ПОЧВА - МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ ПОЛИФАКТОРНАЯ ОТКРЫТАЯ БИОКОСНАЯ СИСТЕМА
После того как проведен анализ вклада географических факторов в различные стороны почвообразования — в энергетику, материальную основу, механизмы, — может быть дана адекватная характеристика основному результату почвообразовательного процесса, т. е. самой почве. Почва — это своеобразное и целостное образование. Вместе с тем исчерпывающее понимание того, что такое почва, слагается из нескольких разноплановых представлений о ней.
Во-первых, почва — это тело весьма специфического состава, отличающего ее от других компонентов географической оболочки и вообще объектов природы. Как вещество почву нельзя отнести ни к живой, ни к мертвой материи. Почва образуется на земной поверхности в той части биосферы, где смыкаются и проникают друг в друга три частные оболочки (литосфера, атмосфера и гидросфера) и где плотность живого вещества планеты достигает максимальных величин.
Быстрые циклы биокруговорота веществ, активность живого вещества в почвах
позволили В.И. Вернадскому отнести почву к особой категории природных тел — биокосным телам.
Именно в биокосной природе и высокой энергетической активности почв лежит причина их плодородия — их способности обеспечивать растения элементами питания, влагой и необходимыми для дыхания корней и населяющих почву микроорганизмов воздухом и теплом.
Таким образом, в субстантивном аспекте почва — это самостоятельное естественно-историческое биокосное тело, которое возникает при взаимодействии живого вещества (этой «активированной формы материи») с минеральными (косными) компонентами литосферы, атмосферы и гидросферы.
Кроме того, что почва — особое вещественное образование, важно иметь в виду и представление о ней как о сложной, постоянно функционирующей системе. Все фазы почвы — твердая, жидкая, газообразная и фаза живого вещества — тесно соприкасаются между собой посредством множества процессов различной природы, скорости и интенсивности, сливающихся в единую совокупность динамических явлений.
Почва живет в суточных, годовых, многолетних и вековых гидротермических ритмах. В соответствии с ними изменяются скорость, а часто и направление почвенных процессов. Одни процессы усиливаются, другие ослабляются.
Во влажные и теплые периоды активизируются процессы синтеза и разложения органического вещества, увеличивается скорость разрушения первичных минералов и кристаллизации ряда вторичных, усиливаются процессы растворения и выноса подвижных соединений.
Во влажные и холодные периоды все процессы ослабляются, в почвах зачастую возникают восстановительные условия, замедляется скорость разложения органического вещества, накапливаются полуразложившиеся органические остатки — грубый гумус, а в особенно влажных условиях — торф. В такие периоды развиваются турбационные явления, обусловленные замерзанием почвенной влаги.
В сухие и теплые периоды в почвах происходят испарение почвенных растворов, переход при испарительной концентрации ряда растворенных соединений в твердую фазу, перемещение наиболее подвижных соединений с влагой вверх и накопление в почвах легко растворимых соединений. В сухие периоды в почвах протекает также консервация органических и органо-минеральных образований.
В соответствии с гидротермическими циклами изменяются и активность живого вещества, его масса, плотность, интенсивность роста и отмирания.
Динамичность почвы определяется биологической активностью по многим направлениям. Сильный расход влаги на транспирацию, например, может быть причиной значительного повышения концентрации биологически слабо поглощаемых элементов и частичного выпадения их в осадок. Поглощение влаги корневыми системами растений из горизонтов их максимального распространения (т. е. из верхних горизонтов) вызывает (наряду с испарением влаги с поверхности почвы) иссушение их и подтягивание вверх пленочной влаги из более глубоких горизонтов почв, а вместе с ней и части растворенных веществ.
В связи с биологическими циклами и изменением состава и концентрации почвенных растворов изменяется состав адсорбированных почвенными коллоидами катионов и анионов.
Ослабление или усиление процессов дыхания корней вызывает соответствующие изменения в составе газов и фитонцидов (летучих органических соединений) в почвенной атмосфере.
Режим различных форм соединений азота (образование и уменьшение содержания нитратного, нитритного, аммиачного азота) связан с активизацией или заторможенностью деятельности микроорганизмов в почвах. Обитающие в почве животные влияют на динамику многих внутрипочвенных процессов: в периоды иссушения или похолоданий многие из них опускаются в нижние слои почвы, а в более влажные и теплые периоды вновь поднимаются к поверхности. В результате они перемешивают почвенную массу, создают порозность, сложную систему ходов, существенно изменяющих, в свою очередь, водный, воздушный и тепловой режимы почвы.
Итак, почва — это сложный комплекс разнообразных процессов, в результате которых вещества, участвующие в них, неоднократно переходят из одной фазы в другую: из живого вещества — в раствор и в почвенный воздух, из последних — в твердую и газовую фазы, могут быть вновь поглощенными живыми организмами, многократно переместиться вниз и вверх по почвенной толще и т. д.
И наконец, третий аспект в понимании того, что такое почва. Как было подчеркнуто выше, она является сложной, своеобразно Функционирующей динамической системой. Но это — открытая система, т. е. одновременно почва оказывается подсистемой в более сложной системе — элементарном ландшафте, биогеоценозе.
Потоки материальных частиц, атомов и их соединений связывают почву в единое целое с другими компонентами ландшафта (горными породами, корами их выветривания, водами, растениями и животными, приземной частью атмосферы). Из атмосферы в почву приникают газы, поступают атмосферные осадки с растворенными в них химическими веществами и взвесями. На поверхность почвы оседает пыль. Из почвы в атмосферу идут обратные потоки вещества: почва «дышит», из нее выделяются газы — главным образом углекислый газ, водяные пары (при непосредственном испарении из почвы или путем транспирации через растения). При развевании почвы в атмосферу поступает пыль.
Атмосферная влага, стекающая по поверхности почвы или просачивающаяся сквозь почву вглубь, обогащается растворимыми минеральными, органическими и органо-минеральными продуктами почвообразования. Почвы, таким образом, оказываются поставщиками растворенных веществ в воды поверхностных водотоков (ручьев, рек) и в грунтовые воды. Так, из лесных и болотных почв в умеренных и экваториальных поясах выносится такое большое количество органического вещества, что вода в реках местами окрашивается в соломенный цвет или цвет чая, а во влажных тропиках — в почти черный цвет.
И наоборот, почвы нижних частей склонов и депрессий, речных долин получают часть твердых и растворенных веществ с делювиальными водами, водами паводков и половодий, а также за счет грунтовых вод, из которых к поверхности поступает капиллярная и пленочная влага и растворенные в ней вещества.
Массивные горные породы, кора выветривания, различные рыхлые наносы являются поставщиками минеральных компонентов в почву. В свою очередь часть растворенных в почвах веществ выносится с почвенной влагой за пределы почвенной толщи, проникает в подстилающую породу, влияет на скорость и направление процессов выветривания, состав вторичных минералов и общее строение коры выветривания. В условиях, когда почвы подвергаются эрозии, обогащенный органическим веществом смываемый почвенный материал участвует в той или иной степени в сложении делювиальных, аллювиальных и других типов отложений. В данном случае можно даже говорить о «породообразующих» почвах.
Постоянный обмен веществ идет между почвой, растительностью и другими организмами.
Теснейшим образом почва связана с географической средой энергетическими потоками. Само ее существование и функционирование обусловлено постоянным притоком энергии извне — все с новым и новым поступлением солнечной радиации и органического вещества, продуцируемого живыми организмами. Вследствие этого почвы оказываются аккумулятором солнечной энергии, зафиксированной в массе заключенного в ней живого вещества, в гумусе, в разнообразных вторичных минеральных и органо-минеральных образованиях. Причем в отличие от других мощных природных аккумуляторов солнечной энергии (каменные угли, горючие сланцы и др.) накопление энергии в почвах не сопровождается длительной консервацией в какой-либо одной форме. В почвах происходит непрерывное обновление и трансформация форм энергии. Благодаря высокой энергетической насыщенности и энергетической активности почв поддерживаются многие биосферные процессы.
Все три составляющие понятия «почва» (почва как вещество, как совокупность динамических явлений — функционирующий аппарат, как часть системы) и их «тяготение» к субстантивной, функциональной и энергетической сторонам почвообразования показаны на рис. 5.1.
Важным моментом в понимании сущности почвообразования является вопрос о том, каким образом множество циклических, нередко противоположных по результату химических, физических, биологических и других почвенных процессов приводит к формированию почвы как своеобразного природного тела.
Как заметил А.А. Роде, многие рассмотренные ранее почвенные микропроцессы, отражая ритмику гидротермических условий и биологического развития растений и животных, естественно разбиваются на пары противоположно направленных и последовательно сменяющих друг друга явлений:
1. а) поглощение живыми организмами из почвы минеральных соединений и синтез органического вещества;
б) выделение живыми организмами в почву органических и минеральных соединений;
2. а) разложение и минерализация органических остатков;
б) синтез из органических и минеральных соединений гумусовых веществ почв;
3. а) подкисление почвенных растворов органическими кислотами;
б) нейтрализация почвенных растворов основаниями, освобождающимися при минерализации органических остатков и разложении первичных минералов;
4. а) разрушение первичных минералов почвообразующей породы;
б) синтез вторичных минералов и органо-минеральных комплексов;
Рис. 5.1. Общая схема почвообразования
5. а) коагуляция почвенных коллоидов и образование устойчивых агрегатов;
б) пептизация коллоидов и разрушение агрегатов;
6.а) гидратация минеральных соединений;
б) их дегидратация;
7.а) окислительные процессы, идущие при свободном доступе кислорода в почву;
б) восстановительные процессы, возникающие при переувлажнении почвы и затрудненности доступа в нее кислорода;
8.а) движение растворов вверх к фронту испарения и накопление подвижных соединений в верхней части почвы;
б) движение растворов вниз, растворение и вынос подвижных соединений;
9.а) нагревание почвы;
б) охлаждение почвы;
10. а) увлажнение почвы;
б) ее иссушение;
11. а) адсорбция почвенными коллоидами и поглощение организмами газов почвенной атмосферы;
б) выделение газов при дыхании организмов, в процессе их разложения и десорбции и др.
В пределах перечисленных пар смены полуциклов одного направления полуциклами другого осуществляются с различной частотой, зависящей от того, с каким природным циклом (суточным, сезонным, годовым, многолетним) связан управляемый им цикл почвенных процессов. Циклы процессов разной длительности накладываются в почвах друг на друга, сложно взаимодействуют между собой.
В целом же при протекании различных почвенных микропроцессов имеет место тенденция их обратимости когда бедствие действия каждого последующего полуцикла исчезает результат действия предшествующего. Особенно отчетливо эта тенденция выражена на протяжении относительно коротких отрезков жизни почвы когда микропроцессы проявляются лишь в текущей Динамике наиболее лабильных почвенных свойств (например увлажнение - просыхание, нагревание-охлаждение, подкисление-нейтрализация почвенных растворов и др.).
Но описанные циклы почвенных микропроцессов не иногда полностью замкнуты. Абсолютно полной компенсации полуцикла другим, противоположно направленным, не происходит. После завершения цикла, как правило, остается некоторое остаточное изменение в состоянии почвы, имеющее необратимый характер. Это, например, происходит вследствие того, что часть веществ процессе циклической динамики почв удаляется из сферы почвообразования с нисходящими токами почвенных растворов и безвозвратно выносится в грунтовые воды. Часть растворимых соединений вымываемых из растительного наземного опада и из верхней части почв и выносится с поверхностным или внутрипочвенным боковым стоком. Первичные минералы в процессе почвообразований необратимо замещаются вторичными. Часть коллоидальных осадков дегидратируется и кристаллизуясь, необратимо теряют свои коллоидные свойства. Другие вещества перемещенные из одной части почвы в другую, теряют подвижность и аккумулируются в виде трудномобилизуемых скоплений. Газообразные продукты уходят из почв, поступая в наземную атмосферу, и уже не восполняются за счет притока из почвенного воздуха.
В почве могут устойчиво накапливаться привносимые извне химические элементы и их соединения: атмосферная влага, переходя в гидратную или кристаллизационную, связывается почвенными минералами; с осадками в почвы приносится ряд растворенных в них соединений и особенно такие важные, как соединения азота. Микроорганизмы-азотфиксаторы усваивают все новые и новые порции атмосферного азота и переводят его в органическое вещество почв. Зеленые растения ассимилируют углекислоту.
В почвах, образующихся при воздействии фунтовых или делювиальных вод, к указанным процессам прибавляется накопление веществ, которые приносятся с этими водами. Аккумуляция может происходить при испарении вод, повышении концентрации растворов и выпадении части растворенных веществ в твердую фазу. Осаждение растворенных веществ, приносимых со стороны, может вызываться изменением окислительно-восстановительных условий. Именно по этой причине в результате перехода - закисного железа в окисное в гидроморфных почвах образуются скопления ожелезненного материала.
По завершении циклов указанные остаточные явления в почвах могут быть исчезающе малы или более заметны, но они последовательно накапливаются в ряду следующих друг за другом циклов и с течением времени характеризуют поступательный необратимый процесс, преобразующий устойчивые свойства почвенной толщи в определенном направлении.
Представление о почвообразовании как многоуровневом процессе, включающем субпроцессы различной степени сложности, является основой генетического анализа почв.
Ранее уже говорилось о том, что сочетания взаимосвязанно протекающих в почвах микропроцессов (т. е. процессов самого низкого уровня) получили название элементарных почвообразовательных процессов (или макропроцессов). Их протекание в почве запечатлевается в ее морфологии, минералогическом и химическом составах твердой фазы. Впервые это понятие было введено С.С. Неуструевым. Позднее И.П. Герасимовым и М.А. Глазовской (1960) были названы десять элементарных процессов почвообразования, объединенных в три группы:
1) элементарные процессы, в которых ведущую роль играет превращение минеральной части почвенной массы;
2) элементарные процессы, в которых ведущую роль играет превращение органической части почвенной массы;
3) элементарные процессы, в которых ведущую роль играют превращение и передвижение минеральных и органических продуктов почвообразования.
Представления об элементарных почвообразовательных процессах развивались и использовались при рассмотрении генезиса почв целым рядом исследователей — М.А. Глазовской (1966, 1972), И.П. Герасимовым (1973), В.О. Таргульяном (1974, 1991), Б.Г. Розановым (1975), О.В. Макеевым (1977) и др.
К элементарным могут быть отнесены следующие почвообразовательные процессы:
1) метаморфизм органических остатков и накопление различных типов органического вещества: торфа, подстилки, грубого гумуса и гумуса различного состава;
2) метаморфизм минеральной массы: сапролитизация, кислотный гидролиз, щелочной гидролиз и накопление определенных промежуточных и вторичных минералов, окисление, сегрегация, гидратация и дегидратация соединений железа и марганца, огле- ение;
3) абсолютное накопление в почвенной толще минеральных соединений: субаэральное обызвесткование, соленакопление, гидрогенное ожелезнение, окремнение и засоление;
4) элювиально-иллювиальное перераспределение по почвенной толще минеральных и органических веществ: рассоление, выщелачивание карбонатов; лессиваж (механическая миграция тонких частиц — илистой фракции); вынос и переотложение минеральных и органических коллоидов, насыщенных натрием (процесс осолонцевания); вынос и переотложение коллоидальных органо-минеральных комплексов (альфегумусовый процесс), глинисто-органических комплексов и др.;
5) перераспределение почвенных масс при замерзании — оттаивании (криотурбации), увлажнении и просыхании (педотурбации), деятельности почвенных животных (зоогенные турбации почв).
В результате необратимых элементарных почвообразовательных процессов происходит дифференциация первоначально однородной толщи материнской породы на генетические почвенные горизонты. Каждый горизонт имеет специфический химический состав, физические и физико-химические свойства и определенную степень насыщенности живым веществом.
Совокупности элементарных почвообразовательных процессов, протекающих совместно и приводящих к обособлению определенных почвенных генетических горизонтов, называются горизонтообразующими, или частными почвообразовательными, макропроцессами. Например, в формировании подзолистого горизонта (т. е. горизонта, в котором в значительной мере разрушены первичные и вторичные минералы и который обеднен продуктами разрушения) участвуют: кислотный гидролиз минералов, вынос продуктов распада в истинных и коллоидных растворах и др.
Сочетание тех или иных горизонтов, их последовательность дают определенный тип генетического профиля почв и характеризуют его строение.
Совокупности совместно протекающих частных почвообразовательных макропроцессов, приводящих к формированию определенного генетического профиля почв, слагаются в общие почвообразовательные макропроцессы. Результатом действия общего почвообразовательного макропроцесса является почва в целом. К таким профилеобразующим процессам относятся: черноземный, болотный, солонцовый и многие другие, сущность которых будет раскрыта в следующих разделах.
По мере дифференциации почвенного профиля и формирования горизонтов процесс почвообразования все более и более усложняется. Вместо первоначальной однородной среды он происходит уже в пределах существенно разнородных сред, с различными кислотно-основными, окислительно-восстановительными условиями, различными газовым и гидротермическим режимами. Развитие генетических горизонтов — это следствие почвообразования, но в то же время и причина дальнейшего направленного поступательного
Рис. 5.2. Строение почвенных профилей: а — подзол; б — чернозем; в — солонец
развития процесса почвообразования в сторону все большего его усложнения. Генетические горизонты внешне хорошо различимы. Они выделяются по цвету, гранулометрическому составу, структуре, сложению, плотности, характеру новообразований и включений, т. е. по совокупности морфологических признаков. Для обозначения генетических горизонтов еще со времен В.В. Докучаева используются заглавные буквы латинского алфавита: А — гумусовые горизонты, В — переходные, С — почвообразующая порода, не измененная почвообразованием.
По мере накопления данных о почвах система горизонтов получила более расширенную индексацию; в ней используются большие и малые буквы латинского алфавита и введены арабские и римские цифры. Более подробная информация о генетических горизонтах будет дана в гл. 6.
Различные комбинации генетических горизонтов образуют почвенный профиль. Строение генетического профиля является важным диагностическим признаком почв и используется для определения почв в поле (рис. 5.2). При описании почвенных горизонтов используют представления о разнообразных морфологических признаках почв.
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 3169;