Можно при изучении почв, как по лестнице, спустится по ее горизонтам – сверху вниз и постепенно разобраться с горизонтами и идущими в них процессами. Для этого можно выбрать достаточно сложно устроенную почву, чтобы по мере спуска ознакомиться с большим количеством горизонтов. Итак, спускаемся по профилю дерново-подзолистой почвы, которая очень часто встречается в центре Русской равнины.
Представим себе плоскую вершину холма на Валдае. Обычно он покрыт еловым лесом, под пологом которого растут кислица и зеленый мох.
Самый верхний горизонт толщиной 4 см – горизонт накопления отмерших частей растений – уплотненная лесная подстилка из еловой хвои. Практически целиком он состоит из органического вещества. Почвоведы обычно обозначают его латинской буквой О. Органическое вещество подстилки разрушается микроорганизмами, в данном случае преимущественно грибными, с образованием водорастворимого гумуса – так называемых желтых гумусовых кислот (фульвокислот). Эти кислоты вымываются дождевыми водами из подстилки и просачиваются вниз, в ту часть почвы, которая состоит из минералов. Такие потери органических веществ в подстилке ежегодно возмещаются новым поступлением очередных порций опавшей хвои.
Лежащий ниже минеральный горизонт почвы простирается обычно до глубины 14 см. Он серый, супесчаный (т.е. с резким преобладанием песка), комковатый, содержит множество травяных и древесных корней. Фульвокислоты, попадающие сюда из подстилки, разрушают, разъедают минеральную часть почвы, переводя некоторую ее долю в растворимые соли. С дождевой влагой эти соединения движутся дальше вниз, сопровождаемые мельчайшими глинистыми частицами, которые в силу малого размера также переносятся вглубь нисходящими потоками влаги. Одновременно с этим в горизонте происходит разложение отмирающих корней с превращением их в фульвокислоты и в плохорастворимые, а потому малоподвижные гуминовые кислоты. Гуминовые кислоты осаждаются на минеральных зернах почвы и придают горизонту серый цвет. Так формируется этот минеральный горизонт с самым высоким в профиле содержанием гумуса. Он называется гумусовоаккумулятивным (т.е. «накапливающим гумус») и обозначается индексом А1.
Нижележащий горизонт толщиной примерно 20 см отличается яркой белесой окраской и состоит из тонких плиточек толщиной около 3 мм, образующихся при зимнем промораживании горизонта. Здесь нет травяных корней и очень мало древесных. Это подзолистый горизонт, в котором продолжается разрушение минеральной массы поступающими сверху фульвокислотами и происходит вынос продуктов разрушения с нисходящим током влаги в еще более глубокие слои почвы. Голую белую поверхность разрушающихся минералов ничто не маскирует. Различные минералы имеют разную устойчивость к разрушающему воздействию фульвокислот. Наиболее устойчивым в этой обстановке является кварц (SIO2). Поэтому по мере разрушения и выноса других минералов остающийся на месте кварц играет все большую и большую роль в строении этого горизонта. Химический анализ показывает, что содержание SIO2 достигает здесь иногда 85%. Подзолистый горизонт – это кварц-аккумулятивный горизонт (т.е. «накапливающий кварц»). Его индекс – А2. По-другому этот горизонт называется элювиальным, или горизонтом вымывания (латинское eluo – «вымываю»). Понятно, что этот горизонт содержит ничтожное количество элементов питания растений. Поэтому здесь очень мало корней, и крестьяне, распахивая поля, всегда избегали подзолов.
Спустимся еще на одну ступень-горизонт. Тут изменился цвет – он стал ярким коричневато-бурым. И структура почвы здесь совершенно иного вида – почвенные комки похожи на короткие 4 – 6-гранные призмы с несколько искривленными гранями и ребрами. Количество мелких глинистых частиц здесь заметно увеличилось. Все говорит о том, что почвенные процессы существенным образом изменились.
Фульвокислоты, которые вступили в химические реакции с минералами в более верхних слоях почвы, попав в этот горизонт, уже теряют свою «агрессивность». Вынесенные сверху глинистые частицы оседают на гранях частиц почвы, почвенных «призм», образуя на них пленки. Поэтому горизонт называется иллювиальным (латинское illuo – «вымываю») и обозначается индексом В.
Самый нижний горизонт, описывающийся в составе почвы, но не относящийся к ней, – горизонт почвообразующей, или материнской, породы, из которой образовалась почва. Он обозначается индексом С. В данном случае он представлен легким бурым суглинком. Собственно почвенные процессы в горизонте породы не идут. Водные растворы, фильтрующиеся через него по трещинам и уходящие в грунтовые воды, его никак не изменяют.
Таким образом, профиль дерново-подзолистой почвы состоит из вымываемой водой элювиальной толщи (горизонты А1+А2) и иллювиального слоя (горизонт В), в который, наоборот, вымываются мельчайшие глинистые частицы.
В других местностях формируются профили иного типа. Чем больше разница в природных условиях, тем более непохожие почвы они формируют. Только что мы рассмотрели насквозь промываемые водой почвы, образующиеся во влажном климате. Теперь же для контраста обратимся к почве, формирующейся в условиях недостаточного увлажнения, – к чернозему. Его профиль гораздо менее сложен. Итак – как живет типичный чернозем лежащий под разнотравно–злаковой луговой степью или пашней где-нибудь в Курской области?
Верхний горизонт – это лежащий на поверхности почвы степной «войлок», состоящий из отмершего травостоя. Толщина этой мягкой подстилки в целинных степях достигает иногда 20 сантиметров. Разложение его происходит в основном под действием бактерий, а не грибов, поэтому химически агрессивных фульвокислот здесь не образуется.
Мощный черный гумусовый горизонт А1 толщиной иногда до 1 м и более образуется при ежегодном отмирании и дальнейшем разложении огромной массы травяных корней, густо его пронизывающих. В результате здесь формируется мелкозем, склеенный гуминовыми кислотами в мелкие прочные комочки. Они имеют зернистое, рассыпчатое строение. Это райские условия для сельскохозяйственных культур. В черноземных почвах очень много кальция, который в огромных количествах переходит из почвы в растения и обратно.
Поскольку в этом достаточно сухом климате почва насквозь не промачивается водой, карбонаты кальция вымываются («выщелачиваются») только из верхней части профиля – гумусового горизонта. Двигаясь с токами воды вниз, они накапливаются в нижележащем горизонте. Он имеет мощность около 1 м и отличается палево-бурым цветом. Карбонаты накапливаются здесь в виде самых разных небольших «скульптурой», которые имеют очень поэтические названия. Это карбонатные журавчики – плотные известковые скопления неправильной округлой формы, размером в несколько сантиметров; псевдомицелий – белые нити, напоминающие нити грибницы, по сходству с которыми они получили название; белоглазки – яркие белые точечные скопления мучнистой извести размером около 1 см.
Помимо них в черноземах встречаются дутики, похожие по форме на журавчиков, но пустые внутри, а также погремки – те же дутики, внутри которых отколовшийся фрагмент стенки создает эффект погремушки.
Иногда известковых «скульптур» в профиле не видно, хотя рассеянные карбонаты присутствуют в значительном количестве. Тогда наличие карбонатов определяется при помощи соляной кислоты, несколькими каплями которой капают на образец почвы. В случае присутствия карбонатов начинает бурно выделяться углекислый газ и намоченный образец как бы вскипает.
Ниже лежит материнская порода – горизонт, Сса – светло-палевый, однородный, не распадающийся на комки суглинок.
Простой профиль. Но его образование идет по тем же законом, что и формирование более сложного профиля дерново-подзолистой почвы. Токами воды вещества и частицы перемещаются вниз по профилю почвы, вымываются из одних его слоев и осаждаются в других.
Описанные почвы отличаются друг от друга, каждая из них ярко отражает в своем профиле специфику биологических и климатических условий территории. Они представляют два различных типа почв, существование которых было отмечено американским почвоведом Куртисом Флетчерон Марбутом. Он разделил все почвы на педальферы (греч. pedon – «почва»; лат. aluminium – «алюминий» и ferrum – «железо») и педоши (лат. calx – «известь»). Как ясно из названий, в почвах-педальферах по профилю движутся алюминий и железо, а кальций из этих почв вымывается. Это почвы влажного климата. К ним относятся тундровые, подзолистые, большинство бурых лесных почв, почвы влажных субтропических, тропических и экваториальных лесов.
В педокалях алюминий и железо неподвижны в силу сухости среды и отсутствия агрессивных органических веществ. Кальций же в большей и в меньшей степени, наоборот, подвижен. К этой группе относятся черноземы, каштановые почвы, почвы тропических пустынь и полупустынь, почвы арктических и антарктических пустынь.
Есть специфическая группа почв с высоким содержанием легкорастворимых солей – поваренной соли (NaCl), соды (Na2C03) и др.
Почва, которая содержит в поверхностно, горизонте более 1% солей и обычно имеет поверхности солевые налеты, носит название солончака. Это русское народное название. Во французском названии, которое переводится как «белая засоленная почва», хорошо отражены поверхностные солевые скопления. На солончаке могут расти только немногочисленные растения, приспособившиеся к высокой концентрации солей, прежде всего солянки и солеросы. Как правило, солончаки представляют собой болотные почвы и соленых водах.