Континентальность климата как геоэкологический фактор гумусообразования в почвах Северной Евразии

УДК 631.417.2:504.53.064

Б.М. Кленов

СГГ А, Новосибирск

КОНТИНЕНТАЛЬНОСТЬ КЛИМАТА КАК ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ В ПОЧВАХ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ

На примере трех крупных географических регионов Северной Евразии рассмотрено гумусообразование в почвах в зависимости от степени континентальности климата. Показано, что с усилением континентальности климата ослабляется не только количественное накопление гумуса, но и изменяется его качественный состав в сторону образования более упрощенных форм гуминовых веществ.

B.M. Klenov

Siberian State Academy of Geodesy

10 Plakhotnogo St, Novosibirsk, 630108, Russian Federation

CONTINENTALITY OF CLIMATE AS A GEOECOLOGICAL FACTOR OF HUMUS FORMATION IN SOILS OF NORTHERN EURASIA

By the example of three vast geographical areas of Northern Eurasia the formation of soil humus was considered depending on degree of continentality of climate. It was shown that with increase in continentality of climate not only decreased humus accumulation but also changed its qualitative composition towards to the formation of more simple compounds of humic substances.

Экологические вопросы образования почвенного гумуса как «отдельного тела» природы, по В.В.Докучаеву, изучаются на протяжении полутора столетий, т. е. с момента зарождения почвоведения как науки. Образование гумуса контролируется пятью общеизвестными факторами почвообразования. Различное сочетание этих факторов является причиной многообразия почв на Земле. Влияние каждого из факторов в отдельности четко проявляется при сравнительно-географическом подходе как к изучению любых свойств почв, так и геоэкологических условий гумусообразования. В данном сообщении рассмотрено влияние климата, в частности, его континентальности на накопление гумуса в почвах. Климатический фактор почвообразования непосредственно влияют на проявление зональности растительного покрова. Растительность же наряду с почвенной фауной и почвенными микроорганизмами является основным источником поступающего в почву органического опада, а значит, и почвенного гумуса.

В качестве объекта исследования взяты целинные аналоги серых лесных почв, черноземов и каштановых почв, составляющих основу земледельческого фонда Северной Евразии. В широтном плане этот ряд почв формируются, как правило, в направлении с севера на юг по мере усиления сухости климата в пределах примерно от 55о до 62о с.ш. В меридиональном отношении эта широтная полоса с вышеуказанными изученными почвами протягивается по территории Европейской части России (ЕЧР), Западной Сибири (ЗС) и Восточной Сибири (ВС) (в частности, Бурятии и Забайкалья). Климат в

пределах этих территорий изменяется соответственно от умеренно

континентального в ЕЧР до континентального в ЗС и далее до резко континентального в ВС. При расчете коэффициента континентальности климата (К) включаются широтные величины трех климатических элементов, которые четко отражают степень континентальности климата: годовая амплитуда температура воздуха, суточная амплитуда температуры воздуха и недостаток относительной влажности [1]. Изученные почвы развиваются в условиях различной континентальности климата, что подтверждается величиной К, типичной для каждой из трех территорий. Этот показатель, равняясь 130-140 в ЕЧР, возрастает до 170-180 в ЗС и достигает в Забайкалье 190-200, т.е. величины, более всего приближающейся к предельной. Усиление

континентальности климата сопровождается в меридиональном направлении с запада на восток усилением «холодности» почв, которая, в свою очередь, хорошо коррелирует с глубиной их промерзания. В годы с наиболее суровыми зимами на этих трех территориях максимальная глубина промерзания достигает соответственно 0,5-0,8 м, 1,0—1,5 м и 2,5-3,0 м. С учетом специфики

биоклиматических условий эти почвы в ВС независимо от типа

почвообразования классифицируются также как холодные почвы (длительно- и глубокопромерзающие) [2]. В ЕЧР и ЗС вышеуказанных три типа почв, как правило, составляют сплошные зоны, тогда как в ВС и, в частности в Забайкалье, они встречаются отдельными пятнами, островками вследствие горного рельефа, и здесь больше проявляется вертикальная зональность с проявлением котловинного эффекта. Кроме того, климат здесь формируется под влиянием трех контрастных компонентов - сухого и холодного климата северных областей Сибири, жаркого и сухого монгольских пустынь, теплого и влажного Тихоокеанского. Поэтому в Забайкалье часто контактируют очень контрастные ландшафты - сухая степь и тайга с проявлением криогенных процессов. Исходя из обширности изученных территорий и их физикогеографической сложности, географические аспекты гумусообразования в них целесообразно рассматривать по интегральному показателю - накоплению гумуса.

С севера на юг, т. е. от серых лесных почв к черноземам и далее к каштановым почвам накопление гумуса в почвах идет в соответствии с изменениями биоклиматических условий - с нарастанием аридности климата и изменением характера растительного покрова. В этом направлении, в особенности в ЕЧР и ЗС возрастает среднегодовая температура воздуха, продолжительность периода биологической активности, запас тепла (сумма температур выше +10 оС) [3]. Причем наиболее сильно увеличение этих показателей отмечается в ЕЧР, в меньшей степени - в ЗС и в ВС. Вместе с тем, в направлении с запада на восток в пределах широтной полосы от 55о до 62о с.ш. также отмечается снижение значений этих основных климатических показателей. Нарастание континентальности климата сопровождается снижением запаса тепла, среднегодовой температуры воздуха, сокращением периода биологической активности.

Опад в серых лесных почвах лесостепи формируется из остатков травянистой растительности и лесных пород (широколиственных в ЕЧР, мелколиственных в ЗС и лиственничных в ВС). В межлесных пространствах и далее к югу в безлесных пространствах под разнотравной лугово-степной растительностью формируются черноземы. В сухостепной зоне под относительно однородной растительностью, представленной в основном типчаково-ковыльными ассоциациями, формируются каштановые почвы.

Общий запас фитомассы наибольший в лесной зоне, значительно меньше он в лесостепной зоне и наименьший в сухостепной зоне (табл. 1), что соответствует степени развития растительного покрова в широтном плане. Однако, как известно, не вся фитомасса участвует в формировании гумуса, а лишь та её часть, которая наиболее податлива к разложению, поэтому доля опада, идущего на формирование гумуса, не согласуется с общим запасом фитомассы. Как показывают данные, фитомасса, являющаяся непосредственным источником гумуса, максимальна в случае черноземов и составляет, например, в серых лесных почвах 30 ц/га, т. е. очень незначительную долю (примерно 1/70) от общего количества фитомассы. Это вполне правомерно, поскольку основная часть фитомассы под пологом даже лиственного леса представлена древесиной, составные компоненты которой, в частности, лигнин представляет собой компонент, устойчивый к биологическому разложению. В черноземах и каштановых почвах гумусообразователи составляют большую долю от общего количества фитомассы (до 15 % в черноземах и до 10 % в каштановых почвах), поскольку травянистая растительность по сравнению с древесиной содержит значительно меньше лигнина. С такой же закономерностью изменяется и содержание кальция, поступающего в почву с опадом и представляющего наибольшую значимость в закреплении гуминовых веществ в почвах.

Таблица 1 Максимальные величины источников гумуса в лесостепных и

сухостепных почвах Северной Евразии

Г умусообразователи Серые лесные почвы Черноземы Каштановые почвы

Общая фитомасса, т/га 200 100 40

Фитомасса, идущая на образование гумуса, т/га 30 150 40

Участие кальция в биологическом круговороте, кг/га 60 100 30

Запас гумуса как интегральный показатель биологического круговорота органических веществ также показывает четкую зависимость от континентальности климата (табл. 2).

Таблица 2 Запас гумуса в верхнем полуметровом почвенном слое (т/га) и

соотношение гумусовых кислот

Почвы

Регион

ЕЧР ЗС ВС

Запас гумуса Сгк/Сфк Запас гумуса Сгк/Сфк Запас гумуса Сгк/Сфк

Серые лесные 250 1,0-1,5 200 0,7 80 0,8

Черноземы 350 1,7-2,5 250 1,6-2,2 150 1,1-1,5

Каштановые 150 1,2-1,7 100 1,2-1,5 70 0,6-0,8

В меридиональном направлении в пределах каждого природного комплекса (природной зоны) в почвах одного и того же типа существенно снижается запас гумуса. Усиление континентальности климата сопровождается снижением биологической активности в почвах, наиболее подавленной в глубокомерзлотных почвах ВС. С усилением континентальности климата снижается в составе гумуса роль гуминовых кислот и возрастает роль фульвокислот, о чем свидетельствуют отношения углерода этих кислот (Сгк/Сфк). Соотношение этих кислот является устойчивым почвенногенетическим показателем и его снижение в меридиональном направлении вызвано, скорее всего, усилением континентальности климата.

Таким образом, сравнительно-географический анализ гумусообразования показывает, что одним из определяющих факторов накопления гумуса в почвах может быть климат и в частности его континентальность. С её усилением ослабляется не только запас гумуса в почвах, но и изменяется его качественный состав в сторону образования более упрощенных форм гуминовых веществ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Иванов, Н.Н. Пояса континентальности Земли / Н.Н. Иванов // Докл. Всесоюзн. географ. об-ва. 1959. - № 5. - С. 410-423.

2. Чимитдоржиева, Г.Д. Гумус холодных почв / Г.Д. Чимитдоржиева // Новосибирск: «Наука», Сиб. отд-ние, 1990. - 145 с.

3. Кленов, Б.М. Гумус почв Западной Сибири / Б.М. Кленов // М.: Наука, 1981. - 144

с.

© Б.М. Кленов, 2010