Факторы почвообразования

Почва – сложная динамическая система, в которой постоянно изменяются состав, свойства и энергия. Эти изменения составляют почвообразовательный процесс, зависящий от ряда факторов. В.В. Докучаев (отец русского почвоведения) выделил следующие факторы почвообразования: климат, рельеф, материнские породы, животный и растительный мир, возраст страны (время) и антропогенная деятельность человека.

В начале своих исследований ведущую роль в почвообразовании В. Докучаев отводил климату. В дальнейшем в его работах уже встречается иное высказывание «Почва и грунты есть зеркало яркое и вполне правдивое отражение – так сказать, непосредственный результат совокупного, весьма тесного, векового взаимодействия между Н₂О, воздухом, землей с одной стороны, растительными и животными организмами и возрастом страны с другой». Здесь подчеркивается значение биологического фактора, действующего совместно с другими факторами.

Климат как фактор почвообразования. Для того чтобы разобраться в сущности его участия в процессе почвообразования, расчленим его на два фактора: лучистую энергию Солнца и атмосферу.

Главный источник энергии для биологических и почвенных процессов – солнечная радиация. Она поглощается земной поверхностью, а затем постепенно излучается и нагревает атмосферу. От поступления на поверхность почвы лучистой энергии непосредственно зависит тепловой режим почвы. Кроме того, что тепло почва расходует на нагревание атмосферного воздуха, т. е. обмен энергией между почвой и атмосферой, часть тепла расходуется на испарение почвенной влаги. В результате ее испарения повышается концентрация почвенного раствора и возрастает его осмотическое давление. Велико влияние на ход почвообразовательного процесса и атмосферы. Первое-это обмен влагой между почвой и атмосферой, интенсивность и ход которого определяется годовой суммой осадков, их распределением в течение года и величиной суммарного испарения, от влажности воздуха и скорости ветра. Суммарное испарение складывается из испарения влаги осадков, задерживаемых растительным пологом, испарения с поверхности почвы и транспирации.

Совместным влиянием лучистой энергии Солнца и атмосферы определяются типы водного и теплового режимов почвы или, гидротермический режим. Последний влияет на скорость разложения и выщелачивания органических остатков, скорость распада минералов и др. Кроме того, атмосфера - источник кислорода для происходящих в почве процессов окисления, дыхания корней и разложения органических веществ, а также источник азота, его окислов, некоторых солей и пыли. Между атмосферой и почвой непрерывно проходит газообмен, главным образом кислородом из атмосферы и СО₂ из почвы.

Климат оказывает прямое и косвенное влияние на почвообразование. Прямое влияние проявляется в непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы осадками и ее промачивание, нагревание и охлаждение и т.д.), косвенное – через воздействие климата на растительный и животный мир.

Климат (осадки, температура) – это доминирующий и активный фактор в формировании почв. Непосредственное проявление климата на формирование почвы заключается в следующем:

1. накоплении карбонатов кальция и других солей на поверхности почвы в зонах с незначительным количеством осадков.

2. формировании кислых почв во влажных зонах с интенсивными процессами разложения и выщелачивания.

3. эрозии почв на склонах (водная эрозия), разрушении почвенного покрова в зонах ветровой эрозии.

4. определенное сочетание температурных условий и увлажнения обуславливает тип растительности, темпы создания и разрушения органического вещества, состав и интенсивность деятельности почвенной микрофлоры и фауны.

5. с климатическими условиями тесно связаны процессы превращения минеральных соединений в почве (направление и темп выветривания, аккумуляция продуктов почвообразования и т.д.).

Организмы и их роль в почвообразовании. В почвообразовании участвуют 3 группы организмов - зеленые растения на, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы. В процессе их жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования – синтез и разрушение органического вещества, избирательная концентрация биологически важных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и аккумуляция веществ и другие явления, составляющие сущность почвообразовательного процесса и определяющие формирование главного свойства почв – плодородия.

Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны.

Зелёные растения – единственный первоисточник органических веществ в почве. Основной функцией их как почвообразователей следует считать биологический круговорот веществ (почва – растение – почва). Следствие биологического круговорота – аккумуляция потенциальной энергии и элементов азотного и зольного питания растений в верхней части почвы, обуславливающая постепенное развитие почвенного профиля и основного свойства почвы – ее плодородия. Зеленые растения участвуют в трансформации минералов почв – разрушении одних и синтезе новых, в формировании сложения и структуры всей корнеобитаемой части профиля, влияют на физические свойства (плотность), реакцию (рН) почвы, регулируют водно-воздушный и тепловой режим. Характер участия зеленых растений в почвообразовании различен в зависимости от типа растительности и интенсивности биологического круговорота. Различают следующие растительные формации:

а) группа деревянистых формаций (таежные леса, широколиственные леса, влажные леса);

б) группа переходных деревянисто-травянистых формаций (ксерофитные леса, саванны);

в) группа травянистых формаций (суходольные и заболоченные луга, травянистые прерии, степи умеренного пояса);

г) группа пустынных формаций (суббореальная с летним циклом вегетации, субтропическая с зимним циклом вегетации и тропическая);

с) группа лишайниково-моховых формаций (тундры, верховые болота).

Каждая из названных растительных формаций характеризуется своими особенностями в составе органического вещества, в поступлении его из почвы, в процессах разложения органического вещества и во взаимодействии продуктов распада с минеральной массой почвы. Лесная растительность преобладает на земной поверхности по своей биомассе (10¹¹-10¹²т) она образует сложный многокомпонентный биоценоз в составе древесных, кустарниковых, травянистых и мохово-лишайниковых формаций. В различных условиях под разными типами леса формируются разные почвы (под хвойными лесами – подзол, под широколиственными лесами – бурые лесные почвы, под травянистыми лесами – серые лесные почвы и т.д.).

Травянистая растительность по суммарной биомассе несколько уступает лесным формациям (10¹⁰-10¹¹ т). Под луговой травянистой растительностью формируются дерново-подзолистые, дерновые и дерново-луговые почвы, под травянистой ксерофильной растительностью – черноземы, каштановые почвы и сероземы.

Микроорганизмы. В почве развиваются различные группы микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты) и водоросли. Их количество колеблется в широких пределах от миллионов до миллиардов в 1 г почвы (таблица 1).

Наибольшим содержанием микроорганизмов характеризуются черно-

земные и сероземные почвы, наименьшим – почвы тундры и северной тайги. Масса микроорганизмов составляет от 3 до 7-8 т/га.

Таблица 1 - Количество микроорганизмов в почвах России (Е.Н. Мишустин)

Бактерии - наиболее распространенная группа микроорганизмов в почве, они осуществляют процессы превращения органических и минеральных соединений в почвах. По отношению к потребностям в свободном кислороде различают аэробные и анаэробные ( не используют свободный О₂) бактерии.

Актиномицеты - используют в качестве источника углерода различные органические соединения. Они могут разлагать клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы. Участвуют в образовании гумуса.

Грибы - они активно участвуют в процессах минерализации и гумификации органических веществ. Грибы синтезируют различные кислотные соединения (уксусную, лимонную и др. кислоты). Их активная деятельность способствует образованию фульвокислотного гумуса и активному разрушению минералов.

Водоросли - распространены во всех почвах, главным образом в поверхностном слое. Содержат в своих клетках хлорофилл. В болотных почвах и на рисовых полях водоросли улучшают аэрацию, усваивая растворенный СО₂ и выделяя в воду О₂. Водоросли активно участвуют в процессах выветривания пород и в первичном процессе почвообразования.

Лишайники - группа грибов, сожительствующих с наземными водорослями, т.е. они состоят из гриба и водоросли. Гриб обеспечивает водоросли водой и растворенными в ней минеральными веществами, водоросли же вырабатывают углеводы, которые использует гриб. С момента поселения лишайников на горных породах начинается более интенсивное биологическое выветривание и первичное почвообразование.

Все группы микроорганизмов наиболее активны при рН, близкой к нейтральной, при хорошей аэрации почвы и достаточном количестве органического вещества.

Микроорганизмы и почвообразование. Микроорганизмы выполняют весьма важные и многообразные функции в превращении веществ и энергии при почвообразовании, главными из которых являются:

- трансформация органических веществ;

- образование различных простых солей;

- участие в разрушении и новообразовании почвенных минералов;

- миграция и аккумуляция продуктов почвообразования;

- фиксация азота атмосферы (клубеньковые бактерии);

- формирование и динамика биохимического, питательного, окислительно-восстановительного, воздушного режимов почвы и т.д.

Животные, населяющие почву и их роль в процессах почвообразования. Почвенная фауна весьма многочисленна и разнообразна. К животному миру, принимающему активное участие в жизни почвы, относятся различные представители простейших (Protozoa – жгутиковые, корненожки и инфузории), беспозвоночных (дождевые черви, клещи и др.) и позвоночных животных (грызуны, землерои и т.д.).

Вопрос о роли простейших в почвенных процессах пока не выяснен. Одни исследователи считают, что простейшие, истребляя почвенные бактерии (питаются ими), оказывают вредное влияние на плодородие почвы, другие отмечают, что интенсивность микробиологических процессов в почве в присутствии Protozoa не ослабляется, но даже повышается.

Роль беспозвоночных в почвообразовании многогранна. Проделывая многочисленные ходы и норки, они улучшают физические свойства почв: повышают ее пористость, аэрацию, влагоемкость и водопроницаемость. В почвах, обогащенных продуктами жизнедеятельности дождевых червей – капролитами, возрастает количество гумуса, увеличивается сумма обменных оснований, снижается кислотность, в почве образуется большее количество водопрочной структуры. Улучшая структуру почвы, беспозвоночные изменяют воздушный режим и улучшают химический состав почвы.

Позвоночные животные (грызуны) роют в почве норы, ходы, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли. Некоторые из них образуют в почве так называемые кротовины - ходы, засыпанные массой почвы или породы (изменяются физические свойства, плотность, аэрация, водопроницаемость и др. свойства почвы).

Рассматривая влияние растительного и животного мира (флора и фауна) на процесс образования почвы, можно сделать вывод, что биологический фактор является ведущим в почвообразовании.

Влияние рельефа на почвообразование и плодородие почвы. Рельеф - это конфигурация или топография поверхности суши. Различают 3 группы форм рельефа: макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф.

Под макрорельефом понимают самые крупные формы рельефа, определяющие общий облик большой территории: равнины, плато, горные системы. Образование макрорельефа связано главным образом с тектоническими явлениями в земной коре.

Мезорельеф – форма рельефа средних размеров (холмы, лощины, долины, террасы и их элементы – плоские участки, склоны разной крутизны). Возникновение мезорельефа связано в основном с экзогенными геологическими процессами (медленные поднятия и опускания отдельных участков суши ).

Микрорельеф - мелкие формы рельефа, занимающие незначительные площади (от нескольких дециметров до нескольких сотен квадратных метров), с колебаниями относительных высот в пределах одного метра ( бугорки, понижения, западины).

Почвы одной и той же климатической зоны, расположенные на крутых склонах и формирующиеся на идентичных почвообразующих породах, имеют менее мощные горизонты по сравнению с почвами пологих склонов. Это вызвано поверхностным стоком, вследствие чего в почву попадает только часть осадков, причем эти почвы подвергаются довольно сильной эрозии. На более пологих склонах в почву поступает больше воды, а следовательно, и растительность на ней богаче, выше содержание органического вещества. Поверхности разного наклона и экспозиции получают неодинаковое количество солнечной радиации, что отражается на условиях температурного и водного режима. Почвы на солнечных склонах более теплые, отличаются от остальных почв более высоким термическим коэффициентом. В низинах, впадинах накапливаются воды, стекающие с более высоких близлежащих зон. Такие условия благоприятствуют росту биомассы, медленному разложению органических остатков и формированию почв с большими запасами органического вещества.

В настоящее время выделяют по положению в рельефе и по определяемому им перераспределению осадков следующие группы почв, которые называются рядами увлажнения.

Автоморфные почвы – формируются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока поверхностных вод, при глубоком залегании уровня грунтовых вод (УГВ > 6м ).

Полугидроморфные почвы - формируются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании УГВ на глубине 3-6 м ( капиллярная кайма может достигать корней растений).

Гидроморфные почвы – формируются в условиях длительного застоя вод или при УГВ < 3м ( капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).

Отмеченные особенности влияния рельефа на почвообразование имеют большое значение в земледелии, т. к. разнообразие рельефа на сельскохозяйственных угодьях ведет к неоднородности почвенных условий возделывания растений, необходимости применять дифференцированную агротехнику и т. п.

Время как фактор почвообразования (возраст почв). Фактор времени («возраст страны» – по В.В.Докучаеву) имеет огромное значение в формировании и развитии почв. Процесс почвообразования (сезонный, годичный, многолетний) вносит определенные изменения в превращении органических и минеральных веществ в почвенном профиле. Современные почвы – результат длительного почвообразовательного процесса, превращающего исходную горную породу в новое природное тело. Различают понятие абсолютного и относительного возраста почв.

Абсолютный возраст - время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего времени. Он колеблется от нескольких лет до миллионов лет. Наибольший возраст имеют почвы тропических территорий, не претерпевших различного рода нарушений (водная эрозия и т. д.) Самые молодые почвы развиты в современной пойме.

Относительный возраст - характеризует скорость почвообразовательного процесса, быстроту смены одной стадии развития почвы другой. Он связан с влиянием состава и свойств пород, условий рельефа на скорость и направление почвообразовательного процесса.

Значение почвообразующих пород в формировании плодородия почв. Роль почвообразующих пород в почвообразовании определяется тем, что они в значительной степени влияют на состав, свойства формирующихся из них почв. Это, в свою очередь сказывается на скорости преобразования минеральной массы при почвообразовании, закреплении органических веществ и т. п. Минералогический, химический игранулометрический составпород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы и, конечно же, на водные свойства (водопроницаемость, влагоемкость, водоподъемная способность), воздушный и тепловой режимы.

По содержанию щелочноземельных и щелочных оснований почвообразующие породы делятся на засоленные, карбонатные и выщелоченные. В выщелоченных породах содержится не более 1-3% каждого из окисей Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺ и К⁺. Карбонатные породы содержат до 15-20% карбонатов Са²⁺ (СаСО₃). В засоленных породах наряду с карбонатами Са²⁺ много сульфатов и хлоридов Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺.

Почвы наследуют геохимические черты исходного материала почвообразующих пород.

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 – агробиоценозы. Возникли совершенно новые взаимоотношения культурных растений с животным населением почвы, с окружающей средой.

Производственная деятельность человека. Производственная деятельность человека - специфический и мощный фактор воздействия на почву (обработка, удобрения, химическая и водная мелиорация и т.д.) и на весь комплекс окружающих условий развития почвообразовательного процесса (растительность, элементы климата, гидрологию).

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

Значение положительное (positive) создается более высокое эффективное плодородие почв - удобрения, орошение, химическая мелиорация и т.д.).

Влияние отрицательное (negative) - эрозия, вторичное засоление, заболачивание, загрязнение почвенной среды, атмосферы, ощелачивание, осолонцевание почв и т.д.).

Факторы почвообразования оказывают специфическое воздействие на почву и не могут быть заменены друг другом. В этом смысле они равнозначны. Взаимодействие факторов почвообразования 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 (горизонтальная на равнинах и вертикальная в горахзональности).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. Так, в южно-таежной подзоне таежно-лесной зоны среди дерново-подзолистыхпочввстречаются дерново-глеевые, дерново-карбонатные почвы. Во всех почвенных зонах имеются болотные и пойменные почвы. В сухо-степной зоне среди каштановых почв характерно наличие солонцов. Указанные почвы, не имеющие преобладающего распространения в почвенных зонах, называют азональными или интразональными.