ПРИЧИНЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДВУХЪЯРУСНОЙ ВЕРХОВОДКИ В ПРОФИЛЯХ ТЕКСТУРНО-ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ ПОЧВ. ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ТРЕЩИН
Существование двух изолированных зон верховодки — одна из характерных черт водного режима тяжелых оглеенных текстурно-дифференцированных почв. Двухъярусное положение верховодки в профиле гидроморфных подзолистых и дерново-глеевых почв возможно, очевидно, при условии, если вертикальная фильтрация или боковой отток влаги из нижнего яруса больше или равны вертикальной фильтрации влаги из верхнего яруса.
При изменении этого условия слои верховодки смыкаются.Два фактора обусловливают двухъярусный характер верховодки. Первый заключается в резкой дифференциации горизонтов по их водопроницаемости, второй связан с низкой активной воздухоносной пористостью и наличием в иллювиальных горизонтах профиля водоупорной подушки из защемленного воздуха. Последний, не препятствуя миграции ограниченного объема влаги по крупным порам почв (корневым ходам и трещинам) в глубокие горизонты и формированию в них верховодки, оказывает противодействие внедрению влаги в тонкие поры.
Заслуживает внимания и еще одна, третья, особенность гидрологии почв рассматриваемого ряда. В дерново-подзолистых неоглеенных и глубокооглеенных почвах в сухие годы после выпадения дождей увеличивается влажность в нижних горизонтах. Это происходит, казалось бы, при парадоксальных обстоятельствах, когда влажность вышележащих слоев почвенного профиля в течение длительного периода меньше ППВ и ВРК. Возникает, таким образом, трудно объяснимое на первый взгляд явление миграции гравитационной влаги через слои почвы с неизменной высокой аккумулирующей способностью. Как показали наши наблюдения, оно связано с тем, что в сухой период года при выпадении дождей ливневого характера на поверхности почвы формируется сток, который служит источником дополнительного увлажнения нижних частей склонов или депрессий. Такой сток на тяжелых почвах с малой скоростью впитывания начинается при неглубоком (несколько сантиметров) поверхностном промачивании почвы.
При этом гравитационная влага склонового стока, не успевая полностью просочиться и увлажнить верхние горизонты, попадает в трещины (или свободные корневые ходы) сухой почвы и быстро стекает по ним в глубокие слои профиля даже тогда, когда влажность верхних горизонтов меньше ППВ и ВРК. По- видимому, наиболее резко это проявляется в сухие годы при летних ливнях. В последнем случае период насыщения влагой поверхностных слоев почвы столь кратковремен, а испарение и транспирация столь значительны, что определениями, выполненными непосредственно после выпадения осадков, не удавалось обнаружить существенного изменения их влажности.Вместе с тем выше мы обращали особое внимание на роль крупных пор почв — трещин, корневых ходов, червороин — в формировании морфологических признаков оглеения суглинистых и глинистых дерново-подзолистых почв (пятна оглеения, вытянутые преимущественно в вертикальном направлении, мраморовидная окраска иллювиальных горизонтов и др.). Установлено, что крупные поры почв — относительно стабильные каналы нисходящей миграции гравитационной влаги не только во влажные, но и в относительно сухие периоды вегетации [Зайдельман, 1968].
Гравитационная влага, попавшая в глубокие слои сухой почвы по крупным трещинам, впитывается влагоемкой толщей. Но если почва сырая, влага, застаиваясь в вертикальных глубоких каналах, стенки которых покрыты кутанами, обогащенными органическим веществом, вызывает оглеение. Именно в этом причина возникновения в глубокооглеенных почвах мощных вытянутых оподзоленных «языков», переходящих в нижней части профиля в вертикальные пятна оглеения. Этим же, в частности, объясняются и причины стабильности признаков оглеения в нижних слоях профиля глубокооглеенных почв независимо от погодных условий.
Роль трещин как путей миграции влаги («водяных трещин», по определению Г.Н. Высоцкого) в вегетационный период сухих и засушливых лет весьма значительна.
О количественной стороне миграции влаги по трещинам и ее аккумуляции в разных слоях профиля можно получить представление, рассмотрев результаты следующих водно-балансовых наблюдений.
В контуре дерново-подзолистых глубокооглеенных почв Рузского стационара осенью 1963 г. была выбрана площадка 20 х 30 м, которая надежно предохранялась от поступления вод склонового стока двумя рядами защитных валиков высотой 30 см и отводной канавой глубиной 50 см. На площадки, предназначенные для срочных наблюдений за влажностью почвы, влага поступала в результате выпадения осадков и за счет вод склонового стока, а на площадку, защищенную валиками и канавой,— только за счет осадков. Разница между запасом влаги в почве на участках без защиты от поверхностного стока и с защитой от его поступления (рис. 6.4) в сухие годы позволила судить об объеме воды, поступающей в глубокие слои профиля по трещинам в периоды, когда влажность верхних горизонтов равна ППВ (или ВРК). Анализируя одновременно эти данные и общий режим влажности почв на этих площадках (рис. 6.5), нетрудно обнаружить, что после дождей во все слои метровой толщи поступает значительное количество влаги, несмотря на то что ее запас в верхних горизонтах остается меньше ППВ.
Рис. 6.4. Поступление влаги в дерново-подзолистую глубокооглеенную почву в результате миграции вод поверхностного стока в глубокие слои профиля по трещинам (и корневым ходам) в сухой (1964) год:
1) ненасыщенность слоя до ППВ (аккумулирующая емкость) — разность между запасами влаги, равными ППВ, и естественной влажностью почвы на участках, не защищенных от поступления вод поверхностного стока; 2) объем воды, поступающей в почву по трещинам, — разность между запасами влаги на участках со свободным стоком поверхностных вод и защищенных от поступления вод склонового стока
Достоверность этого явления подтверждается следующим. Все изменения имеют положительное значение; большинство определений влажности существенно превышает возможную ошибку, связанную с ее измерением; миграция воды по трещинам легко обнаруживается визуально на стенке све- жеотрытого разреза.
Рис. 6.5. Режим влажности (в объемных % и категориях) дерново-подзолистой глубокооглеенной почвы под покровом зерновых (а), трав (б) и под травами на участке, защищенном от
поверхностного стока (в). Рузский стационар Категория влажности: 1) менее ВЗ; 2) ВЗ-ВРК; 3) ВРК-ППВ; 4) 0,9 ПВ-ПВ;
5)ПВ (верховодка)
Миграция влаги по трещинам отчетливее всего проявляется в глубокооглеенных почвах. В глееватых и глеевых почвах в результате повышенной влажности почвенной толщи она более ограниченна. Это объясняется тем, что из двух необходимых условий поступления воды в глубокие слои при влажности верхних слоев ниже ППВ или ВРК. — наличия поверхностного стока и трещиноватости почв — последнее в глееватых и глеевых почвах выражено слабее, чем в глубокооглеенных. В дерново-подзолистых неоглеенных почвах водораздельных территорий, наоборот, миграция влаги по трещинам в глубокие слои почвы при влажности поверхностных горизонтов менее ППВ протекает не так интенсивно, как в глубокооглеенных, поскольку здесь нет дополнительного поверхностного притока воды с водосбора. По
изложенным причинам интенсивность такого промачивания в неоглеенных и глееватых почвах должна быть слабее, чем в дерново-подзолистых глубокооглеенных. Поэтому в последних особенно резко проявляются черты подзолообразования. Все это позволяет сделать вывод, что в подзолистых почвах глубокое промачивание возможно не только весной или во влажные годы, но и в теплый период вегетации сухих лет после дождей, вызывающих поверхностный сток.
Это явление наблюдается и в неоглеенных подзолистых почвах, но в менее выраженной форме.
Концепция о генетической и гидрологической роли трещин в миграции влаги по профилю суглинистых и глинистых подзолистых и болотно-подзолистых почв получила подтверждение в работах ряда авторов. В частности, В.В. Рачинский, А.Д. Фокин и С.А. Талдыкин (1981) с помощью радиоактивной метки (хлор-36) обнаружили локализацию переноса влаги по трещинам в профиле тяжелосуглинистой подзолистой почвы, а Т.В.
Воронина (1975) в дерново-подзолистых почвах Валдая установила систематическое поступление влаги по трещинам на глубины 80—100 см, переувлажнение и оглеение их стенок.На активную гидрологическую роль трещин указывает и еще один факт, описанный в специальной мелиоративной литературе. На тяжелых осушенных болотно-подзолистых почвах с Кф подпахотных горизонтов менее 0,05 м/сут дренажный сток при влажности профиля, равной или менее ППВ, нередко начинается через несколько часов или сразу после выпадения ливневых осадков. Причина столь быстрого возникновения стока, не согласующаяся со значениями Кф почв, обусловлена следующим. Во-первых, между телом траншейной засыпки и монолитной почвой после строительства дренажа возникает, стабильно сохраняется и активно функционирует сеть глубоких вертикальных трещин, имеющих выход в дренаж; во-вторых, через эти трещины в дрены мигрирует влага поверхностного и внутрипочвенного стока; в-третьих, определенное число замкнутых трещин неосушенных почв после осушения оказывается транзитным, и мигрирующая по ним гравитационная влага получает выход в дренаж.
В частности, И. Робинсон и К. Бивен [Roninson, Beven, 1983] отмечали наиболее высокие пики стока после сухих периодов, что связано, по их мнению, с быстрым стеканием воды в дрены по макропорам и трещинам, возникающим при усадке почвы. Выдающуюся роль трещин в формировании дренажного стока подчеркивал Ц.Н. Шкинкис (1981).
Если учесть большую роль трещин и корневых ходов как наиболее стабильных путей миграции влаги и распространения корней в рассматриваемых почвах, то следует признать, что в таких участках профиля процессы современного почвообразования протекают с наибольшей напряженностью. При этом глубина миграции влаги в сухие периоды определяется длиной трещин, распространением корней и характером осадков. В южной части лесной зоны эта толща равна 100—150 см; в условиях более гумидного климата промачивание и современное глееобразование могут наблюдаться в слоях большей мощности.
Поэтому оглеение, железистые новообразования в глубоких слоях, рассматриваемые часто как признаки погребенных почвенных формаций более гумидных периодов, обычно имеют современное происхождение. Это, в частности, подтверждает и соответствие между морфологическими признаками оглеения и современными особенностями водного режима, которые наблюдались нами в почвах рассмотренного ряда.Заслуживает внимания и еще одна особенность этих почв. Поскольку миграция влаги по трещинам наиболее активно протекает при поступлении ее дополнительного количества с водосбора, можно предполагать, что в этом случае вместе с водой в трещины и крупные поры вмываются частицы и микроагрегаты. Они могут проникать в глубокие слои профиля без изменения их химического состава. Наконец, каналы (трещины) наиболее доступны для проникновения корней растений, отмирающие части которых подвергаются интенсивному разложению. После заполнения таких трещин водой в них создаются благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, оглеения минеральной массы. Именно поэтому на изломе трещин часто наблюдается скопление кварцевых зерен-скелетан (кремнеземистая присыпка), концентрическое оглеение вокруг корневых ходов, а на их периферии — образование пятен гидроокиси железа.
Таким образом, усилению признаков оглеения соответствуют совершенно определенные изменения режима влажности и верховодки рассматриваемых почв, наиболее четко проявляющиеся в сырые годы. Так, наметившееся накопление гравитационной влаги в поверхностных слоях дерново-подзолистых почв, не превышающее 0,9 ПВ, сменяется в дерново-подзолистых глубокооглеенных почвах появлением кратковременных очагов верховодки (ПВ). В глееватых разновидностях во влажные годы верховодка длительно сохраняется в пахотном горизонте; одновременно формируется ее устойчивый второй ярус в глубоких горизонтах. Наконец, в дерново-глеевых почвах в течение всего теплого периода таких лет поверхностный аккумулятивный горизонт постоянно обводнен, а в нижних слоях почвенного профиля активно пульсирует второй ярус верховодки.
6.1.4.