УЧАСТИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ДИНАМИКЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Динамика почвообразования выражается в изменениях почвен­ных свойств циклического или поступательного необратимого ха­рактера. Рассматривая вопрос об участии географических факторов в динамике почвообразования, необходимо заметить следующее. Разумеется, отдельная постановка этого вопроса в известной мере условна: динамика почвообразования не изолирована от других сто­рон формирования почв. И энергетический и субстантивный вкла­ды географических факторов обязательно проявляются в тех или иных динамических явлениях в почвах. Однако в данном случае имеется в виду непосредственная передача почвам тех механизмов функционирования, которые неотъемлемо свойственны самим фак­торам почвообразования.

Так, горные породы как фактор почвообразования в основном весьма инертны. Во многих ситуациях в хронологических масшта­бах почвообразования они были бы неизменными, если бы на них не воздействовали другие факторы среды (климат, биота, рельеф). На огромных пространствах земной поверхности горные породы практически не обнаруживают никаких новых собственно литогенных видоизменений в течение десятков и сотен тысяч лет.

Однако существует ряд геологических локальных явлений в при­роде, которые вызывают изменения горных пород, отражающиеся на динамике почвообразования.

Это происходит, в частности, в тех местах, где имеет место пе­риодическое захоронение почв под новыми аллювиальными, делю­виальными или эоловыми наносами. Такой процесс наблюдается в поймах и дельтах рек, на пролювиальных конусах выноса, когда ежегодно на поверхности почв откладывается слой аллювия мощ­ностью от долей миллиметра до десятков сантиметров. Быстрое ре­гулярное перекрывание почв новыми порциями минерального ма­териала характерно и для областей современной вулканической де­ятельности в периоды извержений вулканов. Во всех этих случаях ослабляется выраженность почвообразования, оно возвращается как бы вспять, на предшествующие стадии, поскольку начинается осво­ение почвенными процессами новых отложений материнского суб­страта.

Аналогичным образом влияют на динамику почвообразования процессы сноса материала с поверхности почв. В этой ситуации почвообразование также начинает охватывать новые слои породы, но вступающие в сферу почвенных процессов не сверху, а снизу. В естественных условиях ускоренная денудация почв, а следователь­но, и обновление их минеральной составляющей свойственны гор­ным областям с резко расчлененным рельефом, а также пустынным территориям с несомкнутым растительным покровом, недостаточ­но предохраняющим почву от водной эрозии и особенно от дефля­ции. В условиях хозяйственного использования почвенного покро­ва ускоренная, часто катастрофическая, эрозия и дефляция почв наблюдаются при неправильной распашке территории, неумерен­ном выпасе скота и т. д. Скорость денудации в таких случаях может выражаться в ежегодном смыве, равным 150 т/га и более.

И все-таки в нормально развитых почвах одна и та же масса породы, как было сказано выше, участвует в процессе жизни почвы практически на всем ее протяжении. Именно это позволяет гово­рить об очень медленных циклах обновления минеральной основы большинства девственных почв и относительно малом участии гео­логического фактора в динамике почвообразования.

Напротив, биологический фактор очень изменчив и поэтому с ним связаны многие механизмы функционирования почв. Измен­чивость биологического фактора обусловлена тем, что живые орга­низмы оказываются в очень динамических отношениях со средой своего обитания. Многие из них находятся в постоянном движении в почвах в поисках влаги, пищи и тепла. Между живыми почвенны­ми организмами и средой идет постоянный обмен веществ. Кроме того, периоды существования живых организмов относительно ко­ротки — от нескольких дней (микроорганизмы) до первых сотен лет (некоторые высшие зеленые растения), т. е. за время развития по­чвы в ней сменяются многочисленные поколения растительных и животных макро- и микроорганизмов. Таким образом, по выраже­нию В.И. Вернадского, почву буквально пронизывают «вихри жиз­ни» — микроскопические, малые и большие. Они активизируют почвенные процессы, внося большой вклад в динамику почвообра­зования.

По сути, именно таким «вихрем жизни» является биологичес­кий круговорот веществ — наиболее универсальное явление, харак­теризующее взаимоотношения различных живых организмов с поч­вой как средой их обитания. Биокруговорот веществ включает в себя следующие основные звенья:

поглощение живыми организмами из окружающей среды хи­мических элементов и их соединений;

построение из поглощенных соединений живых тканей;

отмирание организмов, минерализация органических остат­ков и возврат элементов в окружающую среду.

В почвах наблюдается сложная система биологических кругово­ротов химических элементов, в которых участвуют микроорганиз­мы, почвенная фауна и высшие растения.

Микроорганизмы, как уже отмечалось ранее, поглощают из по­чвы и отдают ей самые разные химические элементы. Микроскопи­ческие диатомовые водоросли, например, вовлекают в биокругово­рот кремний, который необходим им для строительства скелетов. Железобактерии берут из почвы железо и марганец и концентриру­ют их в своих телах. Бактерии-азотфиксаторы потребляют из газо­вой фазы почв азот. На следующих этапах биокруговорота все эти компоненты возвращаются в почву. В количественном выражении в каждый данный момент времени такие микробиологические про­цессы характеризуются относительно невысокой емкостью. Но масштаб их значимости расширяется при высокой скорости обмена веществ. Обитающие в почвах бактерии, грибы, актиномицеты, во­доросли и простейшие животные (амебы, корненожки, инфузории и др.) очень быстро размножаются и отмирают. Продолжительность жизни отдельных популяций 15—20 дней и даже меньше. За вегета­ционный период в умеренных поясах Земли сменяется 6—7 поколе­ний, а в субтропических и тропических областях — более 20 поко­лений в год. При отмирании каждой популяции с бактериальными телами в почвы поступает от 15 до 50 ц/га сухого органического вещества (при 10 ежегодных популяциях — до 500 ц/га в год). Если принять во внимание, что почва имеет возраст, равный многим сот­ням и тысячам лет, то последняя величина увеличивается на не­сколько порядков и будет указывать на истинное значение в дина­мике почвообразования микробиологического круговорота веществ.

Животные, обитающие в почвах и на ее поверхности, имеют бо­лее длительные по сравнению с микроорганизмами жизненные цик­лы. Но вследствие их большей массы емкость процессов, вызывае­мых ими, достигает значительных величин. Так, дождевые черви, затаскивая растительный опад внутрь почвенной толщи, поедая его вместе с минеральной массой и пропуская эту смесь через кишеч­ный тракт, могут переработать таким образом за сезон 1,5 т листвы и смешать ее с 15 т минеральных веществ. За один год в некоторых почвах эти животные выбрасывают на поверхность до 100—200 т/га и более копрогенного материала. За 50 лет они могут перемешать весь поверхностный слой почвы. Крупные животные (суслики, сур­ки, лисы) сооружают в почвах многокилометровые норы, выбрасы­вая на земную поверхность тысячи кубических метров материала на гектар. За несколько десятилетий они способны полностью механи­чески обработать почву на глубину 10—20 см.

Очень динамичен биокруговорот, осуществляемый в почвах выс­шими растениями. Он выражается как в прижизненном выделении (из корней и листьев) и поглощении растениями различных веществ, так и в оборачиваемости компонентов мертвых растительных остат­ков. Особенно масштабен биокруговорот веществ в системе почва- живые растения—опад—почва. Рассмотрим два важнейших звена этого биокруговорота:

поглощение растениями веществ из почвы;

возврат растениями веществ в почву.

Растения поглощают химические элементы весьма избиратель­но—в соответствии со своими биологическими потребностями. Поэтому содержание большинства элементов в золе существенно отличается от среднего их содержания в литосфере. Интенсивность

биологического поглощения элементов из среды места обитания можно выразить через предложенные Б.Б. Полыновым и А.И. Перельманом коэффициенты биологического поглощения, представ­ляющие собой частное от деления количества элемента, содержа­щегося в золе растений, на количество элемента, содержащегося в почве или породе. Если взять средний состав золы наземных расте­ний и рассчитать коэффициент биологического поглощения Ах по отношению к кларкам литосферы, можно получить средние значе­ния коэффициентов и в соответствии с этими значениями сгруппи­ровать химические элементы в определенные ряды интенсивности биологического поглощения.

Энергично накопляемые (Ах = n • 10 — n • 100): Р, S, CI, I.

Сильно накопляемые (Ах = n): К, Са, Mg, Na, Sr, В, Zn, Ag.

Слабого накопления и среднего захвата (Ах = 0, n - n): Мп, Ва, Си, Ni, Со, Mo, As, Cd, Be, Hg, Se.

Слабого захвата (Ax = 0, n): Fe, Si, F, Rb, V, Li, Y, Cs.

Слабого и очень слабого захвата (Ах = 0, 0 n - 0, n):Ti, Сг, РЬ, Al, U, Zr.

Относительное содержание и соотношение элементов в золе растений вследствие различий интенсивности их биологического поглощения существенно иные, чем в исходных породах. В золе растений содержится в десятки и сотни раз больше Р, S, в несколь­ко раз больше К, Са, Mg, а также микроэлементов: I, В, Zn, Ag. И наоборот, в золе растений меньше таких распространенных в ли­тосфере макроэлементов, как Si, Al, Fe.

Второе звено биокруговорота в системе растение—опад—почва — это поступление веществ с отмершими растительными остатками обратно в почвенную толщу. Очевидно, что в качественном отно­шении, кроме элементов органогенов (О, С, Н, N), химические эле­менты будут возвращаться в тех же пропорциях, которые отражены в рядах интенсивности биологического поглощения. По массе они будут коррелировать с количеством органического вещества, посту­пающего с опадом и с его зольностью.

Данные табл. 4.1 показывают, что количество растительных ос­татков, ежегодно поступающих в почвы и на их поверхность, со­ставляет для большинства типов растительности десятки центне­ров на гектар. Наибольшее количество органических остатков (бо­лее 200 ц/га) дают влажные субтропические и тропические леса, наименьшее (20 ц/га и менее) — тундры и пустыни.

Таблица 4.1

Количество органического вещества, поступающего ежегодно с опадом, и запасы (ц/ra сухого вещества) неразложившихся растительных остатков на поверхности почв (по Л.Е. Родину и Н.И. Базилевич)

Чтобы оценить интенсивность биокруговорота веществ в пол­ной мере, необходимо знать еще одну величину — отношение ежегодного опада к массе мертвого неразложившегося органи­ческого вещества. Дело в том, что на поверхности почв обычно наблюдается накопление лесной подстилки или травянистого вой­лока (см. табл. 4.1). Следовательно, в этих случаях разложение растительных остатков, их гумификация и минерализация идут медленнее, чем поступление нового наземного опада. Каждый год некоторая неразложившаяся часть растительных остатков остает­ся на поверхности почвы. Если взять отношение запасов под­стилки или войлока на определенной площади к количеству по­ступающего на эту площадь ежегодного свежего опада, то можно составить представление о скорости разложения органических остатков.

Приведенные в последней графе табл. 4.1 данные показывают, что в некоторых типах растительности (во влажных тропических и субтропических лесах) даже при очень большой величине ежегодного опада разложение его осуществляется менее чем за год (отношение подстилки к опаду — 0,5—0,7), в хвойных лесах — за 15 — 20 лет. В травянистых типах растительности в степях и саваннах разложе­ние растительных остатков идет быстрее, чем в лесах умеренного пояса, и на поверхности почвы здесь накапливается в основном лишь опад данного года. В пустынях опад небольшой и он быстро мине­рализуется. Самый малый темп разложения органического веще­ства — в кустарничковых тундрах, где при очень малом количестве ежегодного наземного опада на поверхности почв в подстилках на­капливается более чем 90-летний запас органических веществ.

Не менее динамичным, чем биологический, является климати­ческий фактор почвообразования. С цикличностью влаго-,воздухо- и теплообмена между атмосферой и почвой, с передвижением тепла, влаги и воздуха в почвенной толще связаны многие почвен­ные процессы.

Рассмотрим особенности круговорота атмосферной влаги в по­чвах и то, как он определяет характер механизмов почвообразования.

Поступающая в почвы с осадками влага Р расходуется на ис­парение Е, десукцию D, поверхностный сток F₁ внутрипочвенный сток F₂. При большом количестве осадков часть влаги просачивает­ся сквозь всю почвенную толщу, т. е. идет на инфильтрацию / и пополнение грунтовых вод.

Водный баланс автоморфных плакорных почв, т. е. почв, раз­вивающихся на повышенных, относительно выровненных элемен­тах рельефа, не получающих дополнительной влаги за счет по­верхностного стока или грунтовых вод, можно представить уравне­нием Р — Е + D + F₁ + F₂ + I. Соотношение между годовой суммой осадков Р (мм) и годовой нормой испаряемости Еn (мм) используется в качестве показателя степени увлажненности тер­ритории Ку = Р/Еn. Величина, обратная коэффициенту увлажнения, называется индексом сухости: Кс = Е/Р.

Испаряемость Еn — это количество влаги, выраженное в милли­метрах водного слоя, которое может испариться при данных клима­тических условиях с открытой водной поверхности или с поверхно­сти постоянно переувлажненной почвы.

Поскольку количество выпадающей атмосферной влаги и испаряемость изменяются по ландшафтным зонам в широких пределах, то и зональные различия в значениях коэффициента увлажнения (или индекса сухости) также оказываются значительными (табл. 4.2).

Таблица 4.2