В.В. Докучаев заложил начало учения о факторах почвообразования. Он первым установил, что формирование почвы тесно связано с физико-географической средой.
В.В. Докучаев выделил пять факторов почвообразования – климат, почвообразующие породы, живые и отмершие организмы, возраст и рельеф местности. В современном почвоведении к перечисленным факторам добавляют хозяйственную деятельность человека, грунтовые воды. При изучении почв важно учитывать взаимные связи и влияние всех факторов почвообразования.
Функциональную зависимость почвы от факторов почвообразования можно показать схематичной формулой:
Почва = f (К+П+О+Р+ХД+ГВ) t,
где f – функция; К – климат; П – порода; О – организмы; Р – рельеф;
ХД – хозяйственная деятельность; ГВ – грунтовые воды; t – время.
Функциональная зависимость между почвой и факторами почвообразования настолько сложна, что решение вышеприведенной формулы пока не представляется возможным. Однако В.В. Докучаев указывал, что затруднения эти временные и есть все основания ожидать, что сложные зависимости между почвой и факторами, ее образующими, будут найдены. В настоящее время основанием для такого заключения являются, во-первых, нарастающие темпы получения количественных (цифровых) данных о в различных условиях и, во-вторых, широкая компьютеризация и использование математических методов изучения массовых цифровых данных.
Почвообразующие породы
Почвообразующие породы . Горные породы, на которых формируются , называют почвообразующими или материнскими. Самыми распространенными являются рыхлые осадочные породы. Имеют плейстоценовый (четвертичный) возраст. Покрывают 90 % территории внетропической части северного полушария. Осадочные породы отличаются рыхлым сложением, пористостью, водопроницаемостью и другими благоприятными для почвообразования свойствами. Мощность их может достигать больше сотни метров.Встречаются следующие генетические типы осадочных пород: элювиальные, делювиальные, аллювиальные, моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые, эоловые и др.
Материнская порода является материальной основой, субстратом, на котором формируется почва. Почва в значительной мере наследует от исходной породы ее гранулометрический, минералогический, химический состав и свойства. Однако почвообразующая порода не есть скелет почвы, инертный к развивающимся в ней процессам. Она состоит из разнообразных минеральных компонентов, различным образом участвующих в процессе почвообразования. Среди них имеются частицы, практически инертные к химическим процессам, но играющие важную роль в образовании физических свойств почвы. Другие составные части почвообразующих пород легко разрушаются и обогащают почву определенными химическими элементами, таким образом, состав и строение почвообразующих пород оказывает чрезвычайно сильное влияние на процесс почвообразования.
Так, например, в условиях хвойно-лиственных (смешанных) лесов обычно формируются почвы. Однако, когда в пределах лесной зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов кальция, то образуются почвы, резко отличающиеся от дерново-подзолистых. Но в ландшафтах, где расположены лёссовидные отложения, содержащие повышенное количество карбонатов кальция, формируются своеобразные дерново-карбонатные почвы, резко отличающиеся внешним видом и свойствами от . Таким образом, существенное значение имеет карбонатность породы, на которых могут образовываться почвы с хорошими физико-химическими свойствами. Лучшими почвообразующими породами являются лессы и лессовидные суглинки, а также карбонатные породы – на них образуются относительно плодородные почвы.
Рельеф принадлежит к числу важнейших факторов почвообразования. Влияет на почвообразование главным образом косвенно, перераспределяя воду, тепло и твердые частицы почвы. Влияние рельефа сказывается главным образом на перераспределении тепла и воды, которые поступают на поверхность суши. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенное изменение температурных условий, сравнительно незначительное изменение высоты сказывается на перераспределении атмосферных осадков, экспозиция склона имеет большое значение для перераспределения солнечной энергии, определяет степень воздействия на почву грунтовых вод.
Роль и значение макро-, мезо- и микрорельефа заметно отличается. С формами макрорельефа (равнины, горы, низины) может быть связано изменение количества осадков по мере распространения воздушных масс, приносящих их. Это создает условия для постепенной смены типов растительности, а значит, и почв. В горах при изменении высоты местности изменяется температура воздуха, характер увлажнения, что и обусловливает вертикальную зональность климата, растительности и почв.
Элементы мезорельефа (холмы, гряды, водоразделы, овраги) перераспределяют солнечную энергию и атмосферные осадки на ограниченной территории. На равнинных участках рельефа почти все атмосферные осадки воспринимаются почвой; склоны из-за стока теряют воду, а в понижениях она может излишне накапливаться, вызывая заболачивание.
Существенно различие в инсоляции южных и северных склонов – до 10°С, что отражается на водном режиме и характере растительности.
Отрицательные и положительные элементы рельефа, рядом находящиеся, имеют, как правило, разный водно-воздушный и пищевой режим, неодинаковую реакцию (рН).
Поверхностный и внутренний сток вызывает направленную миграцию твердых частиц (растворенных веществ) – устанавливается обмен веществ между формами мезо- и микрорельефа. В итоге мощность гумусового горизонта на склоне может в 2–3 раза меньше, чем в понижении. Сильный сток воды с крутых склонов вызывает , создает тяжелые условия для поселения растений.
Формы микрорельефа (мелкие западины, кочки, пригорки) содействуют возникновению отличий в среде обитания растений, формированию микроструктуры растительного покрова и большого разнообразия почвенных сочетаний и комплексов.
В зависимости от положения в рельефе и степени увлажнения различают автоморфные (почвы водоразделов, склонов), полугидроморфные (заболачиваемые) и гидроморфные почвы. Последние две группы (ряды) почв находятся в сопряженной зависимости от автоморфных почв, то есть почвы понижений испытывают воздействие поверхностных и грунтовых вод, обогащенных химическими элементами и соединениями, извлеченными из почв выше расположенных участков. Геохимическая зависимость полу- и гидроморфных почв от автоморфных называется геохимическим сопряжением .
Геохимическая связь в условиях мезорельефа имеет одностороннюю направленность.
В условиях микрорельефа эта связь имеет двухстороннюю направленность – химические элементы, мигрирующие с поверхностным стоком в микрозападины, обогащает их. Но иссушение микроповышений вызывает капиллярное подтягивание почвенных вод из понижений – некоторая часть элементов тоже подтягивается.
Климат . Большое влияние на развитие почвообразовательных процессов оказывает климат. С ним связано обеспечение почвы энергией (теплом) и водой. Именно они определяют гидротермический режим почвы.
От годового количества поступающего тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения зависит развитие почвообразовательного процесса. Водный и тепловой режимы почвы непосредственно влияют на развитие и разнообразие организмов, величину их биомассы, на скорость и характер разложения органических веществ, на образование гумуса, разрушение минеральной части почвы. Так, в условиях сухого горячего климата большого количества гумуса в почве не накапливается – образуется небольшое количество опада, органическое вещество его быстро минерализуется. В засушливых районах в период отсутствия осадков наблюдается замедление биологических и физико-химических процессов. Иная картина наблюдается в условиях холодного, бореального климата – здесь идет замедленное разложение опада и может образовываться даже торф. Наличие морозного периода обусловливает промерзание почвы, прекращение биологических и резкую подавленность физико-химических процессов.
Гидротермический режим также обусловливает скорость и направленность процессов перемещения водорастворимых солей по профилю. Так, в условиях умеренно холодного влажного климата происходит значительный вынос органических и минеральных соединений в нижнюю часть почвенного профиля или в грунтовые воды. По-иному идут процессы перемещения солей в условиях горячего сухого климата – вода поднимается по капиллярам с нижних слоев, что может вызвать засоление почвы.
Движение воздушных масс (ветер) влияет на газообмен почвы и захватывает мелкие частицы почвы в виде пыли. Ветер вызывает процесс физического выветривания горных пород. Выдувает с поверхности почвы глинистые и пылеватые частицы, опесчанивает ее, обусловливает эрозию. Ветер может содействовать также засолению почв, занося соли с поверхности соленых водных бассейнов.
Климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, воздействуя на биологические процессы (распределение высших растений, интенсивность микробиологической деятельности).
Климатические условия земного шара закономерно изменяются от экватора к полюсам, а в горных странах – от подножия к вершине. В этом же направлении закономерное изменение испытывает состав растительности и животных. Взаимосвязанные изменения столь важных факторов почвообразования влияют на распространение основных типов почв. Следует подчеркнуть, что влияние элементов климата, так же как и всех других факторов почвообразования, проявляется лишь во взаимодействии с другими факторами. Так, например, в условиях высокогорной альпийской зоны количество осадков примерно такое же, как в условиях таежной зоны, однако одинаковое количество осадков в первом и во втором случаях не обусловливает одинаковый тип почв: в альпийской зоне развиты горно-луговые, а в таежной – подзолистые почвы, благодаря существенному различию многих факторов почвообразования.
Воды . Формирование почв происходит под влиянием поверхностных и грунтовых вод. Их роль сводится главным образом к перемещению взмученных веществ, растворенных соединений под влиянием гравитационных и капиллярных сил, гидролизу почвенных минералов; при застое воды развиваются глеевый и процессы.
Определенное влияние на почвообразование оказывают почвенно-грунтовые воды . Вода является средой, в которой протекают многочисленные химические и биологические процессы в почве. Для большей части почв на междуречных пространствах основным источником воды служат атмосферные осадки. Однако там, где грунтовые воды расположены неглубоко, они оказывают сильное воздействие на почвообразование. Под их влиянием меняется водный и воздушный режимы почв. Грунтовые воды обогащают почвы химическими соединениями, которые в них содержатся, в отдельных случаях вызывают засоление. В переувлажненных почвах содержится недостаточное количество кислорода, что обусловливает подавление деятельности некоторых групп микроорганизмов. В результате воздействия грунтовых вод формируются особые почвы.
Биологический фактор . Является ведущим в процессе почвообразования. Его развитие стало возможно только после возникновения жизни. Без жизни не было бы почвы. Почвообразование на Земле началось только после появления жизни. Любая горная порода, как бы глубоко разложена и выветрена она ни была, еще не будет почвой. Только длительное взаимодействие материнских пород с растительными и животными организмами в определенных климатических условиях создает специфические качества, отличающие почву от горных пород.
В почвообразовании участвуют следующие группы организмов: микроорганизмы, зеленые растения и животные . Действуя совокупно, они образуют сложные биоценозы. Вместе с тем каждая из этих групп выполняет специфические функции.
Благодаря деятельности микроорганизмов
происходит разложение органических остатков и синтез содержащихся в них элементов в соединения, поглощаемые растениями. К микроорганизмам относятся бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли и простейшие. Их количество в 1 г почвы колеблется от миллионов до миллиардов особей. Масса микроорганизмов составляет от 3 до 8 т/га, или около 1–2 т/га сухого вещества. Особенно много микроорганизмов в верхних горизонтах почвы, в прикорневой зоне. Микроорганизмы – пионеры почвообразования, они первыми поселяются на материальной породе.
Бактерии
– самая распространенная группа микроорганизмов в почве. Осуществляют разнообразные процессы преобразования органических и минеральных соединений. Благодаря их деятельности осуществляется грандиозный процесс переработки колоссального количества мертвого органического вещества, которое ежегодно поступает в почву. При этом происходит высвобождение химических элементов, которые были прочно связаны с органическим веществом.
Большое значение имеет деятельность гетеротрофов, которые обусловливают процесс аммонификации – разложение органического вещества с образованием аммонийных форм азота. Полезной является и нитрификация – деятельность автотрофных аэробных бактерий, окисляющих аммонийный азот сначала до азотистой, а потом до азотной кислоты. В результате этого растения получают такой необходимый им элемент питания, как азот. За один год деятельности нитрифицирующих бактерий может образоваться до 300 кг солей азотной кислоты на 1 га почвы.
Вместе с тем в почве с недостатком кислорода может происходить денитрификация – восстановление нитратов почвы до молекулярного азота, что ведет к потере его почвой.
Определенные группы бактерий способны поглощать молекулярный азот воздуха и переводить его в белковую форму. Этой способностью владеют свободноживущие в почве и клубеньковые бактерии, которые живут в симбиозе с бобовыми растениями. После смерти азотфиксирующих бактерий почва обогащается биологическим азотом – до 200 кг/га.
С помощью бактерий осуществляются процессы окисления различных веществ. Так, серобактерии окисляют сероводород до серной кислоты – в результате в почве за год накапливается до 200 кг/га сульфатов.
Большая группа железобактерий для поглощения углерода использует энергию окисления закисного железа.
Актиномицеты , или лучистые грибы, разлагают клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы, участвуют в образовании гумуса.
Грибы . Содержание их измеряется десятками тысяч экземпляров в одном грамме почвы. Наиболее распространены плесневые грибы, а в лесных почвах – гриб-мукор. Грибы разлагают лигнин, клетчатку, белки, дубильные вещества. При этом образуются органические кислоты, способные преобразовать почвенные минералы. Часто грибы вступают в симбиоз с зелеными растениями, образуя при этом на корнях микоризу, улучшающую азотное питание растений.
Водоросли развиваются на поверхности почвы. Максимальное количество их наблюдается во влажные периоды. В лесных почвах преобладают диатомовые, сине-зеленые водоросли. Они обогащают почву органическим веществом, активно участвуют в выветривании горных пород.
Лишайники – сложное симбиотическое образование гриба и водоросли. Встречаются повсюду – на почве, на деревьях, голых скалах. Разрушают породы, воздействуя на них механически и химически. Органические остатки лишайников и минеральные зерна горной породы являются по существу примитивной почвой для поселения на ней высших организмов.
Высшие растения . Зеленым растениям принадлежит главная роль в почвообразовании. На суше ежегодно образуется 15 1010 т биомассы, синтезируемой зелеными растениями за счет фотосинтеза.
Биомасса – общее количество живого органического вещества растительного сообщества. Наибольшая биоомасса в лесных сообществах – 1–4 тыс. ц/га. Травянистые сообщества образуют меньшую биомассу. Луговые степи – 250 ц/га, сухие степи – 100 ц/га, пустыни – 43 ц/га. Часть биомассы в виде корневых остатков и наземного опада возвращается в почву. Ежегодно поступает в почву (опад, корни): таежный лес – 4–6 т/га, луговые степи – около 14 т/га, агрофитоценоз – 3–8 т/га. Растения в процессе своей жизнедеятельности синтезируют органическое вещество и определенным образом распределяют его в почве в виде корневой массы, а после отмирания надземной части – в виде растительного опада. Составные части опада после минерализации поступают в почву, способствуя накоплению перегноя и приобретению характерной темной окраски верхнего горизонта почвы. Кроме того, растения аккумулируют отдельные химические элементы, в небольшом количестве содержащиеся в почвообразующих породах, но необходимые для нормальной жизнедеятельности растений. После отмирания растений и разложения их остатков эти химические элементы остаются в почве, постепенно ее обогащая.
Вторая важная функция зеленых растений – концентрация зольных элементов и азота. До 95 % массы сухого вещества растений приходится на углерод, кислород, водород и азот. Кроме того, в растениях накапливаются так называемые зольные элементы (около 5 %) – кальций, магний, калий, натрий, сера, хлор и др. – около 70 химических элементов. Многие химические элементы накапливаются в почве (в составе органических веществ) за счет биогенной аккумуляции. Установлено, что бобовые растения в своем составе больше накапливают кальция, магния, азота; злаки – фосфора, кремнезема, т.е. имеет место избирательность в поглощении химических элементов.
Лесной опад хвойных пород, разлагаясь, образует много фульвокислот, что способствует развитию подзолистого процесса почвообразования. Под луговой травянистой растительностью развивается процесс почвообразования. Мхи выделяются высокой влагоемкостью и поэтому способствуют заболачиванию почв.
Высшие растения и микроорганизмы образуют определенные комплексы, под воздействием которых формируются различные типы почв. Каждой растительной формации соответствует определенный тип почв. Например, под растительной формацией хвойных лесов никогда не сформируется , который образуется под воздействием лугово-степной травянистой формации.
Животные организмы (насекомые, дождевые черви, мелкие позвоночные и др.), обитающие в почве, также участвуют в почвообразовании. Их в почве огромное количество. Их основная роль – преобразование органического вещества почвы. Важна и роющая деятельность почвенных животных.
Зоомасса на Земле меньше фитомассы и составляет несколько миллиардов тонн. Наибольшую зоомассу имеют широколиственные леса– 600–2000 кг/га, в тундре – 90 кг/га.
Дождевые черви – наиболее распространенная группа почвенных животных – на одном гектаре их тысячи – миллионы особей. Они составляют 90 % зоомассы в таежных и лиственных лесах. За год перерабатывают на 1 га 50–380 т почвы. При этом улучшается , ее пористость, физические свойства. Ч. Дарвин установил, что в условиях Англии на каждом гектаре черви ежегодно пропускают через свой организм 20–26 т почвы. Ч. Дарвин считал, что почва есть результат деятельности животных, и даже рекомендовал ее именовать животным слоем .
Почвенные насекомые разрыхляют почву, перерабатывают растительные остатки, обогащают почву растительным веществом, элементами минерального питания.
Землерои (суслики, кроты, мыши и др.) перерывают почву, создают в почве норы, перемешивают почву, тем самым способствуют лучшей аэрации и быстрейшему развитию почвообразовательного процесса, а также обогащают органическую массу почвы продуктами своей жизнедеятельности, изменяют ее состав.
Совершенно особый фактор почвообразования – время . Все процессы, протекающие в почве, совершаются во времени. Чтобы сказалось влияние внешних условий, чтобы в соответствии с факторами почвообразования сформировалась почва, требуется определенное время. Так как географические условия не остаются постоянными, а меняются, то происходит эволюция почв во времени. Возраст почвы – продолжительность существования почвы во времени. Почвообразовательный процесс, как и всякий другой, протекает во времени. Каждый новый цикл почвообразования (сезонный, годовой, многолетний) вносит определенные изменения в преобразование минеральных и органических веществ в почве. Степень накопления веществ в почве или их вымывания может определяться продолжительностью этих процессов, Поэтому фактор времени («возраст страны», по В.В. Докучаеву) имеет определенное значение в формировании и развитии почв.
Исследованиями установлена продолжительность протекания отдельных процессов почвообразования. Так, определенный уровень накопления, гумуса в почве устанавливается из 100–600 лет. На молодых горных моренах, отложениях спущенных озер достаточно сформированная почва образуется за 100–300 лет.
Различают понятие абсолютного и относительного возраста почв. Абсолютный возраст – это время, которое прошло с начала формирования почвы до современной стадии ее развития. Он может колебаться от нескольких тысяч до миллиона лет.
Почвообразовательный процесс начался раньше на тех территориях, которые быстрее освободились от водного и ледникового покрова. Так, на территории Беларуси молодыми являются почвы ее северной части (в границах последнего валдайского (поозерского) оледенения) - их возраст около 10–12 тыс. лет; почвы южных территорий республики имеют более зрелый возраст. Вместе с тем в границах одной и той же территории, одного абсолютного возраста почвообразовательный процесс может идти с различной скоростью. Это обусловлено территориальной неоднородностью почвообразующей породы, рельефа и др. В итоге образуются почвы с разной степенью развитости почвенного профиля – их относительный возраст будет неодинаковым.
Для определения абсолютного возраста почв и органического вещества используют радиоактивный изотоп 14С и его соотношение с 12С. Период полураспада 14С составляет 5600 лет. Изотоп 12С стабильный. Зная радиоуглеродную активность гумуса, можно определить его возраст в пределах до 40–50 тыс. лет.
Хозяйственная деятельность человека – мощный фактор воздействия на почву, особенно в условиях возрастающей интенсификации сельского хозяйства. От всех остальных факторов резко отличается по своему влиянию на почву. Если влияние природных факторов на почву проявляется стихийно, то человек в процессе своей хозяйственной деятельности действует на почву направленно, изменяет ее в соответствии со своими потребностями. С развитием науки и техники, с развитием общественных отношений использование почвы и ее преобразование усиливаются.
Человек и его вооруженность мощными средствами воздействия на окружающую среду, в том числе и на почву (удобрения, машины, осушение, орошение, химизация и др.) существенно изменяют природные экологические системы.
Мелиорация земель, вырубка или посадка леса, создание искусственных водоемов – все это соответствующим образом воздействует на водный режим территории, а значит, и почв.
Внесение минеральных и органических удобрений, известкование кислых почв, торфование песчаных и пескование глинистых почв изменяет химический состав почв, их свойства. Механическая обработка почвы вызывает смену комплекса физических, химических и биологических свойств почвы.
Систематическое применение мероприятий по повышению почвы ведет к их окультуриванию.
Однако неправильная реализация тех или иных мероприятий, нерациональное использование почв может вызвать существенное их ухудшение – привести к заболачиванию, развитию эрозии, загрязнению почвенной среды, резкому ухудшению химических и физических свойств. Поэтому воздействие человека на почву должно быть научно обосновано; направленно на повышение ее плодородия, на формирование устойчивых высокопродуктивных агроэкосистем.
На протяжении последних десятилетий было установлено, что взаимодействие факторов почвообразования приводит в движение огромные массы вещества. В результате взаимодействия горных пород и живых организмов происходит закономерное перераспределение химических элементов, своеобразный обмен вещества. То же самое имеет место в системах живые организмы – атмосфера, горные породы – выпавшая атмосферная вода и т.п. В почве эти процессы миграции протекают особенно напряженно, так как в них участвуют одновременно все факторы почвообразования. Первоначально полагали, что движение химических элементов осуществляется в виде более или менее замкнутых кругооборотов. В дальнейшем выяснилось, что движение вещества в почве многообразно, но основное значение имеют незамкнутые циклы миграции. Процессы миграции, протекающие при почвообразовании, в свою очередь, входят в общепланетарные циклы, охватывающие всю биосферу.
Следовательно, можно заключить, что почва – это особое природное образование, где процессы цикличной миграции химических элементов на поверхности суши, обмена веществ между компонентами ландшафта достигают наивысшего напряжения. Одновременно с энергичным перераспределением вещества в почве активно трансформируется и аккумулируется солнечная энергия .
На развитие почвообразовательного процесса самое непосредственное влияние оказывают те природные условия, в которых он протекает, от того или иного их сочетания зависят его особенности и то направление, в котором этот процесс будет развиваться.
Важнейшими из этих природных условий, называемых факторами почвообразования, являются следующие: материнские (почвообразующие) породы, растительность, животный мир и микроорганизмы, климат, рельеф местности и возраст почв. К этим пяти основным факторам почвообразования (которые назвал еще Докучаев) сейчас добавляют действие вод (почвенных и грунтовых) и деятельность человека. Ведущее значение всегда имеет биологический фактор, остальные же факторы представляют собой лишь фон, на котором происходит развитие почв в природе, однако они оказывают большое влияние на характер и направление почвообразовательного процесса.
Почвообразующие породы.
Все существующие почвы на Земле произошли из горных пород, поэтому очевидно, что в процессе почвообразования они принимают самое непосредственное участие. Наибольшее значение имеет химический состав горной породы, поскольку минеральная часть любой почвы содержит в себе, в основном, те элементы, которые входили в состав материнской породы. Большое значение имеют и физические свойства материнской породы, поскольку такие факторы как гранулометрический состав породы, ее плотность, пористость, теплопроводность самым непосредственным образом оказывают влияние не только на интенсивность, но и на характер протекающих почвообразовательных процессов.
Климат. почвообразование антропогенный фактор почва
Климат играет огромную роль в процессах почвообразования, его влияние очень многообразно. Основными метеорологическими элементами, определяющими характер и особенности климатических условий, являются температура и осадки. Годовое количество поступающего тепла и влаги, особенности их суточного и сезонного распределения обуславливают совершенно определенные процессы почвообразования. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы. Движение воздушных масс (ветер) влияет на газообмен почвы и захватывает мелкие частички почвы в виде пыли. Но климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, поскольку существование той или иной растительности, обитание тех или иных животных, а также интенсивность микробиологической деятельности обусловлена именно климатическими условиями.
Растительность, животные и микроорганизмы.
Растительность.
Значение растительности в почвообразовании чрезвычайно велико и многообразно. Пронизывая корнями верхний слой почвообразующей породы, растения извлекают из ее нижних горизонтов питательные вещества и закрепляют их в синтезированном органическом веществе. После минерализации отмерших частей растений заключенные в них зольные элементы отлагаются в верхнем горизонте почвообразующей породы, создавая этим благоприятные условия для питания следующих поколений растений. Так, в результате постоянного создания и разрушения органического вещества в верхних горизонтах почвы, приобретается наиболее важное для нее свойство - накопление, или концентрация элементов зольной и азотной пищи для растений. Это явление называется биологической поглотительной способностью почвы.
Вследствие разложения растительных остатков в почве накапливается перегной, имеющий огромное значение в плодородии почвы. Растительные остатки в почве являются необходимым питательным субстратом и важнейшим условием развития многих почвенных микроорганизмов.
В процессе распада органического вещества почвы выделяются кислоты, которые, воздействуя на материнскую горную породу, усиливают ее выветривание.
Сами растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют своими корнями различные слабые кислоты, под влиянием которых труднорастворимые минеральные соединения частично переходят в растворимую, а, следовательно, в усвояемую растениями форму.
Кроме того, растительный покров существенно изменяет микроклиматические условия. Например, в лесу, по сравнению с безлесными территориями, понижена летняя температура, увеличена влажность воздуха и почв, уменьшена сила ветра и испарение воды над почвой, накапливается больше снега, талых и дождевых вод - все это неизбежно отражается на почвообразовательном процессе.
Микроорганизмы.
Благодаря деятельности населяющих почву микроорганизмов происходит разложение органических остатков и синтез содержащихся в них элементов в соединения, поглощаемые растениями.
Высшие растения и микроорганизмы образуют определенные комплексы, под воздействием которых формируются различные типы почв. Каждой растительной формации соответствует определенный тип почв. Например, под растительной формацией хвойных лесов никогда не сформируется чернозем, который образуется под воздействием лугово-степной растительной формацией.
Животный мир.
Важное значение для почвообразования имеют животные организмы, которых в почве очень много. Наибольшее значение имеют беспозвоночные животные, живущие в верхних почвенных горизонтах и в растительных остатках на поверхности. В процессе своей жизнедеятельности они значительно ускоряют разложение органических веществ и часто производят весьма глубокие изменения в химических и физических свойствах почвы. Большую роль играют и норные животные, такие как кроты, мыши, суслики, сурки, и пр. Многократно перерывая почву они способствуют смешиванию органических веществ с минеральными, а также повышению водо- и воздухопроницаемости почвы, что усиливает и ускоряет процессы разложения в почве органических остатков. Также они обогащают почвенную массу продуктами своей жизнедеятельности.
Растительность служит пищей для различных травоядных животных, поэтому, прежде чем попасть в почву, значительная часть органических остатков подвергается существенной переработке в пищеварительных органах животных.
Рельеф.
Рельеф оказывает косвенное влияние на формирование почвенного покрова. Его роль сводится, в основном, к перераспределению тепла и увлажнения. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенные изменения температурных условий (с высотой становится холоднее). С этим связано явление вертикальной зональности в горах. Сравнительно небольшие изменения высоты сказываются на перераспределении атмосферных осадков: пониженные участки, котловины и западины всегда в большей мере увлажняются, чем склоны и повышения. Экспозиция склона определяет количество поступающей на поверхность солнечной энергии: южные склоны получают больше света и тепла, чем северные. Таким образом, особенности рельефа изменяют характер воздействия климата на процесс почвообразования. Очевидно, что в различных микроклиматических условиях процессы почвообразования будут идти по-разному. Большое значение в формировании почвенного покрова имеет и систематический смыв и перераспределение атмосферными осадками и талыми водами мелкоземельных частичек по элементам рельефа. Велико значение рельефа в условиях обильного выпадения осадков: участки лишенные естественного стока излишней влаги, очень часто подвергаются заболачиванию.
Выделял пять факторов почвообразования: материнская (почвообразующая) порода; климат; растения; животные организмы; рельеф и время. В настоящее время они пополнились еще двумя: водами (почвенными и грунтовыми) и хозяйственной деятельностью человека.
Почвообразующие породы (или материнские) – это горные породы, из которых почвы формируются. Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические и физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса придавая определённую специфику каждому виду почв.
Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу, строению и свойствам. Они делятся на магматические, метаморфические и осадочные горных пород.
Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы. Так, карбонатность пород в таежно-лесной зоне создает благоприятную реакцию среды, способствует формированию гумусового горизонта, его оструктуренности. На кислых породах эти процессы идут значительно медленнее. Повышенное содержание водорастворимых солей приводит к образованию засоленных почв. В зависимости от механического состава, характера сложения породы различаются по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы.
Значение рельефа в формировании почв и развитии почвенного покрова велико и разнообразно. Рельеф выступает как главный фактор перераспределения солнечной радиации и осадков в зависимости от экспозиции и крутизны склонов и оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы почв.
Так, в горах возникает вертикальная зональность климата, растительности и почв вследствие понижения температуры воздуха с высотой и изменения в увлажнении. Воздушные массы, приближаясь к горам, медленно поднимаются, и постепенно охлаждаются, что способствует достижению точки росы и выпадению осадков. Перевалив через горы, те же воздушные массы, опускаясь, нагреваются и становятся сухими. Различия в увлажнении вызывают изменения питательного, окислительно-восстановительного и солевого режимов.
Глава 2. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ. ОБЩАЯ СХЕМА ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
§1. Понятие о факторах почвообразования
Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты природной среды, под воздействием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности. Впервые эту тесную причинную взаимосвязь между природными условиями, характером почвообразования и свойствами почвы установил В.В.Докучаев. Он же и выявил основные факторы почвообразования, которыми являются: почвообразующие породы, климат, рельеф, живые организмы, хозяйственная деятельность человека и время. Перечисленные факторы в их разнообразном сочетании создают великое множество типов почв, их комбинаций, неповторимую мозаику почвенного покрова. В.В.Докучаев отмечал, что все агенты-почвообразователи равнозначны и принимают равноправное участие в образовании почвы, отсутствие одного из них исключает возможность почвообразовательного процесса. На определенных стадиях или в специфических условиях развития почвы в качестве определяющего может выступать какой-либо один из факторов.
Почвообразующие породы. Значение почвообразующей, или материнской, породы как фактора почвообразования заключается в том, что она является тем исходным материалом, из которого формируются почвы, и той средой, где проявляется деятельность живых организмов. Однако почвообразующая порода не есть инертный скелет почвы. Она принимает прямое участие в развивающихся на ней процессах, обусловливая гранулометрический, минералогический и химический состав почв и влияя тем самым на физические, физико-химические, водно-воздушные свойства, тепловой, питательный и водный режимы почвы. Все эти свойства непосредственно влияют на скорость, направленность и характер почвообразовательных процессов: минерализацию и гумификацию растительных остатков, скорость накопления и передвижения веществ в почвенной толще, а также на формирование и уровень почвенного плодородия.
В одних и тех же природных условиях, но на различных почвообразующих породах могут формироваться совершенно разные почвы. Так, например, в таежно-лесной зоне на алюмосиликатной морене формируются малоплодородные, подзолистые почвы, а на карбонатной морене – плодородные почвы с высоким содержанием гумуса, агрономически ценной структурой и благоприятной нейтральной реакцией. В этой же зоне на флювиогляциальных песках формируются бедные и сухие песчаные почвы, а на аллювии – пойменные дерновые, плодородные почвы.
По происхождению горные породы подразделяются на три группы:
1) магматические, образующиеся при внедрении в земную кору или извержении на поверхность магмы (основные – базальт, габбро; кислые – гранит; ультраосновные – перидонит, дунит);
2) осадочные горные породы, образующиеся путем механического или химического осаждения продуктов разрушения магматических и метаморфических пород, а также жизнедеятельности организмов;
3) метаморфические породы, образующиеся из ранее существовавших пород под воздействием факторов метаморфизма (высоких температур, давления, действия газов). Наиболее распространены сланцы, филлиты, гнейсы, кварциты, мраморы.
На большей части Земли почвы сформировались на осадочных породах. Они покрывают около 75 %поверхности континентов. По генетическим признакам среди осадочных горных пород выделяют: обломочные, или механические, химические и органогенные.
Механические, или обломочные, отложения образовались при механическом измельчении (дроблении) различных горных пород под влиянием термического выветривания, а также разрушения их ледниками и снеговыми водами.
Элювий – продукты выветривания, остающиеся на месте их образования. Этот материал состоит из обломков разного размера. В условиях горного рельефа элювий встречается на повышениях. Почвы, образующиеся на элювиальных отложениях, характеризуются низким плодородием, малой мощностью, а также щебнистостью и каменистостью.
Делювий – это рыхлые продукты выветривания, переносимые временными незначительными водными потоками, стекающими вниз по склонам во время дождей и весеннего снеготаяния. Этот мелкозёмистый материал откладывается у основания и в нижней части склонов. На делювиальных отложениях формируются почвы довольно высокого плодородия.
Аллювий – отложения речных постоянных водных потоков. Эти отложения формируются в долинах рек во время паводков, характеризуются слоистостью и сортированностью. Могут быть разные по содержанию частиц – песчаные в околоречной части поймы и илистые в притеррасной части.
Озерные отложения – сапропель, озерные илы, мергель. Для них характерны глинистый, реже тонкопесчаный состав со значительным количеством ила, карбонатов или легкорастворимых солей. Формируются довольно плодородные почвы.
Болотные отложения состоят из торфа и болотногo ила.
Морские отложения встречаются в Прикаспийской низменности, на побережье северных морей. Эти породы сортированы, разного гранулометрического состава, слоисты и содержат соли. На морских отложениях образуются засоленные почвы.
Эоловые отложения образуются при переносе и отложении песчаного материала ветром. Песчаные наносы занимают большие территории в пустынях. Образуют такие формы рельефа, как дюны, барханы, бугры.
На обширных равнинах в основном распространены отложения четвертичного периода – ледниковые отложения , продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Они преобладают и в составе почвообразующих пород Беларуси и делятся на моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые. Для морены характерны несортированность, неоднородный механический состав, завалуненность, обогащенность первичными минералами, красно-бурая, желто-бурая окраски. Водно-ледниковые отложения связаны с перемещением и переотложением моренного материала ледниковыми потоками за краем ледника. Характеризуются сортированностью, ровным рельефом, безвалунностью, бедны по химическому составу, преимущественно песчаные. Озерно-ледниковые являются отложениями мелководных приледниковых озер. Характерно большое содержание пылеватых фракций, безвалунность, богатство химического состава, суглинки и супеси по механическому составу, часто карбонатные, уплотненные, склонны к заболачиванию.
Лёссовидные суглинки и лёсс имеют различный генезис. Для них характерны палевая или буровато-палевая окраски, карбонатность, рыхлое сложение, они богаты по химическому составу, чаще легкие суглинки, склонны к размыванию и образованию оврагов.
Химические осадочные породы возникают путем отложения вещества на дне водоемов из растворов в результате химических реакций или изменения температуры воды. Карбонатные породы образуются на дне морей частично при осаждении из воды углекислой кальциевой соли, поступающей вместе с речной водой. Большая же часть углекислого кальция, осевшего на морском дне, является продуктом деятельности некоторых организмов. Так, в меловом периоде мезозойской эры происходило накопление залежей мела за счет микроскопических раковинных амеб (фораминифер и др.).
Органогенные породы состоят из продуктов жизнедеятельности животных и растений, а также из их неразложившихся остатков (торф). Многие карбонатные породы (известняки коралловые, ракушечные и др.) образуются с участием организмов, в скелетной или защитной части которых содержится карбонат кальция.
При оценке почв все материнские породы делят (рис. 2) на засоленные и незасоленные . Засоленными породами являются отложения давно высохших морских бассейнов или озер, на них могут развиваться засоленные почвы (солончаки, солонцы). На карбонатных породах развиваются почвы с нейтральной реакцией среды, способствующей накоплению гумуса в почве (дерново-карбонатные и др.).
Наиболее ценные почвообразующие породы – лёссы, лёссовидные суглинки и другие карбонатные породы (ледниковые и озерные отложения), а также аллювиальные суглинки в поймах рек. К менее ценным относятся бескарбонатные покровные суглинки, а к самым бедным – кварцевые пески (эоловые отложения).
Исходя из особенностей материнской породы, П.С.Косович (1911) сделал два вывода:
1. На одних и тех же породах могут формироваться разные почвы, если другие факторы почвообразования отличаются между собой. На суглинистой породе под травянистой растительностью формируется дерновая почва, под лесом – дерново-подзолистая или иная лесная почва.
2. Одни и те же почвы могут формироваться на разных породах, если иные факторы почвообразования одинаковы. Под смешанным хвойно-лиственным лесом на песчаных, супесчаных, суглинистых породах образуются дерново-подзолистые почвы.
Однако возможны исключения: чем активнее идет процесс почвообразования, тем слабее влияет горная порода, но в случае, если химический состав и физические свойства породы выражены резко (карбонатная порода), она оказывает длительное влияние.
Климат – многолетний режим погоды той или иной местности. В различных природных условиях климат подчиняется закону зональности. Он зависит от географической широты, высоты над уровнем моря, форм рельефа и удаленности от морей и океанов. Сильнее всего на почвообразование влияют температура, атмосферные осадки, ветер и влажность воздуха. Эти элементы в сочетании с другими факторами почвообразования обусловливают определенную закономерность в распространении почвенного покрова.
С климатом связано обеспечение почвы энергией – теплом и в значительной мере водой. От величины годового количества поступающего тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения зависят активность биологических процессов и развитие почвообразовательного процесса.
Большое значение имеет характеристика климата по температурным показателям и условиям увлажнения. Выделяются следующие климатические группировки по показателям суммы температур выше 10 о С за вегетационный период: холодные полярные < 600 о, холодно-умеренные – 600 – 2000 о, тепло-умеренные – 2000 – 3800 о, теплые субтропические – 3800 – 8000 о, жаркие тропические > 8000 о . Эти группы климата располагаются в виде широтных поясов и называются почвенно-биотермическими поясами, которые характеризуется определенными типами растительности и почв. По условиям увлажнения выделяются климатические группировки: очень влажные – коэффициент увлажнения > 1,33, влажные гумидные – 1,00 – 1,33, полувлажные – 0 ,55 – 1 ,00, полусухие – 0,33 – 0,55, сухие аридные – 0,12 – 0,33, очень сухие – < 0,12. Коэффициент увлажнения (ГТК) – это отношение количества осадков к испаряемости. Обилие осадков способствует промыванию почвы и выносу в нижние горизонты легкорастворимых солей, в том числе и минеральных веществ, образующихся при разложении органических остатков. При засушливом климате эти соединения не только не выносятся, но, наоборот, способны накапливаться в верхних слоях почвы, приводя к её засолению.
Климат оказывает прямое и косвенное влияние на характер почвообразовательного процесса. Прямое влияние связано с непосредственным воздействием на почву осадков, нагревания и охлаждения. Косвенное влияние климата проявляется через воздействие на растительность и животный мир.
Таким образом, климат сильно влияет на тепловой, воздушный и другие режимы почв. От сочетания температурных условий и увлажнения зависят тип растительности и состав фитоценозов, скорость образования и трансформации органического вещества, скорость ферментативных реакций, метаболическая и функциональная активность микробиоты, растений и животных, процессы ветровой и водной эрозии.
Рельеф. Влияние рельефа на почвообразовательный процесс главным образом косвенное, через перераспределение тепла и воды, которые поступают на поверхность суши. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенное изменение температурных условий и изменения в увлажнении. Воздушные массы, поднимаясь в горы, охлаждаются, что вызывает выпадение осадков, а воздух, перевалив через горы, опять нагревается и становится сухим. С этим связано явление вертикальной зональности климата, растительности и почв в горах.
Рельеф влияет на перераспределение солнечной энергии и осадков в зависимости от экспозиции, крутизны и формы склонов. Склоны разной крутизны и формы перераспределяют влагу, регулируют соотношение стекающих, просачивающихся и накапливающихся осадков. С повышенных элементов рельефа вода стекает по склонам и накапливается в понижениях. На вогнутом склоне вода собирается в почве, с выпуклого – стекает. Склоны разной экспозиции получают неодинаковое количество солнечной энергии. Южные склоны всегда более теплые и сухие, чем северные. В лучших условиях находятся юго-восточные склоны, которые прогреваются солнцем при влажной почве. Самые большие отличия температур наблюдаются летом и могут достигать на разных склонах 5 – 7 о С. Максимальные температуры наблюдаются на юго-западных склонах, так как солнце нагревает уже высохшую почву. Наветренные склоны получают больше влаги, чем подветренные. Все это создает различия в увлажнении и влияет на характер водного, питательного и воздушного режимов. Эти факторы создают различные условия для роста растительности, к отличиям в синтезе и разложении органического вещества, превращении почвенных минералов, что приводит к образованию разных почв в разных условиях рельефа.
Рельеф влияет и на интенсивность эрозии. При промывном водном режиме склоновые формы рельефа являются условием для возникновения водной эрозии почв, в засушливом климате равнинные формы благоприятствуют возникновению ветровой эрозии.
Различают три группы формы рельефа: макрорельеф – равнины, горные системы, плато, определяющие общий облик и влияющие на климат большой территории, мезорельеф – средние формы рельефа на общем фоне макрорельефа: холмы, овраги, долины, склоны, под воздействием которых формируется местный климат и определяется структура почвенного покрова в пределах конкретного ландшафта, микрорельеф – формы рельефа с колебаниями высот около 1 м: бугорки, кочки, западины, блюдца, создающие пятнистость почвенного покрова.
Биологические факторы . Ведущая роль в почвообразовании и формировании плодородия почв принадлежит растениям, микроорганизмам и животным. Каждая из этих группировок выполняет свою роль, но только при их совместной деятельности материнская порода превращается в почву.
Роль растений в формировании почв многогранна. Во-первых, зеленые растения синтезируют органическое вещество. После завершения жизненного цикла растений часть биомассы в виде корневых остатков и наземного опада ежегодно возвращается в почву. В верхних горизонтах идут процессы трансформации органического вещества и накапливаются элементы питания, развивается почвенный профиль и формируется почвенное плодородие. Для каждой природной зоны характерны специфические сочетания травянистой, кустарниковой и древесной растительности, которые сильно различаются как по продуктивности, так и по соотношению и количеству химических элементов в растительном материале. Поэтому роли древесной и травянистой растительности в процессах почвообразования существенно отличаются.
В лесах общая биомасса наибольшая, однако ежегодный прирост, а следовательно, и опад в них значительно меньше, чем в луговых степях, где основным источником органического вещества является масса отмирающих корневых систем и в меньшей степени надземная масса. Опад древесной растительности попадает преимущественно на поверхность почвы, тогда как травянистой – в почву, что предотвращает его потери и обусловливает лучшее и более быстрое взаимодействие с минеральной частью почвы и микроорганизмами. Хвойный опад в силу своих химических особенностей (малая зольность в сочетании с небольшим количеством кальция, содержание большого количества трудноразлагаемых соединений типа лигнина, дубильных веществ, смол) очень медленно подвергается разложению, преимущественно грибной микрофлорой. Формируется грубый гумус фульватного типа. Опад травянистой растительности характеризуется более тонкой структурой, меньшей механической прочностью, высокой зольностью (10 – 12 %), богатством азотом и основаниями, быстро разлагается, в основном бактериями. Формируется «мягкий» насыщенный кальцием гумус преимущественно гуматного типа. Эти факторы являются причиной низкого плодородия лесных почв, тогда как биомасса, возвращающаяся в почву в луговых фитоценозах, формирует мощный гумусовый горизонт и плодородную почву.
Процесс почвообразования под хвойными лесами в условиях промывного водного режима чаще всего идет по типу подзолообразования . Формирующиеся почвы характеризуются высокой кислотностью, малой гумусностью, ненасыщенностью основаниями, низким содержанием питательных элементов, пониженной биологической активностью и низким уровнем плодородия (подзолистые, дерново-подзолистые). Почвообразовательный процесс, протекающий под влиянием травянистой растительности, называется дерновым. В результате такого процесса формируются почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием, с нейтральной или близкой к нейтральной реакцией среды, богатые питательными веществами, отличаются высоким естественным плодородием (черноземы, дерновые и различные луговые почвы). Под покровом смешанных и широколиственных лесов формируются серые лесные или бурые лесные почвы с менее кислой реакцией, чем у подзолистых почв, возрастает степень насыщенности основаниями, повышается содержание азота, увеличивается плодородие.
Благодаря корневым выделениям растения усиливают процесс разрушения и трансформации труднорастворимых минералов и способствуют образованию в почвенной толще легкоподвижных соединений. Все это есть результат прямого влияния растительности на почвообразовательный процесс. Косвенное влияние на почву проявляется в изменении теплового и водного режима.
Существенную роль в почвообразовании играет многочисленная и разнообразная почвенная фауна. Это простейшие (жгутиковые, инфузории, корненожки), беспозвоночные (членистоногие (клещи, ногохвостки и др.), дождевые черви), насекомые (жуки, муравьи и др.), позвоночные (грызуны). Они измельчают органические остатки, изменяют их химические и физические свойства, ускоряя их разложение. Животные, живущие в почве, проделывая различные ходы и, смешивая органические и минеральные вещества, повышают воздухо- и водопроницаемость почвы, формируют структуру почвы.
Совершенно своеобразную и исключительно важную роль в процессах почвообразования играют микроорганизмы, которые являются основными разрушителями мертвого органического вещества до простых конечных продуктов (вода, газы, минеральные соединения). Микроорганизмы участвуют в образовании солей из органоминеральных комплексов, в разрушении и новообразовании минералов, в передвижении и аккумуляции продуктов почвообразования. Микроорганизмы являются важным фактором биологического круговорота веществ, их метаболическая активность влияет на процессы трансформации органической массы, регулирует питательный и воздушный режим почвы, обусловливает развитие почвенного плодородия. По количеству, видовому составу микроорганизмов судят о биологической активности почв, запасах органического вещества, содержании питательных элементов, воздухо- и влагообеспеченности. Наибольшее количество их в черноземных почвах, наименьшее – в почвах тундры. Каждому типу почв свойственно свое специфическое профильное распределение микроорганизмов, основная масса сосредоточена в верхних гумусовых слоях в пределах 25 – 35 см. Биомасса грибов и бактерий в пахотном слое составляет 3 – 5 т/га, численность бактерий достигает 5 – 8 млрд. КОЕ/г почвы, актиномицетов – десятки миллионов в грамме почвы, длина грибных гиф – до 1000 м/га.
Различные группы микроорганизмов дифференцированно влияют на почвообразование. Бактерии – наиболее распространенная группа, осуществляющая разнообразные превращения органического вещества в почве, активно разлагая богатые белком остатки, и фиксацию газообразного азота. По потребности в свободном кислороде воздуха выделяются аэробные, анаэробные и факультативные, по способу питания – автотрофные и гетеротрофные бактерии. Автотрофные бактерии по способу получения энергии делятся на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие (нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии) . Гетеротрофные бактерии для питания используют готовое органическое вещество, под их влиянием происходят важнейшие процессы почвообразования – разложение органических остатков и биосинтез гумуса. Актиномицеты и грибы разлагают клетчатку, лигнин, воски, смолы, активно участвуют в образовании гумуса.
Водоросли – автотрофные фотосинтезирующие организмы, участвуют в процессах выветривания и первичном почвообразовательном процессе. Лишайники – симбиотические организмы, гифами внедряются в горные породы, в результате начинается более интенсивное биологическое выветривание и первичное почвообразование, образуются примитивные почвы.
Возраст. Поскольку природный процесс почвообразования совершается во времени, то возраст почв имеет большое значение в их эволюции. Само время не может изменить характер почвообразования, но эффект воздействия каждого фактора или их совокупности проявляется именно во временном аспекте. Таким образом, почва как природно-историческое тело имеет возраст. Различают абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютный возраст – это время, прошедшее от начала формирования почвы до стадии ее развития. Чем раньше территория освободилась от моря или ледника и, следовательно, чем раньше материнская порода этой местности стала подвергаться разрушению, тем больший возраст будут иметь почвы. И наоборот, молодыми будут почвы, где почвообразовательный процесс начался относительно позже. Наиболее древние – это почвы южных широт (Южной Америки, Юго-Восточной Азии – 2 – 30 млн. лет), более молодые – средних и северных широт (10 тыс. лет), самыми молодыми являются почвы на аллювиальных отложениях по берегам рек, на отмелях. Относительный возраст характеризует различия в скорости почвообразования почв одной территории с одинаковым абсолютным возрастом в зависимости от рельефа и характера материнских пород, от целенаправленного воздействия антропогенного фактора. Поэтому они могут быть на разных стадиях развития.
Производственная деятельность человека. Пути и способы воздействия на почву чрезвычайно разнообразны. Механическая обработка тяжелыми сельскохозяйственными машинами, внесение органических и минеральных удобрений, средств защиты растений, осушение и орошение, техногенные нарушения – все это приводит к изменению физических, химических, биологических и даже морфологических свойств, причем эти изменения происходят гораздо быстрее, чем в естественных условиях. Меняются водный, воздушный, пищевой режим обрабатываемых почв. В целом деятельность человека направлена на создание культурных высокоплодородных почв там, где их естественное плодородие невелико, и поддержание высокой продуктивности почв с высоким плодородием, которое исчерпаемо. Если же производственная деятельность осуществляется без учета условий развития и свойств почв, то возникают такие отрицательные последствия, как засоление, эрозия, заболачивание, загрязнение, дегумификация почв и т.д.
Все факторы почвообразования оказывают специфическое действие на почву и не могут быть заменены друг другом, т.е. они равнозначны. Каждый из них играет свою роль в процессах обмена материей и энергией между почвой и окружающей средой. Однако ведущим фактором в образовании почв следует всё же считать биологический. Кроме того, сама почва оказывает определенное влияние на факторы почвообразования, вызывая в них те или иные изменения.
§2. Геологический и биологический круговороты веществ
Образование и жизнь почвы неразрывно связаны с процессами круговорота веществ. До появления зеленых растений на планете происходили различные геологические процессы и существовал геологический круговорот веществ, который представляет собой совокупность процессов обмена веществом между сушей и морем и состоит из:
1) континентального выветривания горных пород, в результате чего образуются подвижные соединения; 2) переноса этих соединений с суши в моря и океаны; 3) отложения осадочных пород на дне океанов морей с их последующим преобразованием; 4) нового выхода морских осадочных и метаморфических пород на дневную поверхность.
Геологический круговорот идет миллионы и миллиарды лет, охватывает до нескольких километров литосферы. Движущей силой его является выветривание. Процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и составляющих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы называется выветриванием. На горную породу совместно воздействуют живые организмы, атмосферная вода, газы и температура. Все эти факторы оказывают на нее разрушающее действие одновременно. В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физическое, химическое и биологическое.
Физическое выветривание – это механическое разрушение горных пород на обломки различной величины без изменения химического состава образующих их минералов. Главный фактор физического выветривания - колебание суточных и сезонных температур, действие замерзающей воды, ветра. При нагревании происходит расширение минералов, входящих в горную породу. А поскольку различные минералы имеют разные коэффициенты объемного и линейного расширения, возникают местные давления, разрушающие породу. Этот процесс происходит в местах контакта различных минералов и пород. При чередовании нагревания и охлаждения между кристаллами образуются трещины. Проникая в мелкие трещины, вода создает такое капиллярное давление, при котором даже самые твердые породы разрушаются. При замерзании вода увеличивает эти трещины. В условиях жаркого климата в трещины попадает вода вместе с растворенными солями, кристаллы которых также разрушающе действуют на породу. Таким образом, в течение длительного времени образуется множество трещин, приводящих к ее полному механическому разрушению. Разрушенные породы приобретают способность пропускать и удерживать воду. В результате раздробления массивных пород сильно увеличивается общая поверхность, с которой соприкасаются вода и газы. А это обусловливает протекание химических процессов.
Химическое выветривание приводит к образованию новых соединений и минералов, отличающихся по химическому составу от минералов первичных. Факторы этого вида выветривания – вода с растворенными в ней солями и углекислым газом, а также кислород воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы: растворение, гидролиз, гидратацию, окисление. Растворяющее действие воды усиливается с повышением температуры. Если в воде содержится углекислый газ, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее. В результате выветривания магматических пород получаются остаточные образования, переотложенные осадки и растворимые соли.
До возникновения жизни на Земном шаре разрушение горных пород шло только двумя вышеназванными путями, но с появлением органической жизни возникли новые процессы выветривания – биологические.
Биологическое выветривание – это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан с почвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, и в ней накапливаются элементы питания для растений и органическое вещество.
В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, грибы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные животные. Многочисленные микроорганизмы, особенно хемосинтезирующие, разлагают горные породы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии – серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органические кислоты и углекислый газ, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в доступную растениям форму. Водоросли (диатомовые, сине-зеленые, зеленые и др.), мхи и лишайники также разрушают горные породы.
Зеленые растения выделяют органические кислоты и другие биогенные вещества, которые взаимодействуют с минеральной частью, образуя сложные органо-минеральные соединения. Корневые системы избирательно усваивают зольные элементы, а после отмирания растений происходит накопление в верхних почвенных горизонтах азота, фосфора, калия, кальция, серы и других биогенных элементов. Кроме того, корни растений, особенно древесных, проникая в глубь горных пород по трещинам, оказывают давление на породы и разрушают их механически. Таким образом, под влиянием физического, химического и биологического выветривания горные породы, разрушаясь, обогащаются мелкоземом, глинистыми и коллоидными частицами, приобретают влагоемкость, поглотительную способность, становятся водо- и воздухопроницаемыми; в них накапливаются элементы питания растений и органическое вещество. Это приводит к возникновению существенного свойства почвы – плодородия, которого не имеют горные породы.
На фоне большого геологического круговорота веществ идет малый биологический круговорот веществ, который представляет собой обмен веществом в системе «почва – растение». Особенностью этого круговорота является избирательность поглощения организмами веществ, цикличность, непродолжительность, охватывает метровые слои литосферы, движущей силой является почвообразование. Биологический круговорот веществ лежит в основе сельскохозяйственного производства.
Круговороты веществ между собой взаимосвязаны, биологический идет на фоне геологического, поэтому вещества могут попадать из одного круговорота в другой. Для поддержания почвенного плодородия необходимо создавать такие условия, при которых биологический круговорот получал бы наиболее полное выражение, а геологический – ограничивался в своем проявлении.
§3. Общая схема почвообразовательного процесса
Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще (А.А.Роде). Почвообразование начинается с момента поселения живых организмов на скальных породах или продуктах их выветривания. Любой почвообразовательный процесс, по А.А.Роде, слагается из совокупности элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП) первого и второго порядка. К ЭПП первого порядка, или общим почвообразовательным процессам, относятся:
1) синтез органического вещества ↔ разрушение и минерализация органического вещества;
2) синтез вторичных минералов и органоминеральных комплексов ↔ разрушение минеральных соединений;
3) биологическая аккумуляция элементов ↔ вымывание минеральных и органических соединений;
4) поступление в почву влаги ↔ расход влаги из почвы;
5) поступление на поверхность почвы лучистой энергии и нагревание ↔ излучение почвой энергии и охлаждение.
Первых три пары элементарных процессов обусловливают пищевой, четвертая пара – водный, пятая пара – тепловой режимы почвы. Почвообразовательный процесс качественно одинаков во всех почвах, но количественно (скоростью протекания) различается, т.е. в разных почвах процесс почвообразования различен, и даже в одной и той же почве на разной глубине он идет по-разному. Поэтому всякая почва представляет собой ряд последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов – слоев, на которые разделяется материнская порода в процессе почвообразования. Вся совокупная последовательность горизонтов называется почвенным профилем . Горизонты называются генетическими, поскольку связаны общностью происхождения.
ЭПП имеют свои особенности на разных этапах возникновения и развития почвы, что позволяет говорить о ряде стадий почвообразовательного процесса. Генезис любой почвы состоит из трех последовательных стадий:
1) начальное почвообразование (первичный почвообразовательный процесс). Он совпадает с поселением на горной породе первых живых организмов, характеризуется низкой активностью и объемом биологического круговорота, активными небиологическими ЭПП первого порядка (растворение, осаждение, гидратация, диффузия и др.), слабой связью этих процессов между собой, поэтому материнская порода на этой стадии не имеет ярко выраженных почвенных признаков, и профиль очень слабо разделяется на горизонты;
2) стадия развития почвы характеризуется увеличением активности и объема биологического круговорота через деятельность высших растений, накапливаются питательные вещества. Поэтому интенсивность и направление развития процессов почвообразования зависит здесь в первую очередь от характера растительности. На этой стадии преобладают ЭПП второго порядка, или частные почвообразовательные процессы (мезо- и макропроцессы). Под их влиянием формируются специфический вещественный состав почвы и ее физические свойства. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется (приходит к некоторому равновесному состоянию), формируется зрелая почва с характерным профилем и комплексом свойств. Стадия развития может продолжаться сотни, тысячи и более лет.
К основным частным почвообразовательным процессам относятся:
● дерновый – процесс интенсивного гумусообразования и аккумуляции биогенных элементов. Развивается под многолетней травянистой растительностью в условиях умеренно влажного климата, наиболее интенсивно при непромывном типе водного режима на карбонатных породах в степной зоне, где формируются обыкновенные черноземы. В лесостепи формируются типичные черноземы, в таежно-лесной зоне на заливных лугах речной поймы – дерновые пойменные, вне пойм на карбонатных породах – дерново-карбонатные, на бескарбонатных – дерново-подзолистые почвы;
● оподзоливание – процесс выноса из верхних горизонтов почвы продуктов разрушения первичных и вторичных минералов в нижележащие или грунтовые воды с относительным накоплением кремнезема. В чистом виде развивается под пологом хвойного леса с бедным травянистым покровом в условиях влажного климата при промывном типе водного режима на бескарбонатных породах и обусловливает образование подзолистых почв;
● лессиваж – связанный с оподзоливанием сложный процесс выноса илистых веществ без разрушения в виде суспензий из верхних горизонтов с их накоплением в нижних. Протекает под лиственными лесами;
● болотный – развивается под влиянием болотной растительности в условиях постоянного избыточного увлажнения с протеканием процесса торфообразования и оглеения. В условиях Беларуси в результате болотного процесса образуются болотно-подзолистые, торфяно-болотные, дерновые и дерново-подзолистые заболоченные, аллювиальные болотные. Процесс протекает в анаэробных условиях при обязательном участии грибов и бактерий;
● торфообразование – биохимический процесспреобразования и консервации органических остатков при их незначительной гумификации и минерализации, ведущий к образованию поверхностных горизонтов торфа различной степени мощности;
● оглеение – процесс биохимического восстановления соединений железа и марганца, сопровождающийся их переходом в подвижную форму при переувлажнении почв в анаэробных условиях при участии микроорганизмов. Почва приобретает голубоватый, сизый, зеленоватый оттенки и, если окраска характерна для всего горизонта, то такой горизонт называется глеевым, если окраска только пятнами – глееватым;
● латеритный – процесс накопления в почве соединений железа и алюминия и выщелачивания кремнезема в условиях влажного и теплого климата. На таких почвах идет также интенсивный дерновый процесс с образованием краснозёмов и желтозёмов в субтропиках и ферраллитных почв во влажных тропиках;
● солонцовый – процесс накопления в почвенном профиле легкорастворимых солей (хлоридов, сульфатов и др.) при выпотном типе водного режима в условиях минерализованных грунтовых вод или засоленных почвообразовательных пород. Образуются солончаки, при рассолении – солонцы, при дальнейшем промывании – солоди;
3) стадия равновесного функционирования (сформированной почвы) наступает тогда, когда по главным параметрам (количество гумуса, мощность генетических горизонтов, количество основных элементов питания и др.) достигается динамическое равновесие с существующим комплексом факторов почвообразования, длится неопределенно долго. На этой стадии биологический круговорот протекает так, что каждый следующий цикл практически повторяет предыдущий. Все микро-, мезо- и макропроцессы согласованы во времени и пространстве и формируют сложный биогеохимический круговорот, который способствует возобновлению природных свойств почвы.
§4. Морфологические признаки почв как отражение процессов их формирования и развития
В процессе развития почва приобретает ряд внешних, или морфологических, признаков, которыми она отличается от материнской породы. Они указывают на направление и степень выраженности почвообразовательного процесса. К таким признакам относятся: 1) строение и мощность профиля; 2) характер перехода горизонтов; 3) вскипание от 10 % НСl; 4) гранулометрический состав; 5) окраска; 6) влажность; 7) структура; 8) сложение; 9) новообразования и включения.
Строение и мощность почвенного профиля. Каждый почвенный тип имеет определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов, вся совокупность которых называется почвенным профилем. Формирование горизонтов связано с передвижением различных веществ (восходящий или нисходящий ток) по почвенной толще и послойным распределением живых организмов. Генетические горизонты представлены однородными горизонтальными слоями почвы, различающимися между собой морфологическими признаками, составом и свойствами. Каждый горизонт имеет свое название и обозначается начальными буквами латинского алфавита. Горизонт может подразделяться на подгоризонты, для обозначения которых и отражения их специфических свойств используют дополнительные цифровые и буквенные индексы.
Ниже приведена система выделения основных видов почвенных горизонтов.
А – гумусовый – поверхностный горизонт аккумуляции органического вещества, в нем накапливаются гумус и элементы питания. В зависимости от его характера выделяются:
А О – лесная подстилка, состоящая из разлагающегося лесного опада (листья, хвоя, ветки и т.д.);
А д – дернина – поверхностный горизонт, сильно переплетенный и скрепленный корнями травянистой растительности;
А 1 – гумусово-элювиальный горизонт, в котором наряду с накоплением гумуса происходит разрушение и частичное вымывание органических и минеральных веществ;
А пах – пахотный – поверхностный гумусовый горизонт, преобразованный периодической обработкой в земледелии.
В болотных почвах верхний горизонт состоит из торфа – массы полуразложившихся растений.
Т 1 – торфяной неразложенный – растительные остатки полностью сохранили свою исходную форму;
Т 2 – торфяной среднеразложенный – растительные остатки лишь частично сохранили свою форму в виде обрывков тканей;
Т 3 – торфяной разложенный – сплошная органическая мажущаяся масса без видимых следов растительных остатков;
ТА – торфяной минерализованный – пахотный торфяной горизонт, измененный осушением и обработкой.
А 2 – подзолистый (элювиальный) – горизонт интенсивного разрушения минеральной части почвы и вымывания продуктов разрушения. Он располагается под гумусовым горизонтом и имеет светлую окраску (серую, белесую, палевую); по происхождению может быть подзолистый (кислотный гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), осолоделый (щелочной гидролиз минералов). Под горизонтом А 2 (в подзолистых, серых лесных почвах, солодях) формируется горизонт В, отличающийся по своим свойствам от любого поверхностного горизонта.
В – иллювиальный горизонт, в который вмываются и где частично накапливаются продукты почвообразования. В зависимости от вмытых веществ различают следующие виды иллювиального горизонта:
B h – иллювиально-гумусовый горизонт кофейного цвета из-за содержания железисто-гумусовых веществ;
B f – иллювиально-железистый горизонт охристого или коричневого цвета, содержащий железистые продукты разрушения минеральной части верхнего горизонта;
В Са – иллювиально-карбонатный горизонт, часто содержащий карбонатные новообразования в виде рыхлого скопления карбонатов кальция.
В почвах без элювиального горизонта (в черноземах, каштановых почвах), в которых не проявляется вертикальное перемещение веществ, горизонт В называется переходным от гумусово-аккумулятивного к материнской породе.
G – глеевый горизонт – формируется в болотных и заболоченных почвах в условиях постоянного избыточного увлажнения. Он окрашен в сизоватые, голубоватые тона образующимися здесь закисными соединениями железа (II) и марганца. Отличается бесструктурностью и низкой пористостью.
В условиях временного избыточного увлажнения глееватость может проявляться и в других горизонтах профиля. В этом случае к основному индексу добавляют букву «g», например A 2 g , B g .
С – материнская горная порода – горизонт, слабо затронутый почвообразовательными процессами и не имеющий признаков описанных выше почвенных горизонтов.
D – подстилающая порода – выделяется в том случае, когда почвенные горизонты образовались на одной породе, а ниже лежит другая порода, отличающаяся литологическими свойствами.
Переход одного горизонта в другой в различных почвах может быть разным: резким, ясным, заметным или постепенным. Поэтому характер перехода между почвенными горизонтами в профиле имеет диагностическое значение и часто указывает на направление и интенсивность почвообразования.
Мощность почвы – это вертикальная протяженность ее горизонтов от поверхности до материнской породы. У различных типов почв средняя мощность колеблется от 40 – 50 до 100 – 150 см. В суровых природных условиях тундры почвообразовательный процесс может протекать только в верхней части пород, выше вечной мерзлоты, поэтому мощность всей почвы здесь незначительна (20 –30 см). В степях под пышной травянистой растительностью мощность черноземов может достигать 200 – 300 см.
Мощность отдельных горизонтов характеризует генезис и агрономическую ценность почв. Так, мощный гумусовый горизонт свидетельствует о значительном развитии аккумуляции, слабом вымывании и, следовательно, о больших запасах питательных веществ. Бедность и низкая производственная ценность, например, подзолистых почв определяется по резко выраженному элювиальному горизонту, из которого вымыты элементы питания.
При полевых исследованиях можно выявить наличие карбонатов в почве и глубину их залегания с помощью 10 % НС1. Для этого на стенку почвенного разреза капают раствором кислоты и определяют глубину, с которой начинается вскипание, и ее интенсивность.
Окраска почвы имеет большое диагностическое значение, поскольку отражает ее химический и минералогический состав, является основой для деления почвенной толщи на горизонты. Все разнообразие почвенной окраски можно свести к трем основным цветам: черному, белому и красному.
Черная и темная окраска обусловлена содержанием гумуса: чем больше гумуса, тем темнее окраска почвы. При 9 – 12 % содержании гумуса почва черного цвета, при 4 – 6 % – темно-серого, темно-бурого или каштанового. Почвы с низким содержанием гумуса имеют окраску, свойственную почвообразующей породе. На интенсивность черного цвета будет сказываться и тип гумуса, почвы с одинаковым количественным содержанием гумуса с фульватным типом будут более светлые, чем почвы с гуматным типом. Некоторым почвам черную окраску придают темные первичные минералы, сульфиды, гидроксиды марганца.
Белая окраска и светлые тона других окрасок обусловлены присутствием в почве кварца, извести, гидратов глинозема и солей. Красный цвет почвы вызван накоплением оксидов железа (III). При большом его содержании почва имеет красную, ржавую или красно-бурую окраску, при небольшом – желтую или оранжевую. Сизоватые, голубоватые и зеленоватые тона окраски вызваны образованием соединений двухвалентного железа в анаэробных условиях при избыточном увлажнении. Почвы такого цвета относятся к глеевым или оглеенным. Неоднородная, пятнистая окраска - следствие чередования процессов окисления и восстановления. При описании морфологических признаков обычно указывают степень окраски (темно-бурая, светло-каштановая) или отмечают оттенок (белесая с желтоватым оттенком). Следует иметь в виду, что она зависит от влажности: влажная почва более темная, чем сухая. По влажности почва может быть сухая (пылит), свежая (холодит руку),влажная (при сжатии в руке чувствуется влага, прижатая к почве бумага намокает) и мокрая (течет вода). С количеством воды связаны все процессы, идущие в почве, и оттенок цвета.
Способность почвыраспадаться на отдельные агрегаты называется структурностью , а совокупность агрегатов – почвенной структурой. Различают почвы бесструктурные (механические элементы не соединены в агрегаты) и структурные. Бесструктурные почвы обладают многими неблагоприятными свойствами: низкой водо- и воздухопроницаемостью, при дождях заплывают, становятся вязкими, при высыхании быстро теряют влагу, сливаются в одну массу, трудно поддающуюся обработке. Структурной в агрономическом понятии являются почва, в которой преобладают (не меньше 55 %) агрегаты среднего размера (0,25 – 10 мм), характеризуется свойствами, противоположными бесструктурной почве.
По форме агрегатов выделяют три типа структуры:
1) кубовидная – агрегаты развиты одинаково по всем трем осям и напоминают куб, делится на ореховидную, комковатую, зернистую, глыбистую;
2) призмовидная – агрегаты развиты по вертикальной оси и напоминают призму, подразделяется на столбовидную и призматическую;
3) плитовидная – агрегаты развиты по горизонтальной оси, бывает плитчатой и чешуйчатой.
Агрономически более ценной является кубовидная структура, так как создает наиболее ценный водно-воздушный режим. Одним из главных условий образования структурной почвы является присутствие в ней достаточного количества илистых и коллоидных частиц и гумуса. Первые являются «клеем», вторые придают водопрочность почвенным агрегатам.
Каждому типу почв и даже каждому почвенному горизонту характерна своя структура. Для кислых почв присуща плитовидная структура, для щелочных – призмовидная, для нейтральных и близких к нейтральным – кубовидная.
Сложение – это внешние признаки характера пористости и степени плотности почв. Оно зависит от свойств материнской породы, гранулометрического состава, структуры почвы, а также деятельности почвенной фауны и корней растений. По степени плотности различают очень плотное, плотное, рыхлое и рассыпчатое сложение.
Рассыпчатое сложение свойственно лишенным гумуса песчаным почвам. При механическом воздействии, даже небольшом, для них характерна сыпучесть, т.е. распадаются на отдельные элементы.
Рыхлое сложение присуще суглинистым и глинистым почвам с хорошо выраженной структурой, а также верхним горизонтам песчаных и супесчаных почв, обогащенных гумусом. Такое сложение имеют пахотные горизонты после обработки их в спелом состоянии. Лопата в такие почвы входит легко.
Плотное сложение характерно для иллювиальных горизонтов большинства суглинистых и глинистых почв. При копании лопатой требуется значительное усилие.
Очень плотное, или слитое, сложение свойственно связным глинистым бесструктурным почвам, а также иллювиальным горизонтам некоторых солонцовых почв. Такие почвы копать лопатой невозможно, приходится применять лом или кирку.
Сложение почвы – важный агрономический признак, определяющий скважность и, следовательно, аэрируемость, водопроницаемость, а также сопротивление почвы при обработке.
Новообразования – это скопления веществ, отличающиеся от вмещающего их почвенного материала по составу и сложению. Они формируются в результате физических, химических и биологических почвообразовательных процессов. К химическим новообразованиям относят легкорастворимые соли, гипс, углекислую известь, соединения железа, кремнезем и другие вещества.
Легкорастворимые соли характерны для засоленных почв. Они встречаются в виде белых корочек на поверхности почвы или в форме налетов, прожилок, крупинок в толще профиля. Гипс встречается в каштановых, бурых, засоленных почвах и сероземах в виде белых, серых и желтоватых прожилок, скоплений кристаллов на поверхности почв. Новообразования CaCO 3 белого цвета встречаются в виде резко очерченных белых пятен, в виде плесени, плотных скоплений извести различной формы. Их определяют по вскипанию с 10 % раствором соляной кислоты.
Гидроксиды железа встречаются в подзолистых, дерново-подзолистых и заболоченных почвах в виде темно-бурых округлых твердых конкреций, пятен расплывчатой формы. Для песчаных почв характерны ортзанды – коричневые сцементированные прослойки гидроксида железа. Соединения железа сизоватого, голубоватого или зеленоватого цвета свойственны глееватым и глеевым почвам.
Кремнезем образует присыпку белого цвета на поверхности структурных отдельностей серых лесных почв, оподзоленных черноземов и солонцов
К новообразованиям биологического происхождения относят: копролиты – экскременты червей и личинок в виде склеенных водопрочных комочков; кротовины – ходы кротов, сусликов, сурков, хомяков, засыпанные почвой; корневины – следы сгнивших крупных корней; червороины – ходы червей; дендриты – темные отпечатки мелких корней в виде узора.
Каждая почва имеет свой особый набор новообразований с их специфическим положением в профиле
Включения – это различные предметы (обломки камней, валуны, куски кирпича, стекла, раковины, кости животных и др.), генетически не связанные с почвообразовательным процессом.
Основные факторы почвообразования. Почвообразовательный процесс протекает под влиянием внешних по отношению к почве природных условий – факторов почвообразования. Факторы почвообразования следует разделить на два типа: природные (естественные) и антропогенные (искусственные). Выделяют шесть природных факторов почвообразования: материнские, или почвообразующие горные породы; климат; рельеф; растения и живые организмы; время. Все природные факторы являются равнозначными. Каждый из них оказывает свое специфическое влияние на почвообразование и без участия какого-либо из них почвообразование невозможно. Горные породы , из которых формируется почва, называются почвообразующими, или материнскими. По условиям образования их подразделяют на три группы: магматические, метаморфические и осадочные. Магматические породы образуются при застывании силикатного расплава магмы внутри земной коры (интрузивные) или на ее поверхности (эффузивные). Эти породы имеют кристаллическое строение, плотное сложение (плотность 2,6-3,3 г/см 3) и поэтому их называют еще массивно-кристаллические. К широко распространенным представителям интрузивных пород относятся диориты, граниты, габбро, дуниты и др., к эффузивным - базальты, андезиты и др. Магматические породы состоят главным образом из соединений кремния, алюминия, железа, магния, кальция, калия и натрия. В зависимости от соотношений соединений кремния, калия и натрия - с одной стороны, и железа, кальция и магния - с другой, различают магматические породы кислые и основные. Кислые почвообразующие породы (граниты, липариты, пегматиты) имеют высокое содержание кремнезема (более 63% Si02). Они имеют светлую и буроватую окраску с хорошо выраженными кристаллами кварца, полевых шпатов, слюд. Почвы, образующиеся из кислых пород, содержат гравий, песчаные частицы разного размера и поэтому имеют рыхлое сложение, хорошо обеспечены калием, но у них, как правило, повышенная кислотность, недостаточное количество оснований и невысокое плодородие. Основные магматические породы (базальты, периодиты, дуниты, габбро) характеризуются низким содержанием Si02 (40-60%). Они имеют темную окраску в связи с повышенным содержанием темноцветных минералов. Почвы, формирующиеся на продуктах выветривания основных пород, отличаются щелочной и нейтральной реакцией, содержат много оснований, гумуса и обладают повышенным плодородием. Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, но в качестве почвообразующих они занимают небольшие площади, главным образом в горных областях. Метаморфические горные породы. Метаморфические горные породы - вторичные массивнокристаллические породы, образовавшиеся в недрах Земли в результате перекристаллизации магматических и осадочных пород под действием высоких давлений и температур. К ним относятся гнейсы, мрамор, кварциты и др. Они состоят из минералов группы силикатов, алюмосиликатов, карбонатов. В качестве почвообразующих метаморфические горные породы занимают небольшие площади. Гнейсы по свойствам близки к гранитам. На продуктах выветривания сланцев и мрамора формируются почвы, обогащенные основаниями, с повышенным уровнем плодородия. Осадочные горные породы. Формирование осадочных горных пород обусловлено процессами выветривания магматических и метаморфических пород, переносом продуктов выветривания водными, ледниковыми и воздушными потоками и отложением на поверхности суши, на дне морей, океанов, озер, в поймах рек. По происхождению они подразделяются на морские и континентальные. По возрасту осадочные породы подразделяются на древние и четвертичные. Четвертичные отложения образовались в последние 1,5-2 млн лет и продолжают формироваться в настоящее время. Четвертичные осадочные породы характеризуются рыхлым сложением, невысокой плотностью, сложены частицами разного размера и разной степени окатанности: валуны, галечники, пески, суглинки и др. Элювий (вымываю). Элювием называют континентальные геологические образования, возникшие в результате сильного изменения и разрушения горных пород на месте их первичного залегания. К элювию относят продукты выветривания горных пород, сохраняющие реликтовые структурные и петрографические признаки, генетическую связь и непрерывность последовательности перехода к исходным породам. В щелочной среде возникает карбонатный элювий типа мергелей, лесса, лессовидных пород, засоленных грунтов и т. д. Нередко в верхних горизонтах элювий кислый, так как вода здесь обогащена углекислым газом, а книзу происходит нейтрализация углекислоты и нарастает щелочная реакция. В холодном климате наблюдается выраженное оглеение и ожелезнение – формирование мощных сизо-серых, вязких, глиноподобных масс и болотных охристо-желтых образований. В умеренном климате накапливаются красно- и желто-бурые глины и суглинки, а в условиях континентально-умеренного пояса при некоторой засушливости образуется карбонатный палево-желтый лессовидный элювий, иногда гипсоносный и обогащенный легкорастворимыми солями. Соли местами имеют тенденцию к накоплению в поверхностных горизонтах элювиальных толщ. Во влажном климате, наоборот, растворимые соли выщелачиваются и накапливается кремнезем. Делювий (смываю) – генетический тип континентальных отложений, образующихся на склонах в результате смыва и отложения разрушенных выветриванием горных пород. Делювиальные отложения – это разнообразные по цвету и механическому составу, обычно пористые, образования, обязанные происхождением деятельности переменных по силе, мощности времени действия струйчатых водных потоков, которые не имеют определенных русл, а развиваются на склонах и производят смыв и отложение осадков на склонной поверхности. По механическому составу делювий в основной массе представлен в большинстве случаев средними суглинками. Мощный песчаный делювий на широких склонах при относительно малом стоке воды не возникает, так как выпадающие осадки успевают фильтроваться в песчаные породы, не стекая по поверхности склона. Там, где идет разрушение твердых пород, в делювий поступает крупнообломочный материал в виде брекчии и щебня, часто слагающего целые горизонты в основании делювиальных толщ. Аллювий (от латинского alluvio – намываю) – генетический тип континентальных рыхлых слоистых песчано-глинистых речных, дельтовых, овражно-балочных и озерных отложений. Типичный, широко распространенный речной аллювий образуется в результате миграции водных потоков в пределах речных долин. Он дифференцируется на два яруса отложений: а) верхний – собственно пойменные, песчано-глинистые, относительно горизонта слоистые отложения с разнообразными ископаемыми почвами. Формируется в период разлива полых вод. В составе пойменных отложений закономерно залегает старичный аллювий; б) нижний – русловые песчано-галечниковые, часто косослоистые отложения с ориентированными гальками и валунами в основании; образуются в русле в условиях миграции потока; залегают в основании эрозионной выемки, на «плотике».Верхний и нижний ярусы генетически тесно связаны между собой, составляя единый аллювиальный комплекс, часто осложненный происходившими изменениями базисов эрозии в период формирования этого комплекса. У основания склонов коренных берегов речных долин формируются смешанные аллювиально-делювиальные отложения. Аллювий равнинных рек характеризуется хорошо выраженным полным аллювиальным комплексом отложений. В долинах горных рек доминирует русловый галечниковый аллювий. В овражно-балочных долинах с выраженным профилем равновесия преобладает пойменный аллювий. В дельтах рек формируется озерно-речной и пресноводно-морской аллювий. Различают новейший аллювий – массивов современных пойм и древний аллювий, слагающий речные террасы, сформированный в период их пойменной стадии. Генетически близки к аллювию флювиогляциальные отложения, образованные мощными потоками талых вод ледника. Аллювий служит материнской породой в поймах и надпойменных террасах. Пролювий (от латинского proluo – сношу) впервые выделен А.П. Павловым как особый генетический тип геологических отложений. Он возникает на склонах гор, в области конусов выноса и в устьевых частях горных оврагов в результате деятельности повторяющихся ливневых водотоков. Пролювий склонов и конусов выноса состоит из обломков горных пород разной крупности: от щебня, галечника и гравия до песчано-пылеватых и глинистых осадков включительно. По шлейфам склонов и периферии обширных конусов выноса образуются лессовидные и глинистые пролювиальные отложения. Пролювий горных склонов по генезису приближается к делювию, а отложения конусов выноса близко стоят к овражному аллювию. Поэтому правильнее считать первый разновидностью делювия, а второй – разновидностью аллювия. Почвообразующая порода является той основой, из которой формируется почва. Минеральная часть в подавляющем большинстве почв составляет 90 –95% почвенной массы. Выделяют две основные функции материнской горной породы в почвообразовании: формирование состава почвенных масс и подстилающей породы. Состав горных пород определяет химический, минералогический, гранулометрический состав будущих почв, например, наиболее богатые почвы формируются на карбонатных суглинках, а на песках они беднее, однако теплее и лучше аэрированы. Порода в значительной степени определяет и скорость почвообразования. Материнские породы на территории России большей частью представлены четвертичными осадочными смешанными горными породами. Климатический фактор определяет обеспеченность почвообразования влагой (атмосферные осадки) и энергией (солнечная радиация – свет и тепло). Климат на различных широтах земного шара различен. Различают арктический, субарктический, умеренный, субтропический и тропический климат. В соответствии с климатическими условиями различают и растительные зоны, отличающиеся количеством растительного органического вещества, и, соответственно, скоростью и продолжительностью биологического круговорота и тип процесса почвообразования. Благоприятные для жизни гидротермические условия обеспечивают протекание в почве процессов, влияют на сообщества растительных и животных организмов, увеличивая их продуктивность, что в конечном итоге влияет на интенсивность почвообразования. Известно, что при повышении температуры на 10 о С скорость химических реакций увеличивается в 2–4 раза (правило Вант-Гоффа. Водный режим географических поясов определяют по отношению среднегодовой суммы осадков к годовой испаряемости – так называемый коэффициент увлажнения (КУ) Г.Н. Высоцкого-Н.Н. Иванова. Он является наиболее объективным показателем атмосферного увлажнения. При КУ >1 увлажнение избыточное (наблюдается в высоких широтах – примерно к северу и к югу от 50-й параллели), а при КУ<1 – недостаточное увлажнение (например, в пустынях КУ практически приближается к нулю). Рельеф определяется характером чередования пониженных и повышенных участков суши. Различают три вида рельефа: микрорельеф (колебания высот до нескольких метров); мезорельеф (колебания высот до нескольких десятков метров); макрорельеф (колебания высот от нескольких десятков до нескольких сот метров). Влияние рельефа связано с количеством поступающего на поверхность почвы света, тепла и влаги. На степень освещения и нагрева почв влияет угол уклона рельефа, экспозиция уклона, крутизна (на южном склоне больше тепла, чем на северном). Рельеф перераспределяет полученную из атмосферы воду. Больше всего воды поступает в низинную часть рельефа. Все поднятия на земле – положительные элементы рельефа, на них меньше всего влаги. Обычно сверху находится грубая механическая порода (валуны, камень, гравий), снизу более мелкий и тонкий механический состав (суглинки, лёсы). Положительные элементы рельефа не участвуют в процессах почвообразования путём грунтовых вод, а отрицательные участвуют. Рельеф оказывает влияние на климатические условия, а соответственно на жизнь растений, животных, микроорганизмов, на перераспределение тепла и влаги, что сказывается на процессах почвообразования в целом. Кроме этого рельеф обусловливает перемещение почвенных масс по склону в результате эрозионных и аккумулятивных процессов. Функциирастительных и живых организмов в почвообразовании весьма разнообразны. Почвообразование является биогенным процессом, и оно начинается с момента появления растений и живых организмов на массивно-кристаллических или осадочных породах. Растительные и живые организмы являются единственным источником органического вещества, которое служит материалом для образования почвенного гумуса. Другая важная функция организмов базируется на способности живого вещества к избирательному поглощению элементов из почв. Благодаря этому свойству организмы в существенной степени определяют химический состав почв. Зеленые низшие и высшие растения используют в процессе роста радиационную энергию Солнца, вовлекая в биологический круговорот огромное количество химических элементов, ежегодно формируя около 233 млрд. т органического вещества на поверхности и внутри почвы. Корни растений чисто механически разрыхляют почву, увеличивая водо- и воздухопроницаемость пород, изменяют своими выделениями свойства материнских пород, что способствует развитию микроорганизмов. Микроорганизмы за счет выделяемых ими ферментов разлагают органические вещества и образуют органоминеральные соединения – гумус. По данным Е.Н. Мишустина (1987) количество микроорганизмов колеблется от нескольких сотен в 1 г дерново-подзолистых почв до 3 миллиардов в черноземных почвах. Масса микроорганизмов может составлять от 3 до 8 т/га в черноземных почвах. Грибы разлагают клетчатку, лигнин и другие органические вещества почвы и также способствуют образованию гумуса. Дождевые черви (живут на глубинах до 12 м), проделывая ходы в почве, рыхлят и аэрируют ее, что способствует развитию корневой системы растений, кроме того, перерабатывая органические остатки, образуют гумус. За один год черви, живущие на 1 га способны переработать до 100 т органических остатков и перемешать ~120 т земли. Насекомые и животные также активно разрушают органическое вещество, минерализуют его и, тем самым, выступают посредниками в обмене между почвой, атмосферой, обеспечивая круговорот элементов питания. Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий – от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. (Согласно данным, Л. Александровского увеличение мощности гумусового горизонта до 15 см происходит приблизительно за 100 лет). Возраст территории вообще и почвы в частности, а также изменения условий почвообразования в процессе их эволюции оказывают существенное влияние на строение, свойства и состав почвы. При сходных географических условиях почвообразования почвы, имеющие неодинаковые возраст и историю, могут существенно различаться и принадлежать к разным классификационным группам. Итак, можно констатировать, что все естественные факторы почвообразования взаимосвязаны и действуют одновременно, оказывая влияние не только на интенсивность биологического круговорота и почвообразования, но и друг на друга. Так, изменение микроклиматических условий может вызвать смену растительного покрова и почв. Почвы в свою очередь могут оказать воздействие на смену растительности и изменить микроклиматическую обстановку. Антропогенные (искусственные) факторы . Влияние хозяйственной деятельности человека на почвообразование проявляется в регулировании состава и характера растительности, изменении свойств самих почв и процессов, протекающих в них. На огромных лесных и сельскохозяйственных территориях производят механизированную обработку почв, при которой уничтожается естественная растительность, эксплуатируются леса, проводятся мелиоративные работы, вносятся органические, бактериальные и минеральные удобрения. Происходит изменение естественных физических и химических свойств почв, приостанавливаются нежелательные для человека направления процессов почвообразования, изменяются биологические свойства. При увеличении, например, содержания кальция (известковании) в почве становится больше органического вещества, меняется реакция среды, возрастает количество микроорганизмов и элементов питания; в результате повышается плодородие почвы. Осушение приостанавливает болотный процесс, а орошение в засушливых районах создает условия для накопления органического вещества в почвах, повышая плодородие почв и урожай растений. В результате хозяйственной деятельности человека изменяются характер и интенсивность биологического круговорота веществ, почвы дополнительно получают органическое вещество и элементы питания, формируется мощный пахотный горизонт, создаются окультуренные почвы с повышенным плодородием. Различной хозяйственной деятельностью охвачено 500 млн. га земель. Однако применение неправильных приемов ведения хозяйства вызывает развитие неблагоприятных почвообразовательных процессов: заболачивания, засоления, разрушения органического вещества и потери элементов питания.
3. Климат как фактор почвообразования. Климат, его роль в почвообразовании. Климат формируется под влиянием космических факторов (энергия Солнца) и геосферных (влияние земной поверхности на формирование воздушных масс). Он оказывает многостороннее влияние на биосферу, процессы почвообразования, свойства почв и почвенного покрова. Влияние климата на почвообразование проявляется как непосредственно, обусловливая водно-воздушный, тепловой, биологический, геохимический режимы почв, так и косвенно через другие компоненты биосферы: атмосферу, гидросферу, почвообразующие породы, рельеф, растительный, животный мир и хозяйственную деятельность человека. Все перечисленные компоненты биосферы зависят от тепловой энергии Солнца и условий увлажнения. С климатом связана широтная зональность биосферы (выветривание, денудация и др.), в том числе почвенных процессов (гумусонакопление, оподзоливание и др.) и вертикальная поясность в горах. Главными показателями климата являются тепло- и влагообеспеченность территорий. Температурный режим почв следует за температурным режимом приземного слоя атмосферы, но отстает от него. Среднегодовые температуры воздуха и почвы в пределах территории России возрастают с севера на юг и с востока на запад. Среднегодовая температура почвы на глубине 20 см изменяется в пределах России от -12 до + lб·с. Область отрицательных среднегодовых температур совпадает с областью распространения многолетней мерзлоты. В качестве критерия выделения термических групп климатов (термических поясов) принята сумма среднесуточных температур более to c. Для каждого термического пояса характерны определенные типы растительности и почв, поэтому в системе почвенно-географического районирования их называют почвенно-биоклиматическими поясами. В пределах почвенно-биоклиматических поясов существуют значительные различия по условиям увлажнения и степени континентальности климата, оказывающие большое влияние на дифференциацию типов растений и почв. В связи с этим выделяют почвенно-биоклиматические области по влагообеспеченности и степени континентальности климата. Для характеристики обеспеченности влагой используются гидротермические коэффициенты, рассчитываемые по отношению осадков к испаряемости. Наибольшее распространение получил коэффициент увлажнения (КУ), предложенный Г.Н.Высоцким (1904) и разработанный для географических зон Н.Н.Ивановым (1948), известный под названием "коэффициент Высоцкого Иванова". Он рассчитывается как отношение среднемноголетнего количества осадков за год к испаряемости, определенной с поверхности водоемов. В соответствии с водообеспеченностью вьщеляются группы климатов или почвенно-биоклиматические области.В основу разделения климата по степени континентальности положена годовая амплитуда температур. Коэффициент континентальности вычисляется по формуле, предложенной Н.Н.Ивановым: К= А · 100/0,33 М, где А - годовая амплитуда температуры из среднемесячных ее величин, М- широта местности. Для океанических областей степень континентальности (величина К) - менее 100%, для слабоумеренных и среднеконтинентальных- 100-250 и резкоконтинентальных-более 250%. При агроклиматическом районировании (Д.И.Шашко,1967) кроме обеспеченности теплом, влагой и континентальности климата используются следующие показатели: продолжительность периода вегетации с t > 10°С; суровость зимы, определяемая средней температурой самого холодного месяца; снежность зимы, характеризуемая высотой снежного покрова. Большое влияние на местные условия почвообразования оказывают микроклиматические условия, которые зависят от рельефа, растительного покрова, наличия водоемов и других биосферных факторов. Их необходимо учитывать при формировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Например, почвы на склонах разной экспозиции, получающие разное количество тепла, имеют разную степень смытости, степень оглеения, мощность гумусового слоя и др. Климат влияет на эффективность земледелия, величину урожая как опосредованно, через свойства и плодородие почв, так и прямо, обусловливая оптимальные условия температуры и влажности атмосферы, освещенность, величину снежного покрова и др. Поэтому с климатическими условиями связан и набор культур, способных давать урожай при данных климатических условиях, и величина урожая. Даже на почвах одного и того же типа, например, черноземах выщелоченных, но в разных климатических условиях (Европейская часть России, Западная Сибирь, Восточная Сибирь) набор культур и максимальная величина урожая прежде всего определяются климатическими условиями. Из этого следует, что культурные растения в значительно большей степени реагируют на изменение климатических условий, по сравнению с почвами. Поэтому оценка плодородия почв должна проводиться в системе оценки ландшафтов, с обязательным учетом климатических условий и положения в рельефе.
4. Порода, как фактор почвообразования. Почвообразующие породы. Значение почвообразующей, или материнской, породы как фактора почвообразования заключается в том, что она является тем исходным материалом, из которого формируются почвы, и той средой, где проявляется деятельность живых организмов. Однако почвообразующая порода не есть инертный скелет почвы. Она принимает прямое участие в развивающихся на ней процессах, обусловливая гранулометрический, минералогический и химический состав почв и влияя тем самым на физические, физико-химические, водно-воздушные свойства, тепловой, питательный и водный режимы почвы. Все эти свойства непосредственно влияют на скорость, направленность и характер почвообразовательных процессов: минерализацию и гумификацию растительных остатков, скорость накопления и передвижения веществ в почвенной толще, а также на формирование и уровень почвенного плодородия. В одних и тех же природных условиях, но на различных почвообразующих породах могут формироваться совершенно разные почвы. Так, например, в таежно-лесной зоне на алюмосиликатной морене формируются малоплодородные, подзолистые почвы, а на карбонатной морене – плодородные почвы с высоким содержанием гумуса, агрономически ценной структурой и благоприятной нейтральной реакцией. В этой же зоне на флювиогляциальных песках формируются бедные и сухие песчаные почвы, а на аллювии – пойменные дерновые, плодородные почвы. По происхождению горные породы подразделяются на три группы: 1) магматические , образующиеся при внедрении в земную кору или извержении на поверхность магмы (основные – базальт, габбро; кислые – гранит; ультраосновные – перидонит, дунит); 2) осадочные горные породы, образующиеся путем механического или химического осаждения продуктов разрушения магматических и метаморфических пород, а также жизнедеятельности организмов; 3) метаморфические породы, образующиеся из ранее существовавших пород под воздействием факторов метаморфизма (высоких температур, давления, действия газов). Наиболее распространены сланцы, филлиты, гнейсы, кварциты, мраморы. На большей части Земли почвы сформировались на осадочных породах. Они покрывают около 75 %поверхности континентов. По генетическим признакам среди осадочных горных пород выделяют : обломочные, или механические, химические и органогенные. Механические (обломочные) , отложения образовались при механическом измельчении (дроблении) различных горных пород под влиянием термического выветривания, а также разрушения их ледниками и снеговыми водами. Элювий – продукты выветривания, остающиеся на месте их образования. Этот материал состоит из обломков разного размера. В условиях горного рельефа элювий встречается на повышениях. Почвы, образующиеся на элювиальных отложениях, характеризуются низким плодородием, малой мощностью, а также щебнистостью и каменистостью. Делювий – это рыхлые продукты выветривания, переносимые временными незначительными водными потоками, стекающими вниз по склонам во время дождей и весеннего снеготаяния. Этот мелкозёмистый материал откладывается у основания и в нижней части склонов. На делювиальных отложениях формируются почвы довольно высокого плодородия. Аллювий – отложения речных постоянных водных потоков. Эти отложения формируются в долинах рек во время паводков, характеризуются слоистостью и сортированностью. Могут быть разные по содержанию частиц – песчаные в околоречной части поймы и илистые в притеррасной части. Озерные отложения – сапропель, озерные илы, мергель. Для них характерны глинистый, реже тонкопесчаный состав со значительным количеством ила, карбонатов или легкорастворимых солей. Формируются довольно плодородные почвы. Болотные отложения состоят из торфа и болотногo ила. Морские отложения встречаются в Прикаспийской низменности, на побережье северных морей. Эти породы сортированы, разного гранулометрического состава, слоисты и содержат соли. На морских отложениях образуются засоленные почвы. Эоловые отложения образуются при переносе и отложении песчаного материала ветром. Песчаные наносы занимают большие территории в пустынях. Образуют такие формы рельефа, как дюны, барханы, бугры. На обширных равнинах в основном распространены отложения четвертичного периода – ледниковые отложения , продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Они преобладают и в составе почвообразующих пород Беларуси и делятся на моренные, водно-ледниковые, озерно-ледниковые. Для морены характерны несортированность, неоднородный механический состав, завалуненность, обогащенность первичными минералами, красно-бурая, желто-бурая окраски. Водно-ледниковые отложения связаны с перемещением и переотложением моренного материала ледниковыми потоками за краем ледника. Характеризуются сортированностью, ровным рельефом, безвалунностью, бедны по химическому составу, преимущественно песчаные. Озерно-ледниковые являются отложениями мелководных приледниковых озер. Характерно большое содержание пылеватых фракций, безвалунность, богатство химического состава, суглинки и супеси по механическому составу, часто карбонатные, уплотненные, склонны к заболачиванию. Лёссовидные суглинки и лёсс имеют различный генезис. Для них характерны палевая или буровато-палевая окраски, карбонатность, рыхлое сложение, они богаты по химическому составу, чаще легкие суглинки, склонны к размыванию и образованию оврагов. Химические осадочные породы возникают путем отложения вещества на дне водоемов из растворов в результате химических реакций или изменения температуры воды. Карбонатные породы образуются на дне морей частично при осаждении из воды углекислой кальциевой соли, поступающей вместе с речной водой. Большая же часть углекислого кальция, осевшего на морском дне, является продуктом деятельности некоторых организмов. Так, в меловом периоде мезозойской эры происходило накопление залежей мела за счет микроскопических раковинных амеб (фораминифер и др.). Органогенные породы состоят из продуктов жизнедеятельности животных и растений, а также из их неразложившихся остатков (торф). Многие карбонатные породы (известняки коралловые, ракушечные и др.) образуются с участием организмов, в скелетной или защитной части которых содержится карбонат кальция. При оценке почв все материнские породы делят (рис. 2) на засоленные и незасоленные . Засоленными породами являются отложения давно высохших морских бассейнов или озер, на них могут развиваться засоленные почвы (солончаки, солонцы). На карбонатных породах развиваются почвы с нейтральной реакцией среды, способствующей накоплению гумуса в почве (дерново-карбонатные и др.). Наиболее ценные почвообразующие породы – лёссы, лёссовидные суглинки и другие карбонатные породы (ледниковые и озерные отложения), а также аллювиальные суглинки в поймах рек. К менее ценным относятся бескарбонатные покровные суглинки, а к самым бедным – кварцевые пески (эоловые отложения).
Исходя из особенностей материнской породы, П.С.Косович (1911) сделал два вывода: 1. На одних и тех же породах могут формироваться разные почвы, если другие факторы почвообразования отличаются между собой. На суглинистой породе под травянистой растительностью формируется дерновая почва, под лесом – дерново-подзолистая или иная лесная почва. 2. Одни и те же почвы могут формироваться на разных породах, если иные факторы почвообразования одинаковы. Под смешанным хвойно-лиственным лесом на песчаных, супесчаных, суглинистых породах образуются дерново-подзолистые почвы. Однако возможны исключения: чем активнее идет процесс почвообразования, тем слабее влияет горная порода, но в случае, если химический состав и физические свойства породы выражены резко (карбонатная порода), она оказывает длительное влияние. Климат – многолетний режим погоды той или иной местности. В различных природных условиях климат подчиняется закону зональности. Он зависит от географической широты, высоты над уровнем моря, форм рельефа и удаленности от морей и океанов. Сильнее всего на почвообразование влияют температура, атмосферные осадки, ветер и влажность воздуха. Эти элементы в сочетании с другими факторами почвообразования обусловливают определенную закономерность в распространении почвенного покрова. С климатом связано обеспечение почвы энергией – теплом и в значительной мере водой. От величины годового количества поступающего тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения зависят активность биологических процессов и развитие почвообразовательного процесса. Большое значение имеет характеристика климата по температурным показателям и условиям увлажнения. Выделяются следующие климатические группировки по показателям суммы температур выше 10 о С за вегетационный период: холодные полярные < 600 о, холодно-умеренные – 600 – 2000 о, тепло-умеренные – 2000 – 3800 о, теплые субтропические – 3800 – 8000 о, жаркие тропические > 8000 о . Эти группы климата располагаются в виде широтных поясов и называются почвенно-биотермическими поясами, которые характеризуется определенными типами растительности и почв. По условиям увлажнения выделяются климатические группировки: очень влажные– коэффициент увлажнения > 1,33, влажные гумидные – 1,00 – 1,33, полувлажные – 0,55 – 1,00, полусухие – 0,33 – 0,55, сухие аридные – 0,12 – 0,33, очень сухие – < 0,12. Коэффициент увлажнения (ГТК) – это отношение количества осадков к испаряемости. Обилие осадков способствует промыванию почвы и выносу в нижние горизонты легкорастворимых солей, в том числе и минеральных веществ, образующихся при разложении органических остатков. При засушливом климате эти соединения не только не выносятся, но, наоборот, способны накапливаться в верхних слоях почвы, приводя к её засолению. Климат оказывает прямое и косвенное влияние на характер почвообразовательного процесса. Прямое влияние связано с непосредственным воздействием на почву осадков, нагревания и охлаждения. Косвенное влияние климата проявляется через воздействие на растительность и животный мир. Таким образом, климат сильно влияет на тепловой, воздушный и другие режимы почв. От сочетания температурных условий и увлажнения зависят тип растительности и состав фитоценозов, скорость образования и трансформации органического вещества, скорость ферментативных реакций, метаболическая и функциональная активность микробиоты, растений и животных, процессы ветровой и водной эрозии.
6. Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии, питании растений . Роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений очень многообразна. Значительная часть элементарных почвенных процессов (ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним относятся биогенно-аккумулятивные, элювиальные, элювиально-аккумулятивные, метаморфические и другие. Процессы взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв лежат в основе почвообразования. Содержание, запасы и состав гумуса входят в состав главных показателей почвенного плодородия. Они оказывают также влияние на все режимы и свойства почв. Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания растений. В нем содержится 98% валового азота, с ним связано 40-60% фосфора, 80-90% серы, значительные количества кальция, магния, калия и других макро- и микроэлементов. Часть этих элементов находится в поглощенном состоянии и усваивается растениями в результате ионообменных реакций. Другая часть высвобождается и становится доступной растения после минерализации органических веществ. Установлено, что около 50% потребности в азоте культурные растения получают за счет почвенного органического вещества, прежде всего легкоразлагаемого, остальные 50% за счет минеральных удобрений. Органическое вещество оптимизирует физико-химические свойства почв. Поглотительная способность органических коллоидов значительно выше, чем минеральных, и достигает 1000 и более мг-экв./100 г препарата гумусовых веществ. Более гумусированные почвы обладают более высокой буферностью по отношению к кислотно-основным воздействиям, окислению-восстановлению и действию токсикантов. Поглощенные органическими и органо-минеральными коллоидами катионы являются доступными для растений и активно участвуют в их питании. Органическое вещество оказывает существенное влияние на структурное состояние, физические, водно-физические и физико-механические свойства почв. С увеличением гумусированности снижается плотность, увеличивается общая порозность, улучшается структура почвы, повышается водопрочность структурных агрегатов; увеличивается влагоемкость и водоудерживающая способность, водопроницаемость, диапазон активной влаги, гигроскопическая влажность; становятся оптимальными физико-механические свойства почвы: липкость, пластичность, твердость, удельное сопротивление. Гумус придает почве темную окраску, что способствует поглощению тепла. Органическое вещество играет ведущую роль в биологическом режиме почв. Источники гумуса поддерживают в почвах определенный уровень биологической активности; собственно гумусовые вещества способствуют сохранению микроорганизмов в почвах и создают комфортные условия для их функционирования. Повышенная биологическая активность почв способствует снижению численности патогенных микроорганизмов, ускоряет микробиологическую деградацию пестицидов. В составе органических веществ содержатся физиологически активные вещества, ускоряющие рост и развитие растений. Наряду с минеральными питательными веществами большое значение имеют органические вещества почвы, продукты гумификации и неполного разложения растительных и животных остатков. Преобладающее значение при этом имеют продукты переработки остатков зеленых высших фотосинтезирующих растений (продуцентов). Продуценты при отмирании или при - переработке цепью консументов обогащают почву органическим веществом. Опад надземных отмирающих частей накапливается на поверхности почвы в виде -слоя подстилки, ветоши и т. п. Количество образующейся за год подстилки различно в разных типах растительности, в разных зонах. Так, среднее количество подстилки, по данным Лархе-ipa (1978), составляет (т/га): в тропических злаковни-ках - 10-15; на лугах умеренной зоны - 6-10; в лесах - 5-9; в степях - 1-5; в тундре- 0,05-0,5; в пустынях - 0,01-0,05. Образующаяся подстилка с большей или меньшей скоростью разлагается, и поэтому ее запас зависит не только от количества опада, но и от скорости разложения, которая во многом определяется характером и составом подстилки, типом -почвы, ее фауной и особенно климатическими условиями. Бели опад сильно лигнифицирован и богат дубильными веществами, то он разлагается гораздо медленнее, чем опад лиственных пород. Годичный опад дождевого тропического леса, в силу специфических климатических условий и большой активности почвенных организмов, может разложиться в течение 1-2 лет, в лиственных лесах умеренной зоны - за 2-4 года, в хвойном лесу - за 4-5 лет, достаточно быстро (разложение идет в степной зоне, в тундре же оно может длиться десятки лет. В степной зоне скорость разложения ускоряется весной и летом (до периода засухи) и замедляется к зиме. В разложении подстилки принимают участие многочисленные животные организмы почвы, для которых опад служит пищей, и в первую очередь сапррофаги. В процессе переваривания все эти организмы выделяют экскременты, которые смешиваются с еще не съеденными растительными остатками. На богатых почвах широколиственных лесов в работу вступают дождевые черви, вырабатывая полностью переваренное вещество, включаемое в состав почвы, - мягкий гумус (муль). В лесной подстилке на кислых почвах хвойных лесов переработка растительного опада ведется главным образом грибами; при этом образуется грубый микоген-ный гумус (мор), пронизанный мелкими корнями высших растений, а также микоризой. Между мулем и грубым гумусом - мором иногда выделяют еще промежуточный тип - модер. Так происходит изменение органических остатков от первоначальных слагаемых подстилки до гумуса. Для образования гумуса не менее важна масса отмирающих корней. По массе корней, пронизывающих почву, на первом месте стоят широколиственные леса и луговые степи, на следующем - влажные тропические и субтропические леса и на последнем - пустыни. Относительная доля корневой фитомассы (от общей доли фитомассы) в лесах не очень велика - всего 20- 25%. Наиболее высоки относительная ма-сса корней и запас гумуса под травяной степной растительностью, что связано с большим количеством тонких, легко разлагающихся корней травянистых растений. Этот гумус обусловливает высокое плодородие степных черноземных почв. Таким образом, в формировании плодородия почвы основную роль играют конечные продукты гумификации, т. е. гумусовые вещества (гуминовые и подвижные фульвокислоты). Однако накопление в составе гумуса запасов питательных веществ означает одновременно и их иммобилизацию, поскольку они переходят в малодоступную форму. Кроме питательных веществ гумус содержит (И физиологически активные.компоненты; некоторые из них могут вызывать не только стимулирующее влияние, но иногда оказывают ингибирующее или даже токсическое воздействие. Гумус улучшает структуру почвы, ее физические свойства. Степень гумификации, т. е. степень переработанности исходных веществ, зависит от объема ежегодно поступающих в почву растительных остатков, от интенсивности их переработки и времени воздействия на них самой почвы в течение вегетационного периода. Величина степени гумификации достигает наиболее высоких значений в почвах черноземного типа и уменьшается как к северу (к подзолистым и тундровым почвам), так и к югу (к каштановым почвам и сероземам). В таком же порядке меняются общее содержание и запасы гумуса в почве и его состав. Интересно, что состав и свойства гумуса -не совпадают с отдельными климатическими показателями (осадки, радиационный баланс), но для почв умеренного климата хорошо коррелируют с уровнем биологической активности (Бирюкова, Орлов, 1978). Период биологической активности (т. е. период нормальной вегетации растительности и активной микробиологической деятельности) определяется в этом случае как время, когда температура воздуха устойчиво превышает 10°, а запас продуктивной влаги в почве составляет не менее 1-2%. Зависимость гумусообразования от температуры объясняет, почему почвы тропической зоны очень бедны гумусом. Здесь идет мощный процесс переработки остатков - при высоких температурах и влажности очень активны сапротрофы. В тундре растительные остатки почти не разлагаются, не минерализуются; при низких температурах очень мала активность салротрофов. В степной зоне, где много тонких корней трав и опада надземных частей, которые довольно медленно минерализуются, почва на большую глубину приобретает темную окраску. Масса гумуса здесь намного превышает фитомассу одной генерации растений и образуется чернозем - одна из плодороднейших почв. В лесной почве древесные корни живут дольше, чем корни трав, запасы органического вещества в почве леса меньше, чем в степи. Лесные почвы беднее гумусом, но часто имеют хорошо выраженный особый горизонт органических веществ, лежащий почти на поверхности, непосредственно под подстилкой. Наконец, в сырых заболоченных местах, где степень.разложения очень низка из-за малой активности сапротрофов, формируются различные типы торфов. В ненарушенных фитоценозах устанавливается определенное равновесие между запасом подстилки, количеством органического вещества в почве и фигомассой, и такое равновесие весьма важно, поскольку содержащиеся в опаде резервные питательные вещества остаются в распоряжении всей данной экосистемы и образующиеся при минерализации питательные элементы постепенно потребляются зелеными растениями. Отчуждение фитомассы или удаление опада ведет к обеднению почвы питательными элементами. Если минерализация органического вещества почвы происходит быстро (например в тропическом лесу), то минеральные элементы очень скоро высвобождаются и становятся доступными зеленым растениям, что обусловливает создание большой фитомассы (хотя при этом надо учитывать и повышенную возможность вымывания минеральных веществ из почвы). Таким образом, сложный цикл превращения органических веществ (опад → гумификация →минерализация → возврат в растение) постоянно поддерживает достаточное содержание биологически важных элементов, а плодородие почвы во многом зависит от скорости возврата отнятых у нее элементов. Некоторые элементы теряются, уходя в атмосферу или с дренирующими водами через сток. Но продолжающееся выветривание, фиксация азота, отложение пыли - все это восстанавливает часть утраченных элементов. Вообще зеленые растения отдают почве больше, чем берут от нее. Они изымают сравнительно малое количество растворенных веществ, а возвращают большую массу органических веществ: целлюлозу, лигнин, крахмал, сахара, жиры, протеины и т. д. Это позволяет развиваться в почве многим животным, а также тем организмам, которые питаются этими животными.
7.Рельеф, его роль в почвообразовании. Рельеф - это совокупность форм земной поверхности разных масштабов. Наука о рельефе, его строении и происхождения - геоморфология. В зависимости от размеров форм земной поверхности различают мегарельеф, макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф. Мегарельеф - это наиболее крупные неровности земной поверхности - материковые массивы и океанские впадины. Макрорельеф - крупные формы земной поверхности, занимающие большую плошадь, с колебаниями высот, измеряемыми сотнями метров и километрами (горные хребты, плоскогорья, равнины). Мезорельеф - формы рельефа средних размеров с колебаниями высот, измеряемыми метрами и десятками метров (склоны, ложбины, балки, террасы и др.). Микрорельеф- мелкие формы рельефа, занимающие незначительные площади, с колебаниями высот в пределах одного метра (западины, блюдца, бугорки и др.). Разновидностью микрорельефа является нанорельеф - самые мелкие формы рельефа с колебаниями высот в пределах 30 см: кочки, неровности, связанные с обработкой почвы (борозды, гребни и др.). Рельеф создается в результате одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (тектонических) и экзогенных сил, возбуждающих деятельность денудационных процессов: текущей воды, ветра, льда и др., гравитационных сил и пр. Те и другие силы действуют антагонистически. Эндогенные – создают крупные неровности, экзогенные- разрушают и понижают положительные формы рельефа и заполняют продуктами разрушения отрицательные формы. Рельеф играет большую роль в процессах функционирования биосферы и в почвообразовании. Мега- и макроформы рельефа (материки, океаны, горные системы) участвуют в формировании воздушных масс и перераспределении тепла и влаги по земной поверхности, определяя климатические и погодные условия, а через них - макроэкосистемы с характерным почвенным покровом. Наглядным примерам этого является вертикальная поясность в горах. Мезо- и микроформы рельефа перераспределяют тепло и влагу в пределах склонов, повышений и понижений. Они определяют особенности микроклимата и глубину залегания грунтовых вод, тем самым формируя мезо- и микроэкосистемы с характерными особенностями почвенного покрова. Мезо- и микрорельеф определяют размер и форму элементарных почвенных ареалов, образующих различные почвенные комбинации (сочетания, комплексы и др.) в структуре почвенного покрова. Большое влияние рельеф оказывает на формирование агроэкосистем и хозяйственную деятельность человека. В качестве примеров можно привести земледелие горное и на равнинах, противоэрозионные системы земледелия на склонах. В последние годы разрабатываются адаптивно-ландшафтные системы земледелия, в которых рельеф является одним из ведущих факторов выбора культуры и технологий их выращивания. С перераспределением влаги по элементам рельефа связана миграция твердых веществ с поверхностным стоком и растворенных - с поверхностным и внутрипочвенным стоком. Эти процессы обусловливают геохимические особенности ландшафтов, интенсивность процессов денудации и антропогенной эрозии. Типы рельефа и их распространение .С учетом внешнего вида (морфологии) и происхождения (генезиса) выделяются следующие морфагенетические типы рельефа (по К.К.Маркову): 1) горный (структурно-тектонический); 2) структурный (пластовый); 3) скульптурный (эрозионный); 4) аккумулятивный (насыпной). Горный, ши структурпо-тектопический тип рельефа подразделяется на несколько подтипов. Высокогорный рельеф характеризуется самой высокой амплитудой колебаний высот и самыми высокими абсолютными высотами, значительной крутизной склонов с острыми вершинами, лишенными растительности. Рыхлые отложения здесь не накапливаются, и формируются слаборазвитые маломощные почвы. Этот тип рельефа характерен для горных систем Кавказа, Памира, Алтая и др. Альпийский рельеф имеет черты высокогорного, но со значительным участием рыхлых ледниковых отложений в нишеобразных понижениях на склонах и в долинах, на которых широко распространены альпийские луга, используемые под пастбища. Альпийский рельеф распространен в ropax Кавказа, Памира, ТяньШаня, встречается в более низких горных системах на Урале и в горах Сибири. Нагорья представляют собой высокогорные выровненные поверхности со значительной мощностью рыхлых отложений и сформированными почвами. Распространены в Закавказье, Васза очном Памире, Алтае, Саянах, Становом хребте, горах северо: осточной Сибири. Здесь широко распространены альпийские дуга и местами развито высокогорное земледелие. Среднегорный рельеф характеризуется более низкими абсоюотными высотами с амплитудой относительных колебаний высот от 0,5 до 2 км. Склоны менее крутые, поэтому покрыты щебнистым материалом и, как правило, находятся под лесами. Распространены практически во всех горных системах России. Низкогорный рельеф характеризуется низкими абсолютными отметками и амплитудой относительных колебаний менее 0,5 км. Распространен этот тип по окраинам высоких и среднегорных систем. Селыовый рельеф характеризуется амплитудой относительных колебаний в пределах 100-200 м. Межгрядовые долины заполнены ледниковыми отложениями. Встречается в Карелии и на Кольском полуострове. Структурный, или пластовый тип рельефа представлен плоскими, горизонтально залегающими пластами осадочных пород, устойчивыми к процессам денудации. В этом типе рельефа также выделяется несколько подтипов. Плоскогорья высотой до 1 км, наибольшее распространение имеют в Средней Сибири. Плато имеют высоту до 400 м. Распространены на северо-западе и востоке Европейской части России. Куэсты - узкие плато, имеющие наклон в одну сторону. Распространены в Крыму и на Северном Кавказе. Скульптурный, или эрозионный тип рельефа представлен равнинами, которые образавались в результате речной и плоскостной эрозии, морской абразии. Они имеют разную степень расчленения. Мощность четвертичных отложений более высокая в нижних частях склонов и в понижениях. Эрозионный тип рельефа характерен- для Среднерусской, окраинных частей Океко-Донской и Среднеднепровской возвышенностей и Западно-Сибирской низменности. Аккумулятивный, или насыпной тип рельефа характеризуется накоплением рыхлых четвертичных отложений в областях погружения. Он включает несколько подтипов. Аллювиальные равнины- это слабо поиижеиные плоскохолмистые и плосковолнистые территории, охватывающие значительные части бассейнов крупных рек и их притоков. Они имеют мощную толщу четвертичных отложений, до нескольких десятков метров, представленных современными и древнеаллювиальными nесчаными и суглинистыми отложениями. Аллювиальные равнины слабо расчленены, часто заболочены. К аллювиальным равнинам относится Ярославско-Костромская, Марийская. Огромная озерно-аллювиальная равнина расположена на юге Западной Сибири в бассейнах рек Иртыша и Тобола. Ледниковый и водно-ледниковый аккумулятивный рельеф представлен холмистыми, холмисто-увалистыми равнинами, сложенными маренными и водно-ледниковыми отложениями. Такой рельеф занимает большие площади на северо-западе и севере европейской части России и на севере Западно-Сибирской низменности. Они представлены зандровыми равнинами в ВИде плоских конусов выноса подледниковых потоков и специфических маренных образований в виде холмов и валов высотой 20-25 м, получивших название озы, камы, друмлины. Морской аккумулятивный рельеф представлен плоскими и плоско-волнистыми формами на побережье Северного Ледовитого океана и в Прикаспийской низменности. Они сложены морскими отложениями. Эоловый аккумулятивный рельеф имеет наибольшее распространение в песчаных пустынях Средней Азии, а также на побережьях морей и озер. Для них характерны такие формы как барханы, бугристые и грядовые пески. Приморские, приозерные и приречные
8.Виды воды в почвах (водные свойства). Вода играет огромную роль в жизни Земли – без нее нет жизни. Вода обладает большой подвижностью, передвигается даже в твердом состоянии. В жидком состоянии вода двигается под действием силы тяжести, в парообразном – за счет диффузии и пассивно с воздухом. Благодаря большой подвижности и способности переносить различные вещества вода играет большую роль в обмене веществ. Воды как поверхностные так и грунтовые, играют огромную роль в процессах почвообразования. Эта роль заключается в первую очередь в формировании окислительно-восстановительного режима почвы. При глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии застоя поверхностных вод в почвенном профиле создаются аэробные условия и протекают окислительные явления, которые сопровождаются интенсивной минерализацией органического вещества. В таких условиях формируются автоморфные почвы, не имеющие признаков заболачивания. Автоморфные почвы всегда содержат значительно меньше гумуса, различия их с полугидроморфными могут достигать 2 раз. Например, в автоморфных дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах на лессовидных суглинках обычное содержание гумуса составляет 1,5-2,0%, а в глееватых и глеевых – 3,0-4,0%. В дерново-подзолистых песчаных эти показатели составляют соответственно 1,0-1,5 и 2,0-2,5 %. При избыточном увлажнении, обусловленном близким залеганием грунтовых вод и застоем поверхностных вод в пониженных элементах рельефа, развивается болотный процесс почвообразования. Особенностью болотного процесса почвообразования являются анаэробные условия и восстановительные процессы. В анаэробных условиях уменьшается активность окислительных процессов, что приводит к ослаблению минерализации органического вещества. На поверхности почвы накапливаются полуразложившиемся органические останки в виде торфа, которому свойственна высокая гидрофильность и влагоемкость, а также низкая аэрация при избыточном увлажнении, ведет к дальнейшему развитию процессов заболачивания. Почвенная влага – основной ресурс для построения тела растений и важнейший фактор, определяющий условия существования сельскохозяйственных культур и обработки почвы. Вода необходима для растений в значительно больших количествах, чем другие средства питания растений. Необходимо отметить, что значительная часть элементов питания усваивается растениями, а характерной особенностью воды является ее непрерывное, одностороннее передвижение из почвы через корни растений вверх по стеблю к листовой поверхности, где она испаряется в атмосферу. Растения, произрастающие на влажной почве, в
