрелости и мощности профиля[8,48].

Плинтосоли (Plinthosols) являются почвами с повышенной концентрацией железа (Plinthic по таксономии США). Они богаты перегноем, каолинитом и кварцем. В результате чередующихся периодов переувлажнения-иссушения почвы необратимо изменяются и превращаются в хардпэны (hardpans)[8,26]. Плинтосоли распространены практически во всех районах бассейна р. Амазонки, в том числе и в западных, на территории Перу. Они формируются под тропической лесной растительностью и наиболее часто встречаются в переходных зонах между дождевыми лесами и саваннами. Петроплинтит также может находится и в более влажных районах, куда он, возможно, был перемещён после денудации в виде аллювиальных или коллювиальных отложений. Плинтосоли наиболее часто развиваются на материале выветривания основных пород. Формирование их связано с колебаниями грунтовых вод, поэтому эти почвы распространены на низких уровнях ландшафта[18,29,47,50]. Образование плинтитового слоя зависит от накопления полуторных окислов вследствие выноса диоксида кремния из продуктов выветривания пород под воздействием атмосферных факторов. Это приводит к относительному накоплению в профиле наиболее стойких соединений, таких как полуторные окислы, кварц и каолинит. Абсолютное их накопление также возможно с аллювиальными или коллювиальными отложениями. Другим механизмом образования плинтита является сегрегация железа, которая происходит при переменном чередовании условий окисления и восстановления в профиле почв и грунтов[15,48]. При избыточном увлажнении большая часть железа переходит в двухвалентную форму и становится мобильной. Это железо осаждается в виде оксида железа, когда почва иссушается и новообразования практически не растворяются при очередном обводнении и развитии восстановительных условий. В случае улучшения условий дренажа и сокращения или прекращения периодов переувлажнения почв, с новообразованиями железа происходят необратимые изменения и формируется петроплинтит (petroplinthite).

Плинтосолям очень свойственно компактное сложение с высокой плотностью во всех горизонтах. Свойства их незначительно различаются даже при большом расстоянии между ландшафтами с их преобладанием в почвенном покрове[39,48]. В этих почвах относительно высокое, по отношению к другим амазонским почвам, содержание обменных Са и Mg в верхнем горизонте. Количество Са резко сокращается с поверхности до глубины 4 см и остается постоянным (около 10 ммоль/кг) до глубины 1–1,2 м, а затем – снижается до нуля. Содержание железа постоянно в слое 40 см, затем резко возрастает на глубине 120 см, после чего начинает снижаться практически до нулевых значений к 170 см. Алюминий практически отсутствует в верхних 30 см, его количество резко возрастает к середине профиля на 70 см и остаётся постоянным. Такое вертикальное распределение катионов в профилях плинтосолей отражает продолжающийся процесс удаления диоксида кремния и обменных оснований[29]. Распределение углерода в профиле почв обычное, с максимумом в поверхностном слое.

Плинтосоли, вероятно, формировались под сильным влиянием колебаний грунтовых вод из глейсолей (Gleysols), флювисолей (Fluvisols) и некоторых камбисолей (Cambisols), испытавших переувлажнение. По продолжительности развития почвообразовательных процессов в условиях влажных субтропиков плинтосоли следуют за алисолями (Alisols).

Ферралсоли (Ferralsols). Ферралсоли (оксисоли в таксономии почв США) формируются во влажных тропических, лесах, на дренированных формах рельефа. Они, как правило, формируют почвенный покров на древних геоморфологических поверхностях, на сильно выветрелых отложениях. Ферралсоли могут также развиваться на более молодых основных и ультраосновных почвообразующих породах, на древнем вулканическом материале, но эти случаи, как правило, имеют ограниченное пространственное распространение[3,6,7]. В Перу ферралсоли распространены в северо-восточных районах, на северо-западе Амазонии. Санчес и Буол[45] классифицировали почвы, ранее выделенные как ферралсоли в Перуанской Амазонии, как ультисоли, альфисоли и инсептисоли (акрисоли, лювисоли или ликсисоли и камбисоли по классификации World Reference Base soil classification system: IUSS Working Group WRB, 2006, которая используется в этой работе).

Ферралсоли содержат незначительное количество питательных веществ и обеднены химическими соединениями из-за сильно выветрелой материнской породы и длительного почвообразования во влажных тропиках. Почвы обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к фосфору. Среди глинистых минералов в них обычно преобладают каолинит, оксиды железа и алюминия (гётит, гематит, гиббсит)[11,15,45,46,48]. Ферралсоли, обладают кислой реакцией, что может быть не благоприятно для ряда культурных растений. Большинство из этих почв обладают оптимальными водно-физическими свойствами: имеют мощный хорошо дренированный профиль, низкую плотность, тонкую зернистую структуру, содержат мало илистых частиц и хорошо водопроницаемы[6,7,42]. Ферралсоли могут накапливать органическое вещество в почве, связывая его в органо-минеральные комплексы по всему профилю[13,54]. Ферралсоли способны сохранять гораздо больше воды, чем другие тропические почвы, хотя они обладают низкой водоудерживающей способностью, обусловленной малым количеством ила. Это происходит за счёт большой мощности профиля и позволяет лесам на таких почвах в Амазонии поддерживать физиологическую активность на протяжении сухих сезонов, особенно в восточных районах[30].

Ферралсоли можно считать заключительным этапом выветривания во многих условиях. Они могут трансформироваться в результате селективного удаления ила и оксидов железа под воздействием застойного избыточного поверхностного увлажнения и внутрипочвенного бокового стока. При этом формируются почвы с осветлённым, иногда белым и конкреционным горизонтами. Подобные условия могут складываться на коллювиальных отложениях, накапливающихся ниже распространения ферралсолей по склону. «Подзолы» могут также развиваться вследствие фильтрации почвенных растворов при промывном режиме и большом количестве атмосферных осадков или других вод[5,9,16,31,32].

Алисоли (Alisols) (ультисоли в таксономии почв США) – почвы сильнокислые, глинистые, формируются на почвообразующих породах, которые содержат значительное коичество нестабильных алюмосиликатов, таких как смектит или вермикулит. Гидролиз их в процессе почвообразования приводит к высвобождению соединений алюминия, которые затем занимают более половины ёмкости обмена в почвах. Для алисолей характерно накопление глин в приповерхностном горизонте, которое может быть результатом различных процессов, в том числе осадконакопления и миграции глин в профиле. Это сильно выветрилые кислые почвы с низкой насыщенностью основаниями [15,26,27,42,53]. В тропиках алисоли обычно формируются на древних снивелированных поверхностях с холмистым, волнистым рельефом. В Перу они преобладают в почвенном покрове в центральной и южной части Амазонии. Распространение алисолей в Перу может быть и на более обширных площадях, чем показано на карте, поскольку по свойствам они близки акрисолям, а некоторые подходы к классификации почв в разных странах различаются[40].

В начале формирования алисолей в почвообразующей породе содержатся первичные минералы с признаками выщелачивания диоксида кремния. Это приводит к образования сапролита с небольшим количеством атмосферостойких первичных минералов и преобладанием глинистых минералов. За этим следует перераспределением глины в почве с образованием иллювиального горизонта. Первичные минералы в илистой фракции неустойчивы в средах, лишённых кремнезёма, щелочных и щелочноземельных катионов. При выветривании глинистые минералы теряют растворимый алюминий, железо и магний из октаэдрических внутренних слоев. Иллювиирование глины происходит только при рН в диапазоне от 5 до 6,5. В кислой среде Al+3 становится доминирующим и насыщает поглощающий комплекс, что коагулирует глину, препятствует её дисперсии и приводит к накоплению в профиле. Хотя они обладают невысоким плодородием, поскольку насыщены алюминием, но, по сравнению с многими амазонскими почвами, они более плодородны. Кроме того, алисоли содержат доступный для растений фосфор, несмотря на высокую концентрация обменного алюминия[39]. Нет доказательств токсичности Al+3 для растений, произрастающих на таких почвах. В западных областях Амазонии состояние посевов на алисолях оптимальное при содержании обменного Al 145 ммоль/100 г почвы[21]. Маркес и др.[34] считают, что алюминий, извлекаемый из этих почв, скорее всего, содержится в адсорбированной форме в структуре смешаннослойных минералов типа смектитов. Этот, как бы обменный, алюминий не обязательно может быть в равновесии с почвенным раствором, и, возможно, не доступен корням растений.

Алисоли обладают самой большой ёмкостью катионного обмена (ЕКО) среди амазонских почв, что обусловлено их минералогическим составом. В илистой фракции, концентрирующейся в верхней части профиля этих почв, преобладают слоистые смешанно-слойные вторичные глинистые минералы типа смектита и вермикулита. Такие минералы образуются при выветривании слюд и наиболее часто встречаются в камбисолях, что сближает диагностические признаки алисолей и камбисолей. Однако алисоли относятся к почвам находящимся на более высоком эволюционном этапе, чем камбисоли, поскольку в них ниже ЕКО, меньше глинистых минералов, илистая фракция накапливается в нижних горизонтах. Эти же признаки почв позволяют считать алисоли более молодыми, по сравнению с другими группами почв: плинтосолями, нитисолями и др.

Характерный профиль этих почв, названных Haplic Alisol (Hyperdystric, Siltic) изучен на юге Перу[38]. Количество обменных Са и Mg в них относительно высокое наряду с высоким содержанием обменного Al. Кальций накапливается в верхнем горизонте, распределение магния равномерное до глубины 120 см, постепенно растёт с глубиной. Максимальное количество алюминия и магния совпадает с горизонтом иллювиирования ила. Такое вертикальное распределение этих элементов при активном выветривании отражает промежуточный этап формирования амазонских алисолей и свойства 2:1 глинистых минералов[15].

Акрисоли (Acrisols) (ультисоли по таксономии почв в США) считаются второй из наиболее распространенных почв в Амазонии. Они, как правило, развиваются в наиболее влажных районах тропиков и субтропиков на кислых породах плейстоцена и старше[53]. Акрисоли распространены на севере и в центральной части Перу.

Геоморфологические исследования в тропических районах неизменно показывают, что, хотя акрисоли обычно занимают более низкие геоморфологические уровни, чем ферралсоли, они также встречаются на древних и стабильных поверхностях [2,4,28]. По содержанию Al, Fe и оксидов Ti акрисоли сравнимы с ферралсолями, с их глинистой фракцией, состоящей почти полностью из хорошо кристаллизованного каолинита и некоторого количества гиббсита. Тем не менее, небольшое количество слюды, вермикулита и смектита содержится в этих почвах. Как и в ферралсолях, в акрисолях глины обладают переменным зарядом. Акрисоли отличаются от ферралсолей по контрастным морфологическим признакам, минералогии, химии. Например, в отличие от акрисолей, ферралсоли не имеют существенных признаков иллювиирования глины, не содержат силикатов, глинистые минералы преобразованы в каолинит, оксиды Fe и Al [8,51].

Акрисоли – почвы красноватого цвета, кислые, с преобладанием каолинита и накоплением глины, выщелоченной из верхних горизонтов и переотложенной в нижней части профиля. Акрисоли бедны питательными веществами и для повышения плодородия и получения удовлетворительных урожаев культур требуется внесение значительных доз удобрений. Физические свойства акрисолей (как и лювисолей, ликсисолей и алисолей) часто неблагоприятны для роста растений. Песчаные и суглинистые верхние горизонты почв часто обладают непрочной структурой и высокой объёмной плотностью, что препятствует фильтрации атмосферных осадков и увеличивает поверхностный сток. Низкая скорость инфильтрации задерживает укоренение и появление всходов растений. Из-за их плохо развитой структуры, акрисоли подвержены засухе, уплотнению и эрозии на склонах. Почвы плотного сложения, поэтому их относительно тяжело обрабатывать, особенно ручными орудиями, типа мотыг, применяемыми местным населением. Большие площади акрисолей, развитых под тропическими лесами, используются для ведения натурального хозяйства, отчасти под подсечноогневое земледелие.

Глейсоли (Gleysols) (энтисоли – Entisols, Aquents в таксономии почв США) являются заболоченными почвами, насыщенными водой в течение длительного периода. Глейсоли широко распространены в Амазонии, том числе – в Перу. Они, как правило, занимают понижения в рельефе местности и связаны с верхним горизонтом грунтовых вод. В почве развиваются восстанови-тельные процессы с сегрегацией железа или без неё, поскольку отсутствие кислорода и растворённое в воде органическое вещество вызывает переход трёхвалентного железа в мобильные соединения двухвалентного железа. После удаления трёхокиси железа мелкозём почва изменяет цвет на характерный для процесса оглеения (gleyic) [8,15,26,36,43,47,48] – серый, серовато-голубоватый голубой.

Глейсоли более плодородны по сравнению с соседними почвами, поскольку имеют более тонкую текстуру, разложение органического вещества в них происходит медленнее, в них поступают питательные вещества при аллювиальном или коллювиальном стоке. Содержание углерода гумуса заметно только в самом верхнем горизонте почвы, глубже оно остаётся низким и не изменяется по всему профилю. В почвах преобладают илистые и глинистые частицы, содержание обменных оснований очень высокое по всему профилю, по сравнению со всеми почвами Амазонии. Почвы насыщены Ca, количество Al невелико. При наличии вертикальной фильтрации растворов возможна некоторая дифференциация профиля почв. Эти почвы могут быть разнообразными по спектру состава и свойств, что характерно и для камбисолей.

Для большинства глейсолей физические свойства являются ограничительными для возделывания культурных растений. Профиль таких почв обычно глубокий, но эффективные глубины для развития корневой системы часто имеют малую мощность из-за насыщенности водой, высокой объёмной плотности, недостатка кислорода.

Схема генезиса почв. Анализ факторов почвообразования, генетических, химических, минералогических и морфологических характеристик различных типов почв, позволил предположить направленность изменений почв в процессе их развития. На ранних стадиях почвы развиваются на слабовыветрелых породах, имеют маломощный профиль и по основным признакам относятся к лептосолям (Leptosols). При дальнейшем выветривании пород на неэродированных поверхностях – такие почвы в своём развитии перейдут в камбисоли (Cambisols). На молодых рыхлых отложениях при хорошем дренаже формируются флювисоли (Fluvisols), на осадочных породах при хорошем дренаже многие почвы в Амазонии развиваются в регосоли (Regosols). Дальнейший путь формирования почв зависимосит от степени дренированности ландшафта. При насыщении почв водой в течение длительного времени могут сформироваться глейсоли (Gleysols) – генетически молодые почвы с профилем небольшой мощности. Сезонное переувлажнение почв задерживает процессы почвообразования и оставляет эти почвы на низком уровне развития [8,38,39].

На начальных этапах развития почв водный режим и расположение почв в рельефе, возможно, являются наиболее важными факторами, определяющими формирование почв[18]. Улучшение дренажа в области распространения глейсолей, вероятно, приведёт к эволюционированию их в более зрелые почвы, скорее всего, с этапом перехода их в камбисоли, за которым возможно формирование горизонтов argic или plinthic. Флювисоли также могут развиваться в камбисоли, если осадконакопление на их поверхности прекратится. Почвообразующие породы могут обусловливать формирование конкретных типов почв.

Хорошо развитые почвы дифференцируются на основании их минералогии, ёмкости катионного обмена (ЕКО, cation exchange capacity), содержания питательных веществ, дифференциации почвенных профилей.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.