Почвы тропического пояса

Федеральное агентство по образованию

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО  «Пермский государственный педагогический университет » 
 
 
 
 

                                                                 Факультет биологии и химии  
 
 

                                                         Тема:

                                ПОЧВЫ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА  
 
 
 
 
 
 
 
 

Пермь, 2009 
 
 
 

Содержание

     Введение                                                                                        3

1.Почвы  тропических   лесов                                                            4

2.Почвы саванн                                                                                   9

3.Черные слитые  почвы                                                                    11

4.Особенности  растениеводства в тропиках                                  16

     Заключение                                                                                   18

Список литературы                                                                           19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

        Тропические почвы занимают  более  ¼  поверхности мировой суши. Условия почвообразования в тропиках и странах высоких широт резко различны. Некоторые отличительные особенности природы тропических ландшафтов выражены настолько резко, что сразу обратили на себя внимание первых исследователей. Таковы климат, растительный и животный мир. Но этим упомянутые вещи не ограничиваются. Большая часть тропической территории (Южная Америка, Африка, полуостров Индостан, Австралия) представляют собой остатки древнейшей суши, где прочесы выветривания развивались на протяжении весьма длительного времени – начиная с нижнего палеозоя, а местами даже и докембрия. Поэтому некоторые важные свойства современных тропических почв унаследованы от древних продуктов выветривания, а отдельные процессы современного почвообразования находятся в тесной связи с процессами древних этапов гипергенеза. В силу указанных причин при изучении почв тропических стран вопросы истории развития почвенного профиля и зоны гипергенеза в целом приобретают особе значение.

    Тропический пояс разделяется на три крупные самостоятельные природно-географические системы: гилея, саванна, пустыня. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Почвы  тропических лесов

  В тропическом поясе гилей почвообразование определяется обилием выпадающих осадков, круглогодичными температурами не ниже 25°С и господством лесных биоценозов.

   Подзоны гилей и их области определяются континентальным разнообразием и своеобразием растительного и животного мира. Для подзон тропических гилей Южного и Северного полушария характерно наличие кратковременного (2—3 месяца) сухого сезона, в период которого некоторые растения сбрасывают листву.

  Экваториальная  зона гилея, или постоянно влажные  дождевые леса, характеризуется обилием выпадающих осадков. Типичны величины 2500—7000 мм в год. Дожди идут большую часть года почти ежедневно. Сформировавшиеся здесь многие тысячелетия назад лесные формации имеют многоярусное строение, в котором участвуют несколько ярусов древесных пород, кустарники, низкие и высокие травы, эпифиты, мхи, водоросли, лишайники, грибы и т. д.

   Например, леса Амазонской низменности (сельва) состоят из 10— 12 ярусов. В их состав входит огромное количество видов растений. Обилие видов растений крайне велико, но число особей, относящихся к одному виду, обычно незначительно. Кроме высоких бертолетий, сейб и пальм, в экваториальных лесах растут лавровые, миртовые, мимозовые и бобовые, фикусы, гевеи, красные деревья. В наземном покрове присутствуют различные крупные травянистые растения с мощными стеблями и листьями: древовидные папоротники, достигающие нескольких метров высоты, бромелиевые, какао, кофейные деревья, бананы, канновые, цветущие крупными яркими цветами. К ним прибавляются злаки, ситовники, марантусы. На деревьях и на земле множество стелющихся, ползучих и вьющихся растений, стебли которых достигают толщины и крепости канатов. По биоразнообразию и структуре биомассы тропические леса не имеют себе равных в мире.

  В условиях гилей происходит обильное накопление фитомассы, во много раз превышающее все известные на Земле биоценозы. Ежегодный спад может достигать 1500 т/га, в то время как в наших суббориальных широколиственных лесах он не превышает 100 т/га. Примечательно, что при таких громадных величинах поступления в биологический круговорот растительного опада накопление постоянной лесной подстилки не происходит. Все в кратчайший срок перерабатывается биотой до простых химических соединений. Подсчеты показали, что фауна и микрофлора гилей могли бы преобразовать до 10 годовых спадов. Трудно переоценить значение в обеспечении планеты Земля атмосферным кислородом.

  Почвообразование  и почвы. Комплекс почвообразовательных процессов определяется следующими явлениями:

1. Вынос всех растворимых компонентов различного происхождения за пределы почвы и коры выветривания. Это выщелачивание 
   не только щелочных и щелочноземельных катионов, но и коллоидов, 
   главным составляющим которых является кремнезем, растворов органических веществ, включая гумусовые кислоты и т. д. Вымываемые вещества становятся не доступными живым организмам. Это 
   первопричина формирования в тропиках крайне бедных по плодородию почв.

  2. Полнейшее преобразование минеральной массы почвы и коры 
выветривания по ферраллитному (аллитному) типу. Происходит разрушение всех алюмосиликатов и силикатов как первичных, так и 
вторичных минералов и накопление минеральной массы, состоящей 
только из различных окислов железа и алюминия и вторичного алю- 
мосиликатного минерала — каолинита. Вторичный синтез и накопление минерального каолинита — главнейшая черта аллитизации. Этот минерал в гипергенных процессах земной коры остается абсолютно устойчивым. В экваториальных дождевых лесах ферралитизация придает почвам или красный цвет( обезвоженные окислы железа ) или желтую окраску( гидратированные минералы окислов железа). В листопадных лесах тропиков Северного и Южного полушария преобладают красные почвы, так как именно в сухой период года происходит обезвоживание железистых минералов. Красный цвет почв господствует в ландшафтах влажных тропиков. Ферраллитный процесс дополняет продуктами разрушения явления выноса растворимых веществ. Геологическая природа исходных пород существенного значения не имеет. Конечный результат — фер-раллитные коры выветривания, повсеместно близки по составу и свойствам и различаются только по количеству содержащихся в них Fе₂О₃, А1₂О₃, кварца и каолина.

3. В высшей степени интенсивная минерализация биологических 
   остатков различного происхождения. Биофильные элементы сразу 
   же поглощаются организмами и включаются в биологический круговорот. Выноса элементов-биофилов за пределы коры выветривания 
   не происходит. Нисходящие фильтрующиеся почвенные воды всегда 
   мягкие, безкальцивые. Маловероятно накопление полуразложившегося спада лесной подстилки или торфяной массы.
4. Типична гумификация с образованием только фульвокислот, которые быстро или минерализуются или попадают в фунтовые воды, 
   а затем в речные системы. Вода многих тропических рек часто имеет 
   желтоватый цвет и даже коричневатый (Рио-Негру) цвет. Гумусовые 
   темноокрашенные горизонты, как правило, не образуются. Исключение составляют почвы относительно прохладных горных систем, где 
   возможно образование особых гумус-ферраллитных почв, входящих 
   в систему горной зональности тропических стран.
5. Латеритный процесс как природное явление типичен для листопадных гилей с сухим сезоном в годовом цикле увлажнения. В почвах 
   дождевых лесов возможно антропогенное латеритообразование после 
   сведения леса и включение почв в сельскохозяйственный оборот. Обнаженная, перегретая под лучами Солнца ферраллитная масса склонна к цементизации в бесплодной каменистый латерит.

  6. Длительная эволюция почв может провоцировать процессы 
лессиважа, оглеения и псевдооглеения, оподзаливания, что способствует латеритообразованию, элювиально-иллювиальной ферралли- 
тизации профиля и даже формированию особых тропических подзолов .

  Для гилей характерно формирование двух обобщающих типов почв: красные и желтые ферраллитные почвы постоянно влажных дождевых лесов, красные ферраллитно-латеритные почвы сезонно влажных листопадных лесов.

  По  мнению академика И.П. Герасимова, почва  и кора выветривания в условиях гилей состоит из следующих частей:

  Зона  А — верхняя часть активного  почвообразования мощностью около 0,7 м. Здесь господствуют биологические циклы гумификации и минерализации органических веществ. Образующиеся фульвокислоты минерализуются или вымываются нисходящими токами влаги. На красном и желтом фоне просматриваются серые тона от слабого накопления гуминовых кислот. Характерна железистая зернисто-комковатая структура. Процессы гумификации, оподзоливания и лессивирования формируют горизонты А₁,А₁ А₂, А₂. Горизонт А₁ с большой условностью можно назвать гумусовым. Типичны здесь псевдогумусовые явления. Реакция среды слабокислая или кислая.

  Зона В — нижняя часть активного почвообразования. Интенсивная инфильтрация влаги, развитие процессов выщелачивания, оглинивания, иллювиирования. Господство красных тонов в окраске. Мощность горизонта В₁ 0,7—2,0 м. Реакция среды слабокислая.

  Зона  С — собственно кора выветривания и почвообразующая порода, зона литомаржа — -«гнилого камня». Мощность этой части коры выветривания достигает огромных размеров и сможет простираться на глубину 100—200 м. Независимо от исходной горной породы ее состав везде практически однороден: окислы алюминия и железа и алюмосиликат каолин. Некоторое разнообразие может вносить инертный кварц (SiO₂), входящий в состав исходных горных пород. Поэтому коры выветривания различаются на аллитные и сиаллитные (фераллитные, сифераллитные). Красная и желтая окраска связана с процессами аллитизации, а выщелачивание практически освобождает кору выветривания от простых солей и свободного кремнезема.

  Зона  D — слабо разрушенная горная порода. Характерны начальные стадии выветривания, аллитизации, выщелачивания.

  При обилии синтезируемой биологической  массы может создаться превратное впечатление о высоком плодородии тропических почв гилей. Увы, красные и желтые ферраллитные почвы постоянно влажных тропических лесов и красные латеритные почвы крайне бедны элементами питания. Они слабо гумусированы, промыты от всех веществ биофилов в результате процессов фераллитизации и выщелачивания, часто сопровождающихся оподзоливанием. В биогеоценозах тропического леса накопление элементов плодородия происходит в самои биомассе леса, а биологический круговорот, поддерживающий высокую продуктивность тропических лесов, складывается из следующих звеньев: биомасса – опад – минерализация и гумификация опада – перехват корневыми системами растении леса, необходимых для жизни химических элементов – вертикальная их транспортировка в биомассу растительности.

  При сведении леса и вовлечения красных  и желтых ферраллитных почв в пашню  земля может дать два – три  удовлетворительных урожая, и затем  превратится в практически бесплодную массу. Без интенсивного окультуривания и поддержания плодородия земледелие обречено на неудачу.  

  Восстанавливаются лесные биоценозы медленно. Первоначальный зональный запас биоэлементов был создан в далеком прошлом и поддерживался безотказно действующим замкнутым биологическим круговоротом веществ в биогеоценозе.

  2. Почвы саванн

  Саванна — наиболее распространенный тип  ландшафта тропиков. Ее очень условно  можно назвать тропической лесостепью. Древесно-травянистые сообщества представлены (от влажных к засушливым) высокотравными, низкотравными и опустыненными саваннами. Среди древесных фитоценозов соответственно встречаются светлые леса, сухие леса и заросли кустарников. Конечно, между чисто древесными и древесно-травянистыми сообществами масса переходов. Выделяют саванно-лес, лесистую саванну, мозаику саванны и леса, парковую саванну и др.

  Типичными древесными породами всех тропических  саванн являются пальмы (определенные виды) и акации. Видовое разнообразие последних очень велико, особенно в Австралии. Но можно указать и специфические древесные и кустарниковые породы отдельных континентов, например, баобаб для Африки и эвкалипты для Австралии, индийский баньян из рода фикусов. Среди растений саванн можно назвать бутылочные деревья, мимозы, казуарины, молочаи, кактусы, кебрачо и др.

  Главная климатическая особенность саванны  — чередование очень влажных и очень сухих сезонов в течение года, причем их продолжительность значительно варьирует в географических зонах. С наступлением сухого сезона большинство деревьев и кустов сбрасывают свою листву, наземные части трав высыхают. Устанавливается жаркая погода, нередко ещё более жаркая, чем во влажный сезон, так как тепло теперь не тратится на испарение воды.

  С наступлением влажного сезона происходит быстрое нарастание растительной массы, накапливающейся за один сезон  на гектаре до  12 – 30 т/га. Пробуждение трав происходит очень быстро: достаточно одного обильного дождя, чтобы распустились почки, появились ростки, которые скоро достигают значительной мощности. В процессе филогенетического развития организмы приобретали такие наследственные способности,  которые позволяют им быстро расти, с первых же часов  интенсивно используя питательные вещества почвы, накопившиеся там в удобоусвояемом виде за сухой промежуток времени. Саванны – идеальная среда для травоядных животных. Чрезвычайно разнообразна фауна членистоногих.

  На  всех континентах тропического пояса  в саваннах встречаются два типа выветривания и почвообразования:

1. красные саванны с ферраллитным типом как зональные географические образования, формирование которых связано с меняющейся биоклиматической обстановкой.
2. черные саванны  с сиаллитным типом выветривания, с полным отсутствием  ферраллитных явлений, несмотря на формирование их в тропических условиях. Особые условия геоморфологии территорий позволяет отнести эти саванны к азональным образованиям.

Среди саванн с ферраллитным типом выветривания  встречаются весьма разнообразные  почвы. Главные из них:

• красные ферраллитные почвы высокотравных саванн и листопадных лесов. Сухой сезон обычно имеет продолжительность 3-4 месяца при общем годовом количестве осадков 1300-2000 мм;
• красно-бурые и красно-коричневые почвы сухих саванн с сухим сезоном около 6 месяцев при количестве выпавших осадков 800-1300 мм;
• красновато-бурые почвы опустыненных саванн с сухим сезоном 8-10 месяцев и количеством осадков менее 600-800мм.

        В условиях переменного увлажнения при фераллитном  типе выветривания широко распространено образование в почвах латеритов или железисто-алюминиево-кварцевых каменистых конкреций, слоев (панцирей), которые в значительной степени снижают агрономическое плодородие почв.

  Сиаллитной  тип выветривания без признаков  фераллитизации характерен для преимущественно сухих саванн с особыми геоморфологическими условиями. Эти условия заключаются в следующем: равнинные территории с мощной толщей четвертичных, преимущественно аллювиальных (древнеаллювиальных) глинистых слабопроницаемых отложений. Почвы, формирующиеся в этих условиях, имеют черную окраску. 

3. Черные слитые почвы 

     В тропических странах с муссонным климатом, когда периоды проливных дождей сменяются месяцами изнуряющей жары и засухи, азонально распространены оригинальные ландшафты – саванны на черных почвах. Это громадные площади равнин на Африканском континенте, на полуострове Индостан, на западе Австралии, на острове Куба и т. д.

Оригинальность  черных саванн в их особых почвах, имеющих  глобальное распространение, далеко переходящее  пределы тропического пояса. Их можно назвать космополитами, так как они встречаются в разных зонах Земли. Однако повсюду они имеют сходное строение и для всех них характерно явление слитости и черный цвет профиля. Появление слитости можно встретить в почвах широкого диапазона биоклиматических условии. Слитые почвы могут встречаться в суббореальном, субтропическом и тропическом поясах, на всех континентах Земли, исключая, конечно, Антарктиду. Они отмечены на Балканах, в Индии,  ряде районах Америки и Африки, а на территории СНГ – в долинах рек Дона, Волги Кубани, Урала, в Молдавии, Грузии, Азербайджане, на Северном Кавказе. Их названия очень разнообразны: слитоземы, смольницы, черные хлопковые почвы, регуры, грумосоли, бадоп, тирсы, слитые черноземы и т. д.  В разных странах эти почвы называли по-своему, хотя все они однотипны по своему строению и свойствам. Сейчас широко используется международный термин «вертисоли». Основной почвообразовательный процесс, формирующий вертисоли, называют слитогенезом.

Для формирования слитоземов обязательны три условия:

1. Контрастный водный режим, резкие колебания от переувлажнения к иссушению, что ведет к перестройке минеральной части, появлению высокой способности к набуханию и усадке.
2. Слитогенез происходит в условиях равнинного рельефа, когда 
   не обеспечивается поверхностный сток избыточной влаги, это 
   одно из условий формирования переувлажнения, которое при 
   склоновом рельефе возникнуть не может.
3. Почвообразование протекает на древнеаллювиальных и делювиальных глинистых отложениях. Существует понятие гранулометрического барьера. Это содержание физической глины в количестве 62 и ила - 39%. При меньшем количестве 
   указанных гранулометрических фракций развитие слитогенеза 
   маловероятно. Это обеспечивает незначительную водопроницаемость почвы и подпочвы и способствует переувлажнению. 
   На водопроницаемых материнских породах в условиях тропиков формируются в аналогичных климатических условиях 
   красно-бурые саванные почвы, а в субтропиках - коричневые 
   почвы сухих травянистых лесов и руброземы типа аргентинской пампы.

     Для тропических слитоземов саванн, а также для подобных почв в суббореальном и субтропическом биоклиматических пояса Земли едины процессы их  формирования.

  1. Образование и накопление фульватно-гуматного гумуса из 
остатков травянистой растительности, представленной луговыми степями или высокотравными саваннами. Богатство трав белками и зольными элементами определяет однотипную экологическую специфику 
биологического круговорота, несмотря на широкое видовое разнообразие фито- и зооценозов в различных странах Земли. Однотипные 
циклы развития и роста с преобладанием фитомассы корневых систем 
обеспечивают регулярность поступления растительных остатков в биологические процессы их преобразования, в т.ч. и гумификации.

  2. Слитогенез минеральной массы с образованием глинистых минералов монтмориллонитовой группы. Возникающие свойства слитости: 
бесструктурность, сплошность (слитость) почвенной массы, интенсивная сезонная динамика плотности почвы, определяемая явлениями набухания и усадки глинистых минералов, высокое содержание недоступной растениям почвенной влаги. Со слитогенезом связан интенсивно черный, «антрацитовый» цвет гумусовых горизонтов. Это обусловлено прочным связыванием гуминовых кислот с тинистыми минералами в органо-минеральные комплексы. Для всех слитоземов парадоксальна черная окраска при малом содержании органического вещества (3—5%). Слитогенезу подвергается толща почвы от 30 до 120 см.

  3. Дерновый процесс происходит  под воздействием травянистой  растительности. Если объем фитомассы трав на 80—90% состоит из корневых систем, то масса этих корней на 80—90% сосредоточена в верхнем 30-сантиметровом слое. Велика их структурообразующая и разрыхляющая роль. Структурные агрегаты зернистые, комковато-зернистые и отчасти ореховатые. Этот же горизонт почвы является сосредоточием биологических процессов, зооценозов и микробоценозов. В сущности, плодородие слитоземов определяется именно свойствами горизонта А, а слитогенетическая толща, залегающая ниже его, лишь слабо и не всегда обеспечивает функционирование агроценозов и естественных фитоценозов.

  4. Для слитых почв характерно  явление педотурбации. Педотурбация - механический процесс внутрипрофильного перемещения почвенной массы, при котором происходит перемешивание веществ в почве. В конце сухого сезона мелкоземлистая почва поверхностного горизонта по глубоким трещинам осыпается в нижнюю часть профиля. При увлажнении и набухании почвы происходят горизонтальные и вертикальные движения почвенных блоков. Чаще всего они поднимаются вверх под воздействием набухающего осыпавшегося материала. Ежегодные многовековые явления этих смещений приводят к формированию профиля, слабодифференцированного на горизонты. В связи с этим все слитоземы от тропиков до наших умеренных широт имеют однородное и очень простое строение. Выделяется верхний перегнойно-аккумулятивный, оструктуренный горизонт А и однородный слитой горизонт В.

  5. Выщелачивание растворимых солей  за пределы гумусовых горизонтов при замедленном промывном водном режиме с формированием карбонатного горизонта С_Са с новообразованиями СаСОз.

  Все слитоземы однотипны по своему плодородию. При высоких показателях потенциального плодородия их эффективность для многих сельскохозяйственных растений оставляет желать лучшего. Это связано с неблагоприятными физическими и водными свойствами. Значительные запасы питательных веществ не доступны растениям, так как прочно связаны с почвенными коллоидами. Из-за этого же высока влажность завядания растений. Корни большинства растений с трудом проникают в слитой горизонт, который к тому же является водоупором и вызывает во влажные периоды года переувлажнение корнеобитаемой толщи, что провоцирует вымочки сельскохозяйственных растений. И наконец, все слитоземы неблагоприятны для многолетних растений. На них практически не культивируются сады, виноградники, цитрусовые и другие субтропические и тропические плодовые, сахарный тростник и т. д.; корневые системы этих растений не выдерживают физических перегрузок при изменении объема почвенной массы. Однако на слитоземах хорошо растут и плодоносят кукуруза, табак, кормовые травы и растения с коротким вегетационным периодом.

  Саванны на черных слитых почвах всегда были благодатными естественными пастбищами для многочисленных травоядных животных в Евразии, Африке, Австралии, Центральной и Южной Америке. Вовлечение этих территорий в сельскохозяйственный оборот в первую очередь было связано с пастбищным скотоводством, и эта отрасль сельского хозяйства сохранилась и сейчас. Однако соотношение между естественными природными ландшафтами, сельскохозяйственными пастбищами и пахотными угодьями изменяется в широких пределах. Характерна общая тенденция: сокращение естественных и культурных пастбищ и расширение распаханных территорий. Этому способствует высокий уровень потенциального плодородия вертисолей для сельскохозяйственных растений. По индексу плодородия их можно считать лучшими в условиях тропиков: все равно, что черноземы в наших умеренных широтах.

  Травянистый покров черных саванн практически не сохранился на территории Индостана. Все они здесь распаханы и успешно используются под посевы хлопчатника, клещевины и других культур. В Индии почвы этих саванн называются черными хлопковыми почвами (регуры).

  На  Африканском континенте, наоборот, площади пашни на слитоземах незначительны, а громадные территории черных саванн включены в заповедники и национальные парки. В Австралии продолжает сохраняться тенденция использования вертисолей как пастбищных угодий. На Кубе саванны с черными слитыми почвами преимущественно заняты пастбищами. Основная сельскохозяйственная культура страны - сахарный тростник - размещается, прежде всего, на красно-коричневых почвах саванн.

4. Особенности растениеводства в тропиках

      Особенности тропического растениеводства обусловливаются интенсивностью инсоляции, высокой температурой. В тропиках день длится 12 часов круглый год, с 6 утра до 6 вечера. С условиями такого светового режима возникают трудности при выращивании растений умеренных широт. В первую очередь, это касается овощей. Если обыкновенный салат и редис легко приспосабливаются к новым условиям, то другие овощи не всегда хорошо произрастают.

  К 12-часовому световому режиму приспособились все тропические растения, но к интенсивности инсоляции большинство молодых растений не может адаптироваться и их приходится защищать путем искусственного затенения. В противном случае растения часто гибнут от ожогов. Если культивируемые сейчас кофейное дерево или дерево какао в диком состоянии произрастали в полутени великанов тропического леса, то при устройстве плантаций этих культур для них создается искусственное затемнение быстрорастущими деревьями.