Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Рассмотрим процессы превращения горной породы в почву. Так как почвообразовательный процесс совершается при непременном участии живых организмов, можно сказать, что образование почв началось тогда, когда появились жизнь на Земле.

Этому предшествовали процессы физического и химического выветривания плотных горных пород, находящихся на земной поверхности. В тонкой поверхностной корочке выветривающейся плотной горной породы поселились первые живые организмы (микроорганизмы) и начался почвообразовательный процесс, который получил название первичного почвообразовательного процесса.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Образование почвы

С тех пор прошли миллионы лет. Плотные горные породы в результате выветривания превратились в рыхлые осадочные обломочные горные породы. На них также образовывались почвы, но в результате геологической деятельности ветра, моря, ледников, талых и дождевых вод и т. д. они уничтожались.

Перемешивались с рыхлыми массами пород и откладывались в виде новых осадочных обломочных пород. Эти процессы совершались многократно. Почвообразовательный процесс на них начинался снова, но постепенно в таких породах стали отчетливо проявляться «почвенные» признаки, которые получили развитие при современном почвообразовании.

Уделим особое внимание рассмотрению общей схемы современного почвообразовательного процесса на осадочных обломочных смешанных горных породах, отложенных на равнинных территориях России в последнее геологическое время.

Известно, что бесплодные рыхлые горные породы, превращаясь в почвы, претерпели большие качественные изменения, но у всех у них, несмотря на различия в минералогическом составе, сформировался общий качественный признак —плодородие, т.е. способность производить урожай растений.

В каждой природной зоне в зависимости от конкретных природных условий, названных В. В. Докучаевым факторами почвообразования—растительности и животных организмов, климата, материнских пород, рельефа и продолжительности течения процессов почвообразования, сформировались разные как по внешнему виду, так и по уровню плодородия почвы.

Этапы изменений горных пород, в результате которых сформировались современные почвы

  1. Начальный этап изменений, или первичный почвообразовательный процесс.
  2. Второй этап изменений характеризовался дальнейшим выветриванием горных пород с образованием рыхлых осадочных пород и накоплением в них «почвенных» признаков в результате последующих (за первичным) почвообразовательных процессов и неоднократного переотложения преобразованных пород ветром, морем, реками, ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами с образованием новых рыхлых пород.
  3. Завершающий этап — образование современных почв и их качественного признака — плодородия.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Первичный почвообразовательный процесс

Это совокупность явлений, происходящих в верхней корочке плотной массивной горной породы, изменившейся под влиянием физического и химического выветривания, или в поверхностном слое рыхлой осадочной обломочной горной породы под влиянием простейших организмов. Первыми поселенцами на горных породах были бактерии и синезеленые водоросли.

Потом появились диатомовые водоросли и грибная микрофлора. Поверхность горной породы приобрела буроватый оттенок под влиянием органических соединений, выделяемых простейшими организмами при жизни, а также остающихся после их отмирания и перегнивания. Часть органических соединений вступала в реакцию с минеральными веществами с образованием органо-минеральных комплексов.

Постепенно улучшались условия минерального питания живых организмов за счет повышения доступности минеральных элементов благодаря продолжающимся процессам выветривания и развивающейся поглотительной способности почв.

В связи с изменением физического состояния горной породы стало улучшаться обеспечение живых организмов водой. Создались условия для поселения более требовательных к условиям жизни организмов — лишайников и мхов, а далее и высших растений.

В настоящее время первичный почвообразовательный процесс можно наблюдать в горных областях на голых скалах или, например, кратковременно протекающий почвообразовательный процесс на донных морских отложениях, только что вышедших на поверхность в результате регрессии моря. Так как морские породы находятся на втором этапе накопления «почвенных» признаков, на них быстро начинается современный почвообразовательный процесс.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Второй этап изменений горных пород

В горных породах продолжало накапливаться органическое вещество как результат древних почвообразовательных процессов, развивалась поглотительная способность. Благодаря рыхлости пород в них постоянно содержались воздух и вода.

  1. что создавало условия для активного химического выветривания составляющих пород минералов;
  2. возросли количество и доступность живым организмам минеральных элементов;
  3. формировались водные растворы различного ионного состава, которые передвигались в толще рыхлых пород, вступая в химические реакции; изменился температурный режим рыхлых пород по сравнению с плотными породами и т. д.

Рыхлые осадочные обломочные породы с дочетвертичными почвами в последний четвертичный геологический период подверглись очередному переотложению ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами, ветром, морем, реками. Образовались новые почвообразующие породы (см. табл. 4).

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Третий, завершающий этап

Это преобразование горных пород под влиянием нового почвообразовательного процесса, результатом которого явилось формирование современных почв.

Рассмотрим общую схему почвообразования на современных осадочных обломочных смешанных горных породах. Прежде всего уточним, что такое почвообразовательный процесс.

Почвообразовательным процессом, по определению А. А. Роде, называется совокупность явлений образования, изменения и передвижения веществ и энергии, протекающих в верхнем слое материнской породы, превращающейся в почву.

Агентами почвообразовательного процесса являются растения, организмы и продукты их жизнедеятельности, вода, кислород и диоксид углерода, которые действуют неодинаково в различных природных зонах, что приводит к образованию в каждой природной зоне типичных только для нее почв с характерными свойствами и режимами.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Остановимся на главных изменениях, произошедших в материнских породах на завершающем этапе их превращения в почву под влиянием агентов почвообразования:

  1. Произошло образование нового органического вещества (гумуса) в верхних слоях материнской породы специфической природы, сложного по химическому составу. В этом процессе основную роль сыграли растения и животные организмы как накопители и преобразователи органического вещества.
  2. В почвах разных природных зон установились определенное процентное содержание гумуса и его качественный состав. Химические процессы в почве с участием органического вещества (гумуса) оказали решающее влияние на направление почвообразовательных процессов, определили практически все свойства почв.
  3. Возросли содержание биофильных минеральных элементов и их доступность растениям в верхних частях породы благодаря продолжающимся процессам выветривания минералов и «перекачке» элементов из нижних слоев породы корневыми системами растений.
  4. Элементы включались в состав растений, наибольшая органическая масса которых всегда образовывалась в верхней части почвы (рис. 3). При ежегодном перегнивании органической массы минеральные элементы высвобождались, и в течение тысячелетий их распределение по профилю почвы изменилось.
  5. Произошло накопление соединений азота как источника питания растений в результате жизнедеятельности азотфиксирующих, нитрифицирующих и аммонифицирующих микроорганизмов.
  6. В почвах установился определенный пищевой режим благодаря биологическому (малому) круговороту веществ в системе почва — растения — животные организмы — почва. Однако из этого круговорота часть элементов ежегодно вовлекается в геологический (большой) круговорот веществ в природе.
  7. Геологический круговорот элементов может быть представлен следующей упрощенной схемой: вместе с фильтрующимися через породы растворами элементы, ранее содержавшиеся в почве., попадают в грунтовые воды.
  8. Далее в реки и моря; там усваиваются морскими организмами; после их отмирания входят в состав донных осадочных пород, которые в результате тектонических процессов земной коры могут при подъеме дна моря снова оказаться на поверхности и войти в состав почв.
  9. Сформировалось важное свойство почв — поглотительная способность, которая определяется коллоидными свойствами органической и минеральной частей твердой фазы почв, ее пористостью, большой удельной поверхностью гранулометрических компонентов, реакционной химической способностью твердой фазы и почвенных растворов, особенностями усвоения элементов живыми организмами.
  10. Установились реакция почв (кислая или щелочная), соотношение протекающих в почве окислительных и восстановительных процессов (Red-Ox-потенциал), концентрация и ионный состав почвенных растворов.
  11. Образовалась макро- и микроструктура в результате склеивания природными «цементами» (органическими, кальциевыми, кремниевыми и др.) механических элементов твердой фазы почв в комочки разной величины и формы, отличающиеся устойчивостью к физическому разрушению и разрушению водой.
  12. Установились водные, воздушные, тепловые свойства и режимы почв в соответствии с климатическими условиями, гранулометрическим составом твердой фазы, ее плотностью, структурным состоянием, состоянием поверхности почвы (окраска, покрытие растениями, выравненность) и другими факторами.
  13. Сформировались определенные микробиологические ценозы с различным соотношением групп микроорганизмов, численностью микрофлоры и интенсивностью ее деятельности в зависимости от типа произрастающей растительности, содержания и качественного состава органического вещества в почве, ее реакции, направленности пищевого, водного, воздушного и теплового режимов.
  14. Установился в почвах аллелопатический режим в результате продуцирования и выделения в окружающую среду (в почву и атмосферу) растениями и микроорганизмами физиологически активных веществ, ингибирующих другие растения и микроорганизмы.
  15. Сформировался благодаря живым организмам, прежде всего растениям и микроорганизмам, почвенный ферментативный комплекс; ферменты (энзимы) катализируют многие важнейшие почвенные биохимические реакции, в том числе процессы гумусообразования, превращение азот- и фосфорсодержащих органических соединений, веществ углеводного характера и др.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Рассмотренный комплекс свойств и режимов является особенностью почв, отличает их от материнских пород, обеспечивает получение урожая сельскохозяйственных растений и носит название «плодородие». Все эти свойства и режимы будут подробно изложены во второй части учебника, от знания и умения правильно регулировать их при проведении агромероприятий зависит успех в работе земледельцев.

Почвы, их свойства и режимы не остаются неизменными. Такими они являются только на современном этапе их развития, но продолжают эволюционировать под воздействием природных факторов (климата, растительности, животных организмов и др.).

Изменения свойств и режимов почв довольно быстро происходят под влиянием антропогенного фактора в результате распашки человеком целинных земель.

В этом случае прерывается течение установившихся природных почвенных процессов, а проведение приемов осушения, орошения, химической мелиорации, внесения органических удобрений и других мероприятий дает почвообразовательному процессу новое направление.

В течение почвообразовательного процесса изменяется внешний вид почвообразующей породы, происходит дифференциация материнской породы на слои, или генетические горизонты, обладающие разными свойствами, что в большой степени связано с передвижением с почвенными растворами в верхней толще породы продуктов выветривания и почвообразования и совершающихся реакций.

Для каждого генетического горизонта типичны свои внешние, или морфологические, признаки (окраска, структура, сложение, новообразования и др.), отражающие их отличия в химическом, гранулометрическом, минералогическом составах, физических свойствах и т. д.

В зависимости от конкретных почвенных процессов в почвах разных природных зон сформировались свои генетические горизонты, определенное сочетание которых составляет профиль почв.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Характеристика почвенных процессов и их влияние на плодородие

Почвенные процессы подразделяют на три группы (по А. А. Роде): микро-, мезо- и макропроцессы, в результате которых формируются свойства почв и их режимы, обусловливающие плодородие.

Микропроцессы

Под их влиянием осуществляются элементарные превращения и перенос веществ (увлажнение — высыхание, растворение — осаждение, нагревание — охлаждение, сорбция, окисление органического вещества отмерших растений, образование комплексных органо-минеральных соединений, трансформация минералов и т. д.). Микропроцессы специфических почвенных признаков не формируют.

Мезопроцессы

Это определенные комплексы элементарных биотических и абиотических микропроцессов, воздействие которых приводит к формированию отдельных генетических горизонтов и специфических признаков и свойств в профиле почв, но не типов почв: подзолистый процесс, дерновый, солонцовый, осолодения, оглеения, лессиваж и др. Все эти процессы будут охарактеризованы в третьей части учебника при рассмотрении особенностей почвообразования, типов почв и их плодородия разных природных зон.

В качестве примера рассмотрим, из каких основных микропроцессов складывается подзолистый процесс, в основе которого лежат химическое разрушение минеральной части почвы и вынос некоторых продуктов разрушения в нижнюю часть профиля почвы и за ее пределы:

  • разложение лесного опада микрофлорой, образование фульвокислот,
  • химическое взаимодействие фульвокислот с минералами,
  • образование низкомолекулярных органических кислот и других органических соединений,
  • их взаимодействие с минеральной частью почвы,
  • избыточное сезонное увлажнение почв,
  • развитие восстановительных реакций,
  • нисходящие токи почвенных растворов с выносом минеральных и органо-минеральных соединений,
  • трансформация части соединений по пути транспорта с осаждением из почвенных растворов, развитие кислотности.

В результате подзолистого процесса под лесной подстилкой или под гумусовым горизонтом обособляется подзолистый горизонт белесого цвета, обычно пластинчатой структуры, более легкого гранулометрического состава, обогащенный диоксидом кремния, обедненный железом, марганцем и элементами питания растений, с повышенной кислотностью, низкой катионной емкостью поглощения.

Под подзолистым горизонтом образуется иллювиальный горизонт, или горизонт вмывания, буровато-коричневого цвета с белесоватой кремнеземистой присыпкой (SiО2), тяжелого гранулометрического состава, обогащенный железом и алюминием, кислоторастворимыми фосфором и калием, с высокой катионной емкостью поглощения, с наиболее высокой обменной кислотностью в профиле почв.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Макропроцессы

Это совокупность мезопроцессов, формирующих тип почвы, т.е. все генетические горизонты профиля. Например, для формирования дерново-подзолистых почв необходимо течение дернового и подзолистого процессов, в их образовании участвует также процесс лессиважа, а в условиях длительного избыточного увлажнения — процесс оглеения.

В профиле почв признаки течения этих процессов хорошо выражены морфологически, а генетические горизонты имеют характерные для них состав и свойства с определенной профильной закономерностью их изменения.

Признаки почв, возникшие в результате течения современных почвенных процессов, называются рецептными. Кроме них выделяют признаки остаточные, полученные от материнской породы.

Направленность почвенных процессов может изменяться, как было показано, в связи с изменением со временем условий почвообразования.

Например, могут смениться тип растительности, характер увлажнения почвы и т. д. Это приведет к тому, что появятся новые признаки, а старые еще не исчезнут; по ним можно будет судить об эволюции почв. Такие признаки, оставшиеся от прежних почвенных процессов, называют реликтовыми.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Факторы почвообразования

Изменения в материнских породах в результате процессов почвообразования происходили по-разному в зависимости от состава произрастающей растительности, минералогического состава и свойств самой материнской породы, количества выпадающих осадков, положения породы по рельефу и т. д.

Эти условия почвообразования, влияющие на скорость почвенных процессов и их результативность, выраженную в уровне плодородия почв, по предложению В. В. Докучаева называют факторами почвообразования.

К ним относятся растительность и животные организмы, материнская порода, климат, рельеф и возраст почв (продолжительность и скорость почвообразования). Кроме этих пяти факторов имеется еще шестой особый фактор — производственная деятельность человека.

Растительность и животные организмы

Главными группами живых организмов этого биологического фактора почвообразования являются древесная и травянистая растительность, мхи, лишайники и водоросли, микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты), простейшие, насекомые, беспозвоночные и позвоночные животные.

В каждой природной зоне в естественных условиях установились определенные комбинации этих организмов, называемые биологическими ценозами. Первостепенная роль в накоплении биомассы в биологических ценозах, а также в почвообразовании принадлежит растениям, поэтому В. Р. Вильяме назвал природные биоценозы растительными формациями.

Он различал:

  • деревянистые формации (таежные хвойные леса, широколиственные леса, влажные субтропические леса и др.),
  • деревянисто-травянистые формации (ксерофитные леса, саванны и др.),
  • травянистые формации (суходольные и заболоченные луга умеренного пояса, представленные характерными ассоциациями растений, травянистые прерии, степи и т. д.),
  • пустынные формации и лишайниково-моховые (тундры, верховые болота и др.).

Ежегодный общий прирост растительной биомассы в субтропических лиственных лесах, по данным Л. Е. Родина и Н. И. Базилевич, колеблется в пределах 30 т/га и более, в луговых черноземных степях — около 15, в сосняках и ельниках южной тайги — 6—8 и в тундре — до 1 т/га.

Ежегодно в почву возвращается после разложения отмершей растительной массы зольных элементов и азота соответственно около 0,8; 0,7; 0,05—0,15 и 0,04 т/га. Наибольшая масса корней по сравнению с надземной массой отмечается у травянистых растений степных областей (70—85 %), а наименьшая — у древесных (15—30 %).

От состава и деятельности организмов, входящих в растительные формации, зависит общая масса создаваемого ими органического вещества. От характера поступления растительных остатков в почву (в лесных ценозах в основном на почву сверху, а в травянистых—в верхние слои почвы), зольного состава растительных остатков, степени биогенности почв

Качественного состава микрофлоры (с учетом влияния других факторов почвообразования) зависят направление процессов гумусообразования, содержание гумуса в почвах, его качественный состав, формирование разной мощности гумусовых горизонтов и в конечном счете образование разных типов почв, отличающихся агрономическими свойствами. В связи с этим в почвообразовании синтез и разрушение органического вещества в почве называют сущностью почвообразовательного процесса.

В состав биоценозов входят почвенные водоросли. Они, так же как и высшие растения, являются продуцентами органического вещества, но их продуктивность гораздо ниже. Водоросли встречаются в почвах всех природных зон.

Их численность и биомасса варьируют в зависимости от влажности, условий освещения и солевого режима даже в одной и той же почве. Количество клеток водорослей в 1 г почвы составляет от 5 тыс. до 1,5 млн, биомасса в слое 0—10 см иногда может достигать сотен килограммов на гектар, а годовая продукция органической массы от 50 до 1500 кг/га.

Масса водорослей, преобразованная живым населением почв, входит в состав органического вещества почв. Водоросли оказывают влияние на накопление азота, режим кислорода и СО2 в почвенном воздухе, структуру почв.

В различных биоценозах установился определенный микробиологический комплекс, характеризующийся количественным и качественным составом микрофлоры (бактерий, грибов и актиномицетов). Общее количество микроорганизмов в почвах измеряется десятками и сотнями миллионов, достигая 2—3 млрд на 1 г окультуренных почв.

Масса микроорганизмов составляет от 3 до 7 т/га, или 1—2 т/га сухого вещества. Во всех почвах всегда преобладают бактерии. В почвах под лесом подавлена жизнедеятельность азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий, снижена активность бактерий, разлагающих клетчатку.

Наибольшее количество микроорганизмов находится в прикорневой зоне (ризосфере) растений и в верхних горизонтах почв, что зависит от содержания органического вещества. Активность микроорганизмов имеет сезонную динамичность в связи с изменяющимся поступлением в почвы тепла и влаги.

Роль микроорганизмов многогранна. Они, так же как растения и водоросли, являются источником органического вещества в почве. Под влиянием микроорганизмов происходят процессы гниения органической массы, созданной всем живым населением почвы, они участвуют в азотфиксации атмосферного азота, преобразовании различных химических соединений почв и т. д.

В жизни почв определенную роль играют лишайники. Это симбиотические организмы, тело которых состоит из двух компонентов—грибного и водорослевого. Для почвоведения особый интерес представляют две экологические группы лишайников: напочвенные и наскальные.

Напочвенные лишайники не выдерживают конкуренции с высшими растениями и редко встречаются на плодородных почвах. Поэтому они обычны на песках, в тундрах, полупустынях, на торфяниках. Лишайники особенно обильно развиваются в сухих сосняках, образуя сплошной покров.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Наскальные группы представлены в основном видами накипных форм. При почвообразовании лишайники оказывают на минеральные массы пород как физическое, так и химическое воздействие. Они образуют сложные органические кислоты, главным образом полифенольного ряда, обладающие хелатирующими свойствами, связывающими катионы выветривающихся минералов.

В почвообразовании активное участие принимают животные организмы (почвенная фауна), которые преобразуют органические остатки в результате питания, способствуя гумусообразованию и образованию агрономически ценной структуры.

Перемешивают минеральную массу почвы с органической, активизируя химические реакции между ними, изменяют пористость почв, а следовательно, их воздухоемкость и водопроницаемость, влияют на биологическую активность почв и т.д. Учитывая особенности образа жизни и влияние на почву животных разных размеров, их делят на три группы: микро-, мезо- и макрофауну.

  1. Микрофауна. Включает многоклеточных микроскопических животных: коловраток, нематод, ногохвосток. Их распределение в почве зависит от мертвых растительных остатков и гумуса. Микрофауна не влияет на порозность и другие физические свойства почв из-за малых размеров животных.
  2. Мезофауна. К ней относятся видимые глазом животные, в основном членистоногие, которые живут в полостях и могут мигрировать по профилю почв по трещинам и крупным порам.
  3. Макрофауна. Представлена в почве дождевыми червями, многоножками, личинками насекомых. Для передвижения в почве они прокладывают себе ходы. В этой группе особо выделяются крупные животные — землерои.

Количество червей может достигать 1—3 млн особей в 1 га пахотного слоя, которые выбрасывают в почву ежегодно более 100 т органо-минеральной массы, прошедшей через их организм. Наличие достаточного количества червей в пахотной почве является хорошим показателем ее биологического состояния.

Которое может ухудшаться в случаях недостаточного внесения в пахотные почвы органических удобрений на фоне возрастающих доз минеральных удобрений и неправильного применения пестицидов при возделывании сельскохозяйственных культур.

Около 95 % всех насекомых часть или всю жизнь проводят в почве, преобразуя в результате питания органические остатки, изменяя химический состав твердой фазы почвы и ее физические свойства.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

В почвах, особенно целинных степных областей, живет большое количество землероющих и других животных (суслики, кроты, степные мыши, полевки и т. д.). Их деятельность может быть настолько активной, что отдельные почвы получили название перерытые.

Землерои в результате выбросов почвы и породы на поверхность земли в виде бугорков создают своеобразный микрорельеф, играющий особенно большую роль в почвообразовательных процессах засушливых областей.

В результате даже краткого рассмотрения влияния растительных и животных организмов на процесс образования почвы можно сделать вывод о том, что биологический фактор является ведущим в почвообразовании.

На это уже обращалось внимание при рассмотрении общей схемы почвообразовательного процесса. Ведущим он является потому, что играет главную роль в обмене веществ и энергией между почвой, растениями и животными организмами. Без этого обмена почва образоваться не может.

Но результат такого обмена, который привел к формированию в природной среде разных по составу и свойствам почв, зависел от комплекса конкретных условий почвообразования (или факторов почвообразования), сложившихся на той или иной территории.

При освоении целинных территорий под пашню резко изменяется состав всего живого населения почв, формируются агробиоценозы, значительно отличающиеся от природных биоценозов составом организмов.

В связи с этим изменяются направление природных процессов почвообразования, состав и свойства почв. Очень важно в этом случае создать наилучшие условия для жизнедеятельности компонентов агробиоценозов, обеспечивающих повышение плодородия почв.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Материнская, или почвообразующая, порода

Само название породы указывает на то, что она является основой, или основной массой, почвы. Материнские породы на территории России большей частью представлены четвертичными осадочными смешанными горными породами (см. табл. 4).

Они передают образующимся на них почвам свой минералогический и гранулометрический состав и те «почвенные» признаки (водо- и воздухопроницаемость, влагоемкость, количество доступных для растений элементов питания и т.д.), которыми стали обладать, превращаясь в течение миллионов и миллиардов лет в рыхлые породы из плотных массивных горных пород.

Чем разнообразнее минералогический состав материнских пород, тем плодороднее на них образуются почвы, так как создается для растений лучший пищевой режим. Большей частью богатство материнской породы минералами сочетается с ее гранулометрическим составом.

Более легкие по гранулометрическому составу породы и почвы оказываются, как правило, более бедными по минералогическому составу, так как в них больше содержится песчаных фракций, состоящих из диоксида кремния — минерала, довольно устойчивого к выветриванию.

Минералогический состав материнской породы оказывает большое влияние на направление почвообразовательных процессов. Например, карбонатность породы препятствует течению подзолистого процесса, так как СаСО3 нейтрализует фульвокислоты и таким образом устраняется их разрушающее действие на минералы.

Карбонатность породы способствует течению гумусово-аккумулятивного процесса, образованию водопрочной структуры. Гранулометрический состав материнской породы влияет на формирование профиля почвы.

Так, песчаные и супесчаные дерново-подзолистые почвы имеют более растянутые генетические горизонты, так как в результате повышенной их водопроницаемости нисходящие токи почвенных растворов изменяют породу на ббльшую глубину.

Глинистый гранулометрический состав породы может способствовать заболачиванию из-за плохой водопроницаемости. Заболачиванию также может способствовать бедный минералогический состав породы.

В этом случае развивающиеся почвы не могут нормально удовлетворять травянистые растения в элементах питания, создаются условия для господства моховой растительности, менее требовательной к минеральному питанию.

Со временем происходит накопление моховой органической массы, обладающей повышенной влагоемкостью, что приводит к накоплению воды и заболачиванию. Так образуются болота, называемые верховыми, в отличие от низинных болот, образующихся на переувлажненных территориях.

В результате почвообразования и продолжающихся процессов выветривания материнская порода частично теряет свойства, которыми она ранее обладала. Изменяется ее минералогический состав, так как образуются вторичные минералы, происходит вынос карбоната кальция за пределы почвенного слоя, почвы могут засоляться в результате выпотного типа водного режима и т. д.

Изменяется гранулометрический состав породы в результате оглинивания и гумусообразования. Например, подзолистый процесс почвообразования приводит к возникновению генетических горизонтов, резко отличающихся по минералогическому и гранулометрическому составу.

Более легкий подзолистый и тяжелый иллювиальный горизонт, залегающий под подзолистым, создает условия для формирования в весеннее время в подзолистом горизонте верховых вод.

Изменения материнских пород в результате почвообразовательных процессов могут быть самыми различными при разном сочетании факторов почвообразования.

Ранее мы рассказывали про Сероземы

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Климат

Климат определяет поступление лучистой энергии солнца, тепла и влаги на земную поверхность, в результате создается определенный гидротермический режим почв. Следовательно, от климата зависят условия жизни биологического фактора почвообразования, а также направление и скорость биологических и абиотических процессов.

Климат характеризуется комплексом показателей, но для понимания процессов почвообразования в почвоведении используют только некоторые: годовое количество осадков, коэффициент увлажнения почв, среднегодовую температуру воздуха, средние многолетние температуры января и июля, сумма среднесуточных температур воздуха за период с температурой выше 10 ˚С, продолжительность этого периода, длина вегетационного периода.

Учитывая важность гидротермического режима для почвообразования, иногда целесообразно подразделять климат на группы не по комплексу показателей, а только по температурным условиям или особенностям увлажнения почв (табл. 5 и 6).

Климатические показатели имеют зональную (поясную) изменчивость, что предопределило образование на земном шаре растительных и почвенных зон. Однако в каждой почвенно-климатической зоне кроме преобладающих типов почв встречаются также и другие почвы, что определяется в большой степени неодинаковым гидротермическим режимом почв разных территорий одной и той же климатической зоны.

Оказывающим влияние на формирование биоценозов и течение почвенных процессов. Например, это связано с рельефом, который перераспределяет тепло и воду. Нижние части склонов всегда больше увлажнены, а склоны южной экспозиции получают больше солнечного тепла. Песчаные почвы прогреваются быстрее и глубже, чем глинистые; нагреваемость почв и пород зависит от их окраски.

5. Группы климата по сумме среднесуточных температур воздуха

Группа

Климат

Сумма среднесуточных температур воздуха за период выше 10°С, °С

1

Холодный (полярный)

Менее 600

2

Холодно-умеренный (бореальный)

600-2000

3

Теплоумеренный (суббореальный)

2000-3800

4

Теплый (субтропический)

3800-8000

5

Жаркий (тропический)

Более 8000

 

6. Группы климата по величине отношения годового количества выпадающих осадков к испаряемости*

Группа

Климат

Коэффициент увлажнения (по Высоцкому-Иванову)

1

Очень влажный (экстрагумидный)

Более 1,33

2

Влажный (гумидный)

1,33-1,00

3

Полувлажный (семигумидный)

1,00-0,55

4

Полусухой (семиаридный)

0,55-0,33

5

Сухой (аридный)

0,33-0,12

6

Очень сухой (экстрааридный)

Менее 0,12

* Испаряемость — годовое испарение с открытой водной поверхности, мм.

Некоторые климатические воздействия способствуют развитию водной и ветровой эрозии почв и пород: интенсивно выпадающие осадки в теплое время, интенсивное весеннее снеготаяние, наличие периодов без осадков с активным испарением влаги из почвы и сильными ветрами.

Для климатических показателей характерна динамичность в течение суток, недели, месяца, года, а это определяет динамичность протекающих в почвах процессов и влияет на эволюцию почв. Ученые обратили внимание на выраженность вековых природных климатических циклов с нарастающими к концу века возмущениями климата: бури, засухи, наводнения и т. д.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Происходят также медленные глобальные изменения климата в течение десятков тысяч лет. Напомним, что в начале четвертичного геологического периода Скандинавский полуостров, Северный Урал и другие территории являлись очагами оледенений. На европейской территории России в настоящее время продолжается медленное потепление климата.

В агрономической практике используют приемы, которые помогают значительно ослабить или устранить неблагоприятные климатические воздействия на почвы и сельскохозяйственные растения. Недостаток осадков восполняют орошением, избыточное увлажнение почв — осушением.

Накопление влаги достигают снегозадержанием и регулированием снеготаяния полосным зачернением снеговой поверхности поперек склона торфяной или земляной пылью, золой; испарение влаги уменьшают мульчированием поверхности почвы соломой, торфом и другими материалами.

Можно значительно уменьшить губительное воздействие суховеев в степных районах, повысить влажность почв и относительную влажность воздуха, препятствовать высокой нагреваемости почв с помощью посадки лесных полос.

Нагреваемость почвы и освещенность при возделывании сельскохозяйственных культур можно регулировать нормой высева семян или густотой посадки культуры, шириной и направленностью междурядий (желательно с севера на юг) и т. д.

Земледельцы должны хорошо знать, какие агротехнические приемы к каким изменениям гидротермического режима почв приводят, чтобы благоприятно влиять на течение почвенных процессов, повышение плодородия почв.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Рельеф

Главная роль рельефа заключается в том, что он перераспределяет воду и тепло. Склоны южной экспозиции являются наиболее теплыми и сухими, им следует отдавать предпочтение при выборе участков под сады. На южных склонах почвы раньше поспевают для обработки и посева сельскохозяйственных культур, глубже прогреваются, лучше освещаются солнцем.

В результате меньшей влажности почв южных склонов впитывание дождевой воды ими идет хуже, чем на склонах других экспозиций. Такие почвы больше подвергаются водной эрозии. Нижние части склонов переувлажняются за счет стекания талых и дождевых вод.

Перераспределение склонами атмосферной влаги и тепла вызывает изменения пищевого, воздушного, окислительно-восстановительного, солевого и других режимов. Создаются неодинаковые условия для жизнедеятельности биоценозов, синтеза и разложения органического вещества.

Поэтому на разных элементах рельефа формируются различные по свойствам почвы. Следует заметить, что глубина нахождения грунтовых вод больше зависит от геологического строения осадочных пород, чем от рельефа. Поэтому вызывает удивление, что на повышенных элементах рельефа грунтовые воды оказываются иногда ближе к поверхности.

В почвоведении различают три группы форм рельефа: макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф.

Макрорельеф

Характеризует общий облик большой территории: равнина (волнистая, увалистая, холмистая), горный рельеф. Макрорельеф сформировался в основном в результате тектонических процессов земной коры. Но в последующее время под воздействием экзогенных факторов и явлений получил характерные очертания: ледниковый рельеф, эрозионный рельеф.

Мезорельеф

Под ним понимают рельефные образования, из которых складывается макрорельеф: холмы, увалы, балки, долины рек и т.д. Они возникли под влиянием небольших тектонических поднятий и последующего длительного разрушения и переотложения осадочных обломочных пород ветром, дождевыми, талыми, речными, ледниковыми водами и другими факторами переноса и переотложения пород. В результате произошло общее выравнивание рельефа.

Микрорельеф

Характеризуется небольшими относительными колебаниями почвенной поверхности большей частью в пределах 5—15 см. Площадь микропонижений и микроповышений может быть от 0,5 до нескольких сотен квадратных метров.

Хорошо выраженный микрорельеф наиболее типичен для степных районов. Причинами его образования являются: просадка пород в результате снижения их карбонатности и засоленности при почвообразовании; действие землероев, образующих на поверхности холмики выброшенной почвы и породы.

Неравномерность густоты травостоя на микропонижениях и микроповышениях, так как почвы микропонижений более засоленные и солонцеватые вследствие обогащения их солями, стекающими с микроповышений талыми и дождевыми водами.

В результате органические и минеральные частицы выдуваются ветром с пересохших летом почти не покрытых растениями микропонижений и оседают на микроповышениях с повышенной густотой травостоя.

В связи с тем что на разных элементах микрорельефа создаются неодинаковый характер увлажнения и солевой режим, формируется пятнистое или комплексное распределение растительного, а следовательно, и почвенного покрова.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Более слабо микрорельеф выражен и в других почвенно-климатических зонах. В лесной зоне микроповышения формируются у прикорневой зоны деревьев в результате накопления органической и минеральной массы. Микрорельеф может образоваться в результате криогенных явлений, сноса верхних горизонтов почв и пород в местах водотоков талых и дождевых вод, карстовых и оползневых явлений и т. д.

На микропонижениях пахотных земель в результате переувлажнения сельскохозяйственные растения часто подвергаются вымоканию, а покрытые ледяной коркой — выпреванию на микроповышениях, слабо покрытых снегом, вымерзают в периоды низких зимних температур.

При выраженном микрорельефе семена растений при посеве не заделываются на строго определенную глубину, прорастают неравномерно, что снижает урожай. Поэтому выравнивание поверхности поля является важным агротехническим приемом.

Перераспределение осадков по склонам и глубина нахождения почвенно-грунтовых вод приводят к образованию разных по режиму увлажнения почв с соответствующими для них признаками.

Почвы автоморфного ряда переувлажнения не испытывают; в их профиле отсутствуют новообразования, связанные с развитием восстановительных процессов. Уровень почвенно-грунтовых вод у автоморфных суглинистых и глинистых почв ниже 4—6 м; капиллярная кайма не достигает почвенного слоя.

Почвы полугидроморфного ряда испытывают периодическое переувлажнение делювиальными водами; уровень почвенно-грунтовых вод высокий.

Капиллярная кайма поднимается в почвенный слой и влияет на развитие восстановительных процессов; в верхнем слое почв повышенное содержание органического вещества; в профиле могут встречаться глееватые и ржавые пятна.

Почвы гидроморфного ряда находятся длительное время под воздействием избыточного поверхностного и грунтового увлажнений с развитием отчетливых восстановительных процессов по всему профилю с образованием торфа (или перегнойной органической массы) и глея.

При развитии некоторых форм рельефа (образование оврагов, врезание долин рек в осадочные обломочные горные породы при понижении базиса эрозии и т.д.) может произойти естественное дренажирование территорий, сопровождаемое понижением уровня почвенно-грунтовых вод.

В результате в почвах изменяется направление почвообразовательного процесса. В качестве примера можно привести образование серых лесных почв в восточных регионах европейской части России из дерново-глеевых почв.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Возраст почв

Различают абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютный возраст исчисляется временем формирования почв с момента образования материнской породы до сегодняшнего дня.

Абсолютный возраст почв основной территории европейской части России составляет 60—80 тыс. лет, так как примерно столько лет назад произошло отложение материнских пород в период освобождения ее территории от четвертичных льдов и действия ледниковых вод.

Наибольший абсолютный возраст имеют почвы тропических областей (до миллиона лет), а наименьший — прирусловой части поймы, так как они ежегодно сносятся при разливе рек, а после окончания паводка почвообразовательный процесс начинается заново на свежеотложенных аллювиальных породах.

Относительный возраст почв характеризует скорость почвообразовательного процесса. Так, в лесной зоне слабоподзолистые почвы являются более молодыми по сравнению со средне- и сильноподзолистыми почвами, образовавшимися на одной территории, на тех же материнских породах. Это может быть связано с различным положением почв по рельефу.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Производственная деятельность человека

Производственная деятельность человека является мощным фактором изменения свойств природных почв и протекающих в них процессов, так как в результате освоения целинных земель под пашню течение естественных почвенных процессов прерывается.

Освоение под пашню больших площадей целинных земель на территории России произошло сравнительно недавно, во втором тысячелетии. Наиболее длительно в земледелии используются черноземы и серые лесные почвы.

В настоящее время накоплено много научных данных, подкрепленных практикой, позволяющих осуществлять в земледелии научно обоснованный комплекс агромероприятий по сохранению и повышению плодородия почв.

В результате земледельческого использования почв человек создал новые биоценозы — агробиоцвнозы. Возникли совершенно новые взаимоотношения культурных растений с животным населением почвы, с окружающей средой.

Земледельческое использование почв нарушило также установившийся естественный баланс органического вещества в почве в результате его отчуждения с урожаем. Поэтому обязательным агроприемом является внесение в почвы обоснованных доз органических удобрений.

В связи с различными требованиями сельскохозяйственных культур к плотности пахотного слоя, содержанию и соотношению в почве элементов питания, к реакции почв необходимо проводить разные системы обработки и удобрения почв, известкование кислых почв и гипсование щелочных.

Необходимо регулировать водный, воздушный и другие режимы почв. Несоблюдение комплекса агромероприятий приводит к быстрому ухудшению свойств почв, снижению их плодородия.

При осуществлении тех или иных агроприемов всегда следует помнить, что культурные растения в отличие от диких предъявляют повышенные требования к условиям обитания, в результате они дают несравненно более высокие урожаи. Задача земледельцев состоит в том, чтобы умело использовать почвы, которые являются главным нашим богатством.

Схема почвообразовательного процесса. Формирование плодородия почв

Взаимодействие факторов почвообразования

Оно привело к образованию почвенных зон с преобладанием в каждой из них характерных типов почв: подзолистых, серых лесных, черноземов, каштановых и др. Эти почвы называют зональными.

Почвенные зоны на равнинных территориях в основном совпадают с климатическими и растительными поясами или зонами (зона тундры, таежно-лесная, лесостепная, лугово-степная, сухо-степная и др.). По предложению В. В. Докучаева почвенные зоны равнинных территорий называют широтными или горизонтальными почвенными зонами.

Среди зональных почв встречаются также другие почвы. Их образование не подчиняется законам зональности, а обусловлено влиянием рельефа и различием в составе и свойствах материнских пород, которые корректируют на отдельных территориях зоны направление основного почвообразовательного процесса, изменяя количественный и качественный состав элементов, участвующих в почвообразовании, и гидротермические условия.

Это почвы:

  1. Так, в южнотаежной подзоне таежно-лесной зоны среди преобладающих дерново-подзолистых почв встречаются дерново-глеевые и дерново-карбонатные почвы.
  2. Во всех почвенных зонах имеются болотные и пойменные почвы.
  3. В сухостепной зоне среди каштановых почв характерно наличие солонцов. Указанные почвы, не имеющие преобладающего распространения в почвенных зонах, называют азональными или интразоналъными. Все они имеют в профиле некоторые признаки зональных почв, среди которых сформировались.

Факторы почвообразования, определяющие зональность почв (климат, растительность и животные организмы), закономерно изменяются поясами также в горных областях в связи с изменением высоты. Это привело к образованию почвенных зон, названных В. В. Докучаевым вертикальными.

Все они, за некоторым исключением, имеют аналоги среди горизонтальных почвенных зон:

  • нивальная — арктическая,
  • субнивальная — субарктическая,
  • горнотундровая — тундровая,
  • горно-лесная зона подзолистых почв — таежно-лесная зона подзолистых почв и т.д.

Наличие тех или иных вертикальных почвенных зон определяется высотой и расположением горной области в той или иной широтной почвенной зоне.

Особенностью вертикальной зональности является то, что в некоторых случаях горно-лесной зоне предшествует альпийская зона с горно-луговыми почвами, которая отсутствует среди широтных почвенных зон.

Сложность, прежде всего рельефа, иногда в горных областях изменяет последовательность смены почв по поясам, так как рельеф в горных условиях оказывает огромное влияние на перераспределение продуктов выветривания и почвообразования, развитие эрозии, на тепловой и водный режимы.

Контрольные вопросы и задания

  1. Когда начался почвообразовательный процесс на поверхности Земли?
  2. Какие изменения в горных породах произошли под влиянием первичного почвообразовательного процесса?
  3. Что подразумевается под накоплением «почвенных» признаков в осадочных обломочных горных породах в дочетвертичное время?
  4. Что называется почвообразовательным процессом?
  5. Какие главные изменения произошли в материнских породах в четвертичный период при превращении их в почву?
  6. Что такое малый биологический и большой геологический круговороты вешеств в природе?
  7. Что такое плодородие почв?
  8. Как подразделяются почвенные процессы и к каким изменениям материнских пород они приводят?
  9. Какие признаки почв называются рецентными, остаточными и реликтовыми?
  10. Назовите факторы почвообразования.
  11. Какое влияние оказывает каждый фактор почвообразования на почвенные процессы, состав и свойства почв?
  12. Каковы условия почвообразования и в каком направлении их можно изменить под воздействием агрономической деятельности человека?
  13. Что такое макро-, мезо- и микрорельеф, какое влияние они оказывают на почвообразование?
  14. Какие вы знаете группы почв по увлажнению?
  15. Какие почвенные зоны называются горизонтальными, а какие вертикальными, с чем это связано?
  16. Чем отличаются зональные почвы от ннтразональных?
  17. Перечислите особенности вертикальной зональности.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: