Ґрунтознавство і географія ґрунтів - С.П. Позняк 2010

Розділ 14. Піски та піщані ґрунти

Піщані масиви є на всіх континентах Земної кулі. Це території з відносно слабовираженими процесами ґрунтотворення.

Піски —- це відкриті (сипучі), не закріплені рослинністю або слабозакріплені піщані утворення. Піщані ґрунти (Arenosols) мають стійкий рослинний покрив і чітко виражений генетичний профіль зональних ґрунтів. Характер клімату і рослинного покриву піщаних областей визначається зональними умовами. Найсуворіший клімат у гарячих і сухих континентальних пустелях Азії, Африки й Австралії. Кліматичні умови зони степів більш м’які і сприятливі для процесів ґрунтотворення.

На піщаних масивах сухостепової і напівпустельної зон у випадку глибокого залягання ґрунтових вод рослинний покрив представлений кияком, кумарчиком, вайдою, полином піщаним, джузгуном, тамариксом. У зоні пустель на пісках росте ілак, селін, кумарчик, з деревно-чагарникових порід — саксаул, піщана акація, джузгун, черкез, астрагал тощо.

За умови високого рівня залягання ґрунтових вод на пісках формується розріджений злаково-різнотравний рослинний покрив, а також може бути деревна рослинність.

Рельєф територій розповсюдження пісків складний і різноманітний. Він залежить від потужності піщаної товщі, рослинного покриву, вітрового режиму, тривалості еолової переробки. Внаслідок поєднання цих чинників сформувались різні форми закріплених пісків (гряди, горби, кучові піски та їхні поєднання) і рухомих пісків (бархани і дюни).

Найпоширенішими формами рельєфу пустельної, напівпустельної і сухостепової зон є грядові піски. Вони формуються внаслідок розвіювання у пониженнях і навіювання піску на підвищені ділянки у випадку постійного напряму вітрів. Гряди мають витягнуту форму, хвилясті гребені з чергуванням вершин і знижень між ними. Висота гряд коливається від 5-7 до 20-30 м.

Горбисті піски займають значні площі у пустелях, напівпустелях, сухих і чорноземних степах. Вони утворюють підвищення різних форм і конфігурацій, між якими розташовані різної глибини пониження і котловини. Такий тип рельєфу формується у випадку перпендикулярних або різного напряму вітрів.

Рухомі піски займають менші площі порівняно із закріпленими. Вони розповсюджені плямами в пустелях на площах від декількох до декількох сотень квадратних кілометрів. Їхнє утворення пов’язане з сухістю клімату, сильними вітрами, а також з нераціональним веденням господарства.

Бархани формуються переважно влітку внаслідок накопичення пісків перпендикулярно до напрямку пануючих вітрів. Бархани постійно переміщаються, напрям і швидкість їхнього руху залежить від тривалості і напряму вітрів, вологості піску і його гранулометричного складу. Бархани мають пологий навітряний схил (5-15°) і крутий підвітряний (28-35°). Пологий схил покритий еоловим ряботінням з розташуванням смуг перпендикулярно до напряму вітру. Смуги утворюються внаслідок перекочування піщинок по поверхні бархана. На увігнутому підвітряному схилі ряботіння немає, оскільки піщинки рівномірно скочуються з гребеня бархана. Краї барханів рухаються попереду центральної частини, яка має форму дуги. Це зумовлено короткими схилами країв і швидшим осипанням піску по краях.

У разі скупчення барханів утворюються барханні піски. Вони не мають рослинності. З глибини 20-40 см пісок помітно вологіший. Між барханами трапляються вологіші ділянки, зайняті слабогумусованими пісками.

Піски — геологічне утворення, яке сформувалось внаслідок вивітрювання гірських порід і перевідкладення продуктів вивітрювання водою і вітром. Піски можуть бути елювіальної, делювіальної, морської, озерної, сучасної і древньоалювіальної, флювіогляціальної та еолової ґенези.

Перевіяні, перевідкладені та відсортовані піски мають низку особливостей складу і властивостей, які визначають умови росту рослин і напрям та інтенсивність процесів ґрунтотворення.

Піски майже цілковито складаються з мінеральних частинок розміром понад 0,01 мм. Серед гранулометричних фракцій відчутно переважають фракції, розміри яких перевищують 0,05 мм (табл. 14.1).

Найкраще відсортовані еолові та сучасні елювіальні піски, найменше — морські та флювіогляціальні. У пісках інколи трапляється уламковий, галечниковий матеріал.

Таблиця 14.1

Гранулометричний склад пісків

Мінералогічний склад пісків залежить від властивостей вихідних гірських порід, умов їхнього руйнування, денудації та перевідкладення продуктів руйнування. Серед первинних мінералів переважає кварц. Крім нього є чимало польових шпатів, слюди, рогової обманки, гіпсу, вапнякових мінералів тощо. Вторинних мінералів у пісках мало. Внаслідок вивітрювання первинних мінералів змінюється колір піску. Це зумовлено тим, що зменшується вміст темнозабарвлених мінералів (рогових обманок, біотиту) внаслідок їхнього руйнування і збільшується кількість кварцу, а також через забарвлення зерен кварцу в бурий колір гідрооксидом заліза (піски Кизил-Кум, Австралійські пустелі).

Хімічний склад пісків залежить від мінералогічного складу. Піски характеризуються високим вмістом SiO₂ і незначним вмістом феруму, алюмінію, кальцію, магнію.

Піски пустель містять дуже мало гумусу — від 0,05 до 0,5-0,7%, інколи 0,91,2%. Відношення Сгк:Сфк коливається в межах 0,3-1,2, що залежить від типу рослинності, мінералогічного складу і віку ґрунтів.

Вміст валового азоту, фосфору і калію дуже низький. Ємність катіонного обміну переважно низька — 0,5-2,0 ммоль/100 г ґрунту, хоча інколи може сягати 15 ммоль/100 г ґрунту. Реакція водного розчину пісків напівпустель переважно лужна, пустель - лужна і сильно лужна: рН водне, відповідно, становить 7,5-8,0 і 8,0-10,0. Піски напівпустель містять 1,0-5,0% СаСО₃, пустель — від 10 до 20%.

Піски напівпустель і пустель містять водорозчинні солі. Найвищий їхній вміст у приморських засолених пісках. Засолення переважно хлоридно-сульфатне або сульфатне.

Піски і сформовані на них ґрунти характеризуються незадовільними фізичними і водно-фізичними властивостями, що зумовлено легким гранулометричним складом. На фізичні властивості ґрунтів впливає їхня рухомість і задернованість.

Щільність твердої фази пісків становить 2,6-2,7 г/см³, а щільність будови — 1,4-1,6 г/см³. Загальна шпаруватість коливається від 32-45% у барханних пісках до 40-48% у зарослих горбистих пісках. Для пісків характерна висока водо- та повітропроникність і низька вологомісткість. Найменша вологомісткість становить 5-12%, опади не затримуються у верхніх горизонтах, а просочуються глибоко вниз і за відсутності рослинного покриву можуть накопичуватись, утворюючи прісну верховодку. Через низьку водопідйомну здатність, яка не перевищує 70-80 см, втрати вологи на випаровування з глибоких шарів незначні, що сприяє накопиченню в пісках значних запасів вологи. У водному режимі пісків важливе значення має внутріґрунтова конденсація водяної пари.

Вагомий вплив на поживний і водний режими пісків має наявність на певній глибині щільних гумусованих прошарків. Вони сприяють накопиченню вологи, є джерелом поживних елементів для рослин, сприяють розвиткові кореневої системи рослин. Найкращі умови водного режиму створюються в міжгорбистих, міжпасмових і міжбарханних пониженнях. Такі місця переважно зайняті рослинністю. На рухомих пісках внаслідок їхнього переміщення рослини можуть видуватись, засипатись піском або пошкоджуватись піщинками.

Ґрунтотворні процеси на пісках пов’язані з розвитком рослинності, склад якої визначається геолого-геоморфологічними особливостями території, кліматом, глибиною залягання і мінералізацією ґрунтових вод, характером сільськогосподарського використання.

Природне заростання пісків починається з поселення рослин-піонерів (псамофітів) — піщаного вівса або кияка, кумарчика та інших. Через деякий час поселяються рослин-піонери другого покоління, які ще більше закріплюють пісок, створюючи умови для інших рослин. Видовий склад рослин-піонерів і рослин-аборигенів визначається зональними особливостями.

Рослинний покрив, що формується на пісках, поступово зменшує їхню рухомість і сприяє початку активного ґрунтотворення, основними рисами якого є збагачення верхнього горизонту гумусом, пилуватими і мулуватими фракціями, поступове збільшення його щільності. У піску відбувається збільшення запасів поживних елементів і ємності вбирання, утворюється примітивна структура, проте помітно погіршуються водні властивості, зокрема зменшується вміст вологи у нижніх горизонтах. Темпи ґрунтотворення на пісках залежать від зональних кліматичних умов, складу піску, рельєфу, гідрогеології тощо.

Піски, на яких поселились вищі рослини, перетворюються в піщані ґрунти. За умови близького до поверхні рівня ґрунтових вод формуються глеюваті і глейові ґрунти, у напівпустелях і пустелях часто засолені.

Піски і піщані ґрунти на різних стадіях заростання рослинністю і розвитку ґрунтотворного процесу поділяють на слабогумусовані (напівзадерновані) і глибокогумусовані (задерновані).

Ґрунтотворному процесові на пісках властиві деякі риси зональності. На характер ґрунтотворення впливає ґенеза пісків і їхній мінералогічний склад.

У степовій зоні на еолових пісках під освітленими сосновими борами з середини голоцену формувались дерново-борові ґрунти потужністю 50-100 см. У пізньому голоцені соснові ліси змінились злаково-різнотравною рослинністю, а дерново-борові ґрунти трансформувались у дерново-степові.

Вміст гумусу в дерново-борових і дерново-степових ґрунтах не більший 1%. У складі гумусу переважають фульвокислоти. Реакція ґрунтового розчину кисла, рН водне становить 5,0-6,4.

На кварцово-поліміктових пісках степової зони під сосновими лісами сформувались також дерново-борові зв’язнопіщані ґрунти з вмістом гумусу 0,8- 2,5%, азоту — 0,05-0,15%, ємністю вбирання близькою до 5 ммоль/100 г ґрунту і ступенем насичення основами 60-90%. Під степовою рослинністю формуються дерново-степові (чорноземоподібні) ґрунти, часто багатоярусні, з реліктовими ознаками гідроморфізму. Потужність ґрунтового профілю становить 130-180 см.

Гумус рівномірно розподіляється по профілю, його вміст не перевищує 1%. Азоту міститься 0,1-0,14%, рН водне становить 6,7-8,0. Ємність вбирання у гумусовому горизонті дорівнює 3-9 ммоль/100 г ґрунту, а в ілювіальному горизонті супіщаних відмін зростає до 15 ммоль/100 г ґрунту. Ступінь насиченості основами сягає 80-100%.

Ґрунтотворні процеси в зонах напівпустель і пустель відрізняються від зони степів. Тут особливо відчувається вплив ґенези і складу пісків.

Кварцово-поліміктові піски розповсюджені в напівпустелях і пустелях Середньої Азії (Каракуми, Таукум, Мешем, Муюнкум, Сариєсик-Атирау та ін.), Центральної Азії (Такла-Макан, Гобі, Джунгарія), на Іранському нагір’ї (Регістан, Харан), в Індостані (Тар, Тал), в Африці (Наміб, Калахарі). Ці піски утворились з багатих мінералами гірських порід в процесі їхнього руйнування на місці або були принесеними з гір і перевідкладені в плейстоцені.

У зоні напівпустель на кварцово-поліміктових пісках ґрунти розвиваються за типом бурих напівпустельних. Вони формуються під злаково-осоково-чагарниковими рослинними угрупованнями і мають потужність профілю 1-2 м. Реакція ґрунтового розчину піщаних напівпустельних ґрунтів переважно лужна, величина рН водного становить 7,5-8,0. Вміст гумусу низький — 0,3-0,9%. Вміст карбонатів коливається в межах 1-5%.

У піщаних пустелях Середньої Азії (Каракуми, Чильмаметкум, Абакум) під розрідженою рослинністю сформувались своєрідні піщані і зв’язнопіщані пустельні ґрунти, переважно зі слабодиференційованим профілем. Реакція пустельних ґрунтів лужна і сильно лужна: рН водне становить 8-10 і більше. Вміст гумусу дуже низький — 0,1-0,7%. Карбонати становлять 10-20%.

У пустелі Гобі під розрідженою чагарниково-злаковою рослинністю сформувались пустельні ґрунти зі слабодиференційованим профілем, в яких під шаром пухкого піску (до 20 см) наявна кірка. Горизонт Н бурий, з червонуватим відтінком, ущільнений. Горизонт І червонувато-бурий. Під покривом каллігонумома монгольського, боялигу і полину ксерофітного трапляються сіро-бурі пустельні слабогіпсоносні ґрунти, в яких кірочка і підкірковий горизонт відсутні, проте добре виражений ілювіальний червоно-бурий горизонт потужністю до 30 см.

У пустелях Центральної Азії трапляються примітивні пустельні ґрунти. Тут також багато барханних пісків.

На пісках Тар і Тал в Індостані під багатою рослинністю з псамофільних чагарників і трав сформувались ґрунти, для яких характерна вилугованість верхніх горизонтів і оглиненість сірувато-бурого з коричневим відтінком горизонту І. Закипання від НСI спостерігається в нижній частині горизонту І. Гумусовий горизонт Н відносно потужний (до 30 см), сірувато-коричневий з нетривкою горіхуватою структурою. Очевидно, ці піщані ґрунти розвивались за типом коричневих вилугованих.

Піски кварцові поширені в пустелях Австралії і Південної Америки. Для них характерний переважно білий, зрідка коричневий колір, кварцові зерна покриті залізистими плівками. На кварцових пісках Південної Америки сформувались ілювіально-гумусові, ілювіально-залізисто-гумусові підзоли, часто з відбілени- ми глеєво-елювіальними поверхневими горизонтами і накопиченням залізистих конкрецій у нижніх горизонтах. Горизонт Н₁ цих ґрунтів темно-сірий з білими зернами, пухкий, з корінцями рослин. Горизонт Н₂(з 5-10 см) сірий, з великою кількістю білих зерен, пухкий. Горизонт IP (від 15 до 50-70 см) — сіруватий, з помітним бурим відтінком, зрідка трапляються корінці рослин. Горизонт Р — сірий чи білий пухкий пісок.

Вміст гумусу в горизонті Н₁ становить 0,5-1,5% і різко зменшується вниз по профілю. Сума вбирних основ низька, у горизонті Н₁ дорівнює 2,02,5 ммоль/100 г ґрунту. Реакція ґрунтового розчину кисла: рН водне 4,0-5,9. Ґрунти зайняті лісами й пасовищами.

Піски кварцові карбонатні поширені в Сахарі (Великий Західний Ерг, Великий Східний Ерг, Ігіді, Шеш), в Австралії (Велика Піщана пустеля, пустеля Сімпсон, Велика Пустеля Вікторія). Ґрунтовий покрив на таких пісках через екстремально аридні умови або не сформувався, або представлений примітивними пустельними ґрунтами.

Піски залізисті залишково-латеритні розповсюджені в гумідних умовах серед фералітних ґрунтів Африки, у Південній Америці (тераси Амазонки та її приток) і в Австралії (області центральних пустель). Піщинки цих пісків покриті плівками з глини та оксидів заліза. На них формуються малопотужні ґрунти зі слабовираженим горизонтом Н темно-бурого або червонуватого кольору.

Нерозчленовані піски (за мінералогічним складом) поширені в деяких регіонах Середньої Азії (Кизилкум, Сундуклі, Заунгузькі піски), на Аравійському півострові (Руб-ель-Халі, Великий і Малий Нефуд), на Іранському нагір’ї (Деште-Лут). Тут піщані масиви чергуються з виходами гірських порід, останцями, тектонічними западинами, котловинами видування тощо. Для цих регіонів характерні різновікові ґрунти - від молодих піщаних до плейстоценових. Найбільш сформованими є піщані пустельні, зв’язнопіщані і супіщані слабоди-ференційовані ґрунти. Гумусовий і дернинний горизонти утворюються на певній глибині (з 5-6 см) під шаром навіяного піску. Дернинний горизонт містить нерозкладені корінці рослин (ілаку), його називають корінчикуватим, або горизонтом Н. Карбонати виділяються у формі розпливчастих (дифузних) плям. Засолення тут відсутнє.

Піски засолені приморські трапляються в аридних умовах на узбережжях морів і океанів — на півдні Аравійського півострова, вздовж узбереж Каспійського і Аральського морів, вздовж північно-східного узбережжя Австралії, у приморській частині пустелі Наміб (Африка). Для приморських територій характерний дюнний рельєф, а в піску трапляються черепашки. На таких пісках сформувались переважно примітивні солончакові й солончакуваті ґрунти, солончаки. Гумусовий горизонт Н цих ґрунтів має характерний білувато-сірий відтінок через наявність солей.

Піски й піщані ґрунти внаслідок специфічних особливостей, переважно негативного характеру, розташування в аридних зонах, малопридатні для сільськогосподарського використання, чим пояснюється незначний відсоток їх у складі сільськогосподарських угідь.

Основний принцип освоєння піщаних масивів — їхнє комплексне використання з урахуванням кліматичних умов і властивостей піщаних утворень конкретної території. Піщані масиви можуть використовуватись як пасовищні угіддя, виноградники й сади, сіножаті, для створення лісових насаджень, вирощування баштанних та інших культур.

У степовій зоні на пісках і піщаних ґрунтах вирощують лісові, плодові, частково інші культури. У зоні пустель серед пустельних автоморфних ґрунтів (сіро- бурих, такирів, такироподібних) піщані ґрунти характеризуються кращими умовами для розвитку природної рослинності, тому тут значні площі піщаних ґрунтів зайняті природними пасовищами. Проте за фізичними й фізико-хімічними властивостями піщані ґрунти вважають малосприятливими для культурних рослин. Низький вміст гумусу і поживних елементів вимагає внесення великих доз органічних і мінеральних добрив. Несприятливі водно-фізичні властивості піщаних ґрунтів утруднюють проведення зрошувальних меліорацій: поливна вода швидко просочується вниз, тому необхідні часті поливи малими дозами, що ускладнює можливість використання таких ґрунтів під зрошення.

Освоєння та використання пісків і піщаних ґрунтів передбачає здійснення попереджувальних і активних заходів.

Попереджувальні заходи передбачають раціональне використання пасовищ і деревно-чагарникової рослинності, що унеможливлює розвіювання пісків і перетворення їх у рухомі.

З активних заходів застосовують механічний захист (щити, загорожі тощо), покриття поверхні пісків емульсією латексів, бітумів, інших цементуючих речовин, агролісомеліоративне закріплення пісків рослинністю. На перших етапах закріплення пісків поєднують механічні заходи з агролісомеліоративними.

Для закріплення пісків застосовують рослини-піскозакріплювачі: трав’янисті — піщаний овес, кумарчик, селін, сибірський житняк, соргогумаєвий гібрид та ін.; кущі - кущисті верби (шелюга, джузгун, тамарикс, черкез, піщана акація та ін.; деревні у степовій зоні — сосни звичайна і кримська, дуб, тополя, абрикос, шовковиця біла; у напівпустельній зоні — в’яз дрібнолистий, тополя, абрикос, шовковиця біла. У піщаних пустелях Середньої Азії з деревних порід для закріплення пісків успішно використовують саксаул.

До чинників, що визначають лісорослинні умови території, належать: кліматичні умови, водний режим ґрунтів, рівень ґрунтових вод і їхня мінералізація, рельєф, гумусованість ґрунтів, ступінь заростання пісків. Агролісомеліоративні заходи освоєння й охорони піщаних ґрунтів необхідно базувати на детальних ґрунтових, гідрогеологічних, геоботанічних, агромеліоративних дослідженнях. Лише на основі комплексних досліджень кожного району можна спроектувати систему лісових культур, асортимент деревних, чагарникових порід, злаково-різнотравних культур.

Великі площі пустель Азії, Африки, Австралії не використовують у сільському господарстві. Оази в піщаних пустелях використовують для землеробства, садівництва, рекреації і туризму.