Африканская саванна является одной из самых знаковых экосистем планеты, огромным пространством трав, перемежающихся разбросанными акациями и баобабами. Ее физическая география и типы почвы — это не просто фоновые детали, но сама основа, которая диктует, что живет, как движется вода и какие растения могут процветать в течение засушливых сезонов. Чтобы понять саванну — ее миграцию диких животных, ее сельскохозяйственный потенциал и ее уязвимость к изменению климата — сначала нужно понять саму землю: форму местности, ритм дождей и состав почвы под ней.

Физическая география африканской Саванны

Африканская биома саванны охватывает примерно половину континента, простираясь широким поясом по Африке к югу от Сахары. Этот регион простирается от Суданской саванны Западной Африки через экосистему Серенгети-Мара Восточной Африки и вниз в лесистые районы миомбо южной Африки. Основные страны в этой зоне включают Кению, Танзанию, Ботсвану, Южную Африку, Замбию, Зимбабве и части Нигерии, Ганы и Сенегала. Ландшафт не однороден; он смещается от открытых лугов к лесным саваннам к кустарникам, обусловленным тонкими изменениями осадков, возвышения и геологии.

Форма местности и топография

Большая часть саванны находится на древних, стабильных кратонах, которые выветривались в течение миллионов лет. Результатом является преимущественно плоская к мягко волнистой местности, перемежающаяся инселбергами — изолированные скальные холмы или горы, которые резко поднимаются с равнин. Великая рифтовая долина проходит через Восточную Африку, создавая откосы, долины линии разлома и вулканические нагорья, которые нарушают в противном случае однородную топографию. В Серенгети низкие хребты и копьес (гранитовые обнажения) обеспечивают микрообитаемости для хищников и теневых растений. Бассейн Калахари в южной Африке представляет собой обширную, покрытую песком равнину с очень низким рельефом, но он по-прежнему поддерживает сухую экосистему саванны, а не истинную пустыню.

Климат и осадки Паттерны

Климат саванны определяется выраженным сезонным чередованием между влажным летом и сухой зимой. Осадки обычно колеблются от 500 мм до 1500 мм в год, почти все выпадают в течение 4-7-месячного периода. Длина сухого сезона имеет решающее значение: саванны происходят там, где сухой сезон длится от 3 до 9 месяцев. Более короткие сухие сезоны поддерживают лесные массивы; более длинные поддерживают луга. Температура остается теплой круглый год (20-30 ° C в среднем), но суточные колебания могут быть значительными, особенно в сухой сезон, когда ясное небо позволяет быстрое ночное похолодание.

Этот сезонный характер осадков обусловлен зоной межтропической конвергенции (ITCZ), которая мигрирует на север и юг с солнцем. По мере того, как ITCZ проходит над головой, он приносит конвекционные дожди; когда он отступает, доминируют сухие торговые ветры. Интенсивность и надежность этих дождей различаются по всему континенту, создавая градиенты от влажной гвинейской саванны на севере до засушливой терновой саванны на юге.

Основные реки и дренаж

Реки являются спасательными линиями в сухой сезон саванны. Нил, Замбези, Лимпопо и Оранжевые реки протекают через регионы саванны, наряду со многими меньшими сезонными потоками. В Восточной Африке река Мара поддерживает миграцию Серенгети-Мара. Эти реки не только обеспечивают питьевую воду для дикой природы и домашнего скота, но и отлагают аллювиальные отложения, которые создают плодородные пойменные почвы, отличные от окружающих выщелоченных нагорных почв. Многие реки эфемерны, текут только во время влажного сезона, но оставляя за собой сухие песчаные пласты, которые содержат мелкие грунтовые воды.

Возвышение и его последствия

Высота саванны колеблется от уровня моря вдоль прибрежных равнин до примерно 1500 метров на внутренних плато. Более высокие высоты, такие как кенийское нагорье (например, плато Лайкипия), испытывают более низкие температуры и более высокие осадки, поддерживая более плотную растительность и более глубокие почвы. Более низкие высоты, такие как засушливые равнины Цаво, имеют более редкую растительность и более скелетные почвы. Повышение также влияет на формирование почвы: более высокие районы с большим количеством осадков, как правило, имеют более сильно выветрившиеся, выщелаченные почвы; более низкие районы могут иметь более молодые, менее развитые почвы, где эрозия превышает производство почвы.

Типы почв африканской саванны

Почвы африканской саванны отражают взаимодействие климата (сезонные осадки и высокие температуры), родительского материала (в основном древние гранитные и базальтовые породы), растительности (корни травы и органические вещества) и топографии. Эти почвы, как правило, старые, глубоко выветрились и имеют низкую фертильность , хотя есть заметные исключения. Основными типами почвы, найденными в биоме, являются Ферральсолы, Акризолы, Вертизолы и Регозолы, наряду с меньшими областями Нитисолов, Плинтозолов и Камбизолов.

Ферральсолы

Ферральсолы являются доминирующим типом почвы во многих регионах саванны, особенно в более влажных зонах (осадки превышают 800 мм в год), таких как лесные массивы миомбо в Танзании и Замбии. Эти почвы сильно выветрились, с толстым, пористым, красноватым горизонтом, богатым оксидами железа и алюминия. Красный цвет происходит от окисленного железа, что также дает почве хороший дренаж, но очень низкую внутреннюю плодородность. Питательные вещества, такие как кальций, магний и калий, выщелачивались в течение тысячелетий. Фосфор, критически важное питательное вещество растения, часто тесно связан с оксидами железа и недоступен для сельскохозяйственных культур.

Несмотря на их низкую плодородность, Ферральсолы поддерживают характерную саванну растительности глубоко укоренившихся трав и адаптированных к огню деревьев. Травы (например, ] Гипаррения , ] Андропогон ) имеют обширные корневые системы, которые поглощают питательные вещества из недр. Органическое вещество быстро разлагается в теплых, влажных условиях, поэтому, хотя биомасса травы высока, уровни органического углерода в почве остаются скромными. Ферральсолы физически стабильны, но требуют тщательного управления, если используются для сельского хозяйства - добавление органического вещества, использование фосфатных удобрений и использование консервационной обработки имеют важное значение.

Акризолы

Акризолы встречаются в более старых, более интенсивно выветривающихся ландшафтах влажных полей саванны, особенно в Западной Африке (например, в северной Нигерии, Гане) и частях южной Африки. Они являются кислыми (рН часто ниже 5,5) и имеют подповерхностный горизонт, богатый глиной, которая была перенесена с поверхности процессами элювиации-охлаждения. Эта глиняная подпочва может препятствовать дренажу и проникновению корней. Как и Ферральсолы, Акризолы сильно выщелачиваются и имеют низкий уровень питательных веществ , с особым дефицитом доступных оснований и фосфора.

Местная растительность на Акризоле часто представляет собой мозаику лесных массивов и зарослей саванны, с деревьями, адаптированными к низкому рН и алюминиевой терпимости (например, Brachystegia видов). Сельскохозяйственное использование является сложным: для повышения рН требуется лима, а непрерывное обрезка без периодов подвала быстро истощает оставшуюся плодородность. Акризолы также склонны к поверхностной коррозии и эрозии при очистке от местной растительности.

Вертизолы

Вертизолы - богатые глиной почвы (минералы смектитовой глины), которые образуются на базальте или других базовых материалах в регионах с сильным сезонным контрастом влаги - точно условия, найденные во многих восточноафриканских саваннах, таких как равнины Серенгети и пол Рифтовой долины. Эти почвы расширяются, когда влажные и трещины глубоко, когда сухие. трещины могут быть до метра глубиной, позволяя быстрое проникновение воды и смешивание органических веществ. Вертизолы, естественно, более плодородны, чем Ферральсолы или Акризолы , потому что глина сохраняет питательные вещества и действие набухания приводит к свежим минералам на поверхность.

Однако их физическое поведение создает проблемы для сельского хозяйства: они липкие и пластиковые, когда влажные, твердые и компактные, когда сухие, что затрудняет обработку почвы. Они часто используются для выращивания кукурузы, сорго и хлопка в таких областях, как равнины реки Ати в Кении. Классические травы саванны на равнинах реки Вертизолс короче и более туфельные, адаптированные к сезонному заболачиванию и растрескиванию. FAO описывает Вертизолы как «самоглотающиеся», потому что поверхностный материал попадает в трещины и закапывается, создавая отличительный микрорельеф гилгай.

Регозолы

Регозолы - слабо развитые почвы, найденные на крутых склонах, недавнем аллювиуме или сильно эрозивных ландшафтах, где почвообразование медленное или почва постоянно обновляется. В саванне они встречаются на склонах инселберга, речных террасах и в засушливых средах типа Кароу (например, части Южной Африки, Ботсваны). Они тонкие, грубо текстурированные и часто содержат фрагменты горных пород. Плодородность низкая до умеренной , в зависимости от исходного материала - если он получен из известняка или вулканического пепла, питательные вещества могут быть выше.

Регозолы обычно поддерживают редкую растительность саванны: выносливые травы, тернистые кустарники и засухоустойчивые деревья, такие как Acacia tortilis. Они подвержены эрозии и лучше всего оставляют под естественным покровом. В некоторых районах они используются для выпаса с низкой интенсивностью, но не для выращивания под дождевыми кормами.

Другие известные почвы

В дополнение к четырем основным типам, несколько других почв появляются в ландшафтах саванны. Нитизолы глубокие, красные и хорошо структурированные, найдены на вулканическом пепле в высокогорной саванне (например, в рифтовой долине Кении). Они являются одними из самых продуктивных сельскохозяйственных почв в Африке, поддерживая высокие урожаи чая, кофе и кукурузы. Плинтозолы содержат богатый железом плинтит, который необратимо твердеет в железо (латерит) при воздействии повторного смачивания и сушки. Эти почвы распространены в саванне Судана и очень низки в питательных веществах. Камбизолы являются умеренно развитыми почвами, часто встречаются на аллювиальных равнинах и предгорьях, с умеренной плодородностью и хорошим дренажем.

Процессы формирования почв в Саванне

Почвы африканской саванны являются продуктом нескольких взаимодействующих процессов:

  • Погода: Высокие температуры и сезонные осадки приводят к химическому выветриванию первичных минералов, высвобождая оксиды железа и алюминия. Это наиболее интенсивно в Ферральсолах и Акризолах.
  • Выщелачивание: Сильные дожди во время сезона дождей просачиваются через профиль почвы, растворяя и удаляя растворимые основания и кремнезем, оставляя после себя устойчивые оксиды. Выщелачивание — это то, что делает почвы саванны низкими по питательным веществам.
  • Элювация и иллювация: В Акризолах частицы глины промываются вниз (элювация) и накапливаются в подповерхностном горизонте (иллювация), создавая плотный слой глины, который может ограничивать рост корня.
  • Глейинг : В сезонно заболоченных впадинах (например, дамбо), условия снижения вызывают сокращение и мобилизацию железа, что приводит к серым, пестрым недрам.
  • Циклирование органических веществ: : Поскольку температура тепла круглый год, почвенное органическое вещество быстро разлагается. Таким образом, почвы Саванны имеют относительно низкое содержание органического углерода (обычно 1-2%) по сравнению с умеренными лугами.
  • Термиты являются основными почвотехниками в саванне. Их курганы перераспределяют глину, органическое вещество и питательные вещества, создавая локализованные участки с более высокой плодовитостью, которые поддерживают различную растительность.

Почва и растительность в игре

Распределение типов почв по саванне тесно связано с растительными узорами. Например, на «островах бесплодия», созданных термитными курганами в ландшафтах Ферральсола, часто обитают виды деревьев, которые не могут расти в окружающей питательной матрице. На Вертизолах, где содержание глины высокое, доминируют травы и деревья редкие из-за заболачивания и растрескивания. На песчаных регозолях могут процветать глубоко укоренившиеся деревья, такие как Acacia erioloba (колючка мельницы) (колючка мельницы) (запах мельницы) (понимание этих отношений помогает экологам предсказать, как растительность саванны будет реагировать на изменения частоты пожара, травоядности и климата.

Сельскохозяйственные последствия Саванны

Многие мелкие фермеры Африки живут в регионах саванны, но эти почвы представляют собой огромные проблемы. Низкая естественная плодородие, кислотность и фиксация питательных веществ (особенно фосфор) являются основными ограничениями . Традиционное смещение выращивания с периодами подвала было хорошо адаптировано к Ферральсолам и Акризолам — подвал позволил питательным веществам перерабатывать. Но популяционное давление сократило подвалы, что привело к деградации почвы и снижению урожайности.

Современные стратегии управления включают комплексное управление плодородием почвы: объединение органических ресурсов (навоз, компост) с минеральными удобрениями; использование фосфатных пород (где это возможно) для преодоления дефицита P; применение извести для повышения рН; и практика сохранения сельского хозяйства с минимальной посадкой и постоянным почвенным покровом. На вертизолах дренаж и поднятая посевная может улучшить работоспособность. Во всех случаях поддержание органического вещества почвы имеет решающее значение для поддержания микробной активности, удержания влаги и питания.

Центр международных исследований в области лесного хозяйства (CIFOR) задокументировал, как системы агролесоводства — интеграция деревьев, таких как Faidherbia albida , в пахотные земли — могут значительно улучшить плодородие почвы в зонах саванны, добавив подстилку листьев, фиксируя азот и переработку питательных веществ из глубоких слоев почвы.

Сохранение и угрозы для почв Саванны

Почвы Саванны сталкиваются с несколькими давлениями. Эрозия почвы является основным риском, когда растительный покров удаляется чрезмерным выпасом, обезлесением или пожарами. Потеря верхнего слоя почвы не только снижает плодородие, но и засеивает реки и водохранилища. Опустынивание в Сахеле и других сухих полях саванны частично обусловлена деградацией почвы: потеря органического вещества почвы снижает водоемкость, делая ландшафты более уязвимыми для засухи. Подкисление почвы от непрерывного использования удобрений на основе аммония может еще больше ухудшить Акризолы и Ферральсолы.

Ожидается, что изменение климата изменит характер осадков, потенциально удлинит сухие сезоны и усилит события осадков. Это ускорит эрозию, уменьшит включение органических веществ и изменит распределение типов почвы саванны. Стратегии адаптации включают использование покровных культур для защиты поверхности почвы, улучшение сбора воды и выбор сортов сельскохозяйственных культур, которые устойчивы к низкой плодородия и влажности.

Заключение

Физическая география африканской саванны — ее древние плато, сезонные реки и переменная топография — идет рука об руку с ее разнообразием почвы. Ферральсолы, Акрисолы, Вертизолы и Регозолы каждый рассказывают историю конкретной комбинации родительского материала, климата и времени. Их низкая врожденная плодородность, в то время как идеально подходит для местных трав и огнестойких деревьев, представляет собой проблему для сельского хозяйства, которое требует тщательного, наукоемкого управления. По мере роста человеческого населения Африки к югу от Сахары, и по мере усиления изменения климата, понимание и сохранение этих почв будет иметь важное значение не только для производства продуктов питания, но и для всей экосистемы саванны, которая зависит от них. Международный справочно-информационный центр почв (ISRIC) предоставляет подробные карты почв и данные, которые бесценны для планирования устойчивого землепользования в этих ландшафтах.