Биологический фактор почвообразования.

В почве обитают представители всех четырех царств живой природы – растения, животные, грибы, прокариоты.

Пионерами в освоении и преобразовании косного минерального вещества в почве являются микроорганизмы, лишайники и водоросли. Они еще не создают почву, но готовят биогенный мелкозем – субстрат для поселения высших растений – основных продуцентов органических соединений.

Главное отличие почвы от горной породы – накопление в ней органического вещества.

В качестве источников органического вещества почвы выступают надземные и подземные растительные остатки, отмершая биомасса микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных и продукты их жизнедеятельности.

Попадающие в почву органические остатки подвергаются разложению, гумификации и минерализации.

Запасы корней в почвах природных зон (Базилевич, Родин, 1968)

Скорость разложения органических остатков в почве различна и регулируется комплексом причин, среди которых наибольшее значение имеют химический и биохимический составы, анатомическое строение растительных остатков, степень увлажнения и аэробиозиса, гранулометрический и химический составы почвы.

В составе растительных остатков, формирующихся в холодных, холодно-умеренных условиях, преобладают мхи, лишайники, хвоя, которые трудно разлагаются. Они состоят из: восков, смол, дубильных веществ, лигнина, целлюлозы и содержат мало щелочноземельных оснований. Тормозит разложение и кислая реакция почв. Разлагаются главным образом грибами. В результате в почвах накапливается органическое вещество в виде торфа или грубого гумуса.

Теплоумеренные (суббореальные) условия способствуют росту смешанных и широколиственных лесов и развитию в напочвенном ярусе злакового и широколиственного разнотравья. Эти растительные остатки быстрее разлагаются благодаря преобладанию в них белков и углеводов, а богатый щелочноземельными элементами зольный состав способствует гумусонакоплению.

Таблица № Численность микроорганизмов в горизонте А почв природных зон (Мишустин, 1975)

Биологический круговорот химических элементов под пологом хвойных лесов существенно отличается от круговорота в хвойно-широколиственных и широколиственных лесах. По сравнению с хвойными, широколиственные леса вовлекают в круговорот в 2-3 раза больше кальция и магния, а также азота, фосфора и других элементов минерального питания. С опадом листвы липняков и дубняков ежегодно поступает в 4-5 раз больше кальция, магния и других элементов по сравнению с опадом хвойных пород.

Иной характер поступления органических остатков и химических элементов в почву наблюдается под пологом травянистой степной и луговой растительности. Основным источником образования гумуса являются отмершие корневые остатки. Опад травянистой растительности в отличие от опада древесных пород характеризуется более тонкой структурой, меньшей механической прочностью, высокой зольностью, богатством азотом и основаниями, преобладанием в биохимическом составе углеводов и белков. Все это способствует гумусообразованию и аккумуляции гумуса гуматного типа в верхнем горизонте.

Тип растительной ассоциации определяет скорость, объем, характер и химизм биологического круговорота элементов. Например, емкость биологического круговорота в травянистых ценозах ниже, нежели в лесных сообществах, однако интенсивность круговорота в первых значительно выше, а следовательно быстрее и скорость обращения отдельных элементов в цикле биологического круговорота.. Большая роль в трансформации органических остатков принадлежит микроорганизмам, особенно в преобразовании азотсодержащих органических соединений, в результате осуществления процессов дезаминирования, аммонификации, нитрификации, денитрификации, азотфиксации.

А) Аминокислоты

‑ дезаминирование (отщепление аминной группы NH₂);

‑ аммонификация (NH₃ + O₂ + HAД х Н₂ → NH₂OH + H₂O + HAД⁺;

гидроксиламин

‑ нитрификация NH₂OH → [HNO] + 2e^‑ + 2H⁺, NH₂OH + O₂ → NO₂^‑ + H₂O + H⁺.) →

нитроксил

(NO₂^‑ + H₂O → NO₃^‑ + 2H⁺ + 2e^‑)

‑ денитрификация (NO₃^‑ → NO₂^‑ → NO → N₂O → N₂.

Б) Азотфиксация (N₂ → NH₄ → N_орг.)

Наряду с высшей растительностью, большое влияние на процессы почвообразования оказывают многочисленные представители почвенной фауны – беспозвоночные и позвоночные животные.

В почвах беспозвоночные и позвоночные разрушают, перемешивают, измельчают, поедают органические остатки, а также накапливают в телах элементы питания и, прежде всего азотсодержащие соединения белковой природы. Деятельность роющих животных, осуществляющих перемещение огромных масс грунта и почвы бывает столь велика, что формируется своеобразный микро-и нанорельеф.

Вся почвенная биота находится в тесной связи с эколого-географическими закономерностями распределения почв на разных континентах Земли и отражает специфику взаимоотношений, складывающихся между представителями органического мира и другими факторами почвообразования.

Таким образом, образующееся органическое вещество почв под влиянием биологического фактора выступает в качестве материального компонента, составляет основу процесса почвообразования, влияет на динамику почвообразования конкретной почвы.

Время.

Процесс почвообразования протекает во времени.

Время, в отличие от других факторов почвообразования, не влияет непосредственно на этот процесс, так как не является источником вещества и энергии, необходимых для образования почв.

Различают абсолютный и относительный возраст почв.

Абсолютный возраст – время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего момента.

Наибольший возраст имеют почвы тропиков.

Возраст почв Северо-Запада России 12–14 тыс. лет.

Самые молодые почвы – в современных поймах рек.

Относительный возраст характеризует скорость почвообразовательного процесса, быстроту смены одной стадии развития почв другой.

Изменение почв во времени называется развитием. В этом процессе выделяют несколько фаз. Начальная фаза соответствует первому этапу почвообразования на обнаженной материнской породе.

Затем под влиянием различных элементарных почвенных процессов формируются неполно развитые почвы. В дальнейшем развитии почвообразования при неизменных условиях окружающей среды почва достигает зрелой фазы, становится полно развитой, с определенным набором генетических горизонтов.

Почва обладает наиболее выраженной способностью к отражению факторов географической среды, она записывает, хранит в своем генетическом профиле огромное количество информации.

Почвы-памяти – комплекса устойчивых свойств и признаков, возникающих в ходе всей истории ее развития.

Почвы-момента – совокупности наиболее изменчивых процессов и свойств почвы в момент наблюдения.

«Характерное время» ‑ время, необходимое для того, чтобы данный объект и его составляющие, развивающиеся под влиянием определенных факторов среды, пришли в равновесие с этими факторами.

Характерное время почвенного профиля в целом иное, чем у отдельных его компонентов.

Например, характерное время влажности, температуры может составлять часы, сутки; почвенных растворов – сутки, месяцы; почвенно-поглощающего комплекса – месяцы, годы; формирование отдельных генетических горизонтов А₁ и солевых горизонтов (S) – годы, десятки лет и т.д.

«Эволюция почв» ‑ изменение уже сформированных (зрелых) почв, связанное с эволюцией всей природной среды.

Например, в лесной зоне в результате поднятия суши, изменения уровня залегания грунтовых вод, водного режима, появления другой растительности, изменения биологического круговорота веществ произойдет переход почв из типа болотных в тип подзолистых через ряд промежуточных стадий.

Антропогенный фактор.

Антропогенное воздействие на почвы и почвенный покров: нарушение или полная ликвидация в результате добычи полезных ископаемых открытым или шахтным способом; загрязнение газо-пылевыми выбросами, твердыми и жидкими отходами промышленных предприятий, транспортом, коммунальными и бытовыми отходами, сельскохозяйственным производством, радиоактивными изотопами, нефтепродуктами.

Особую тревогу вызывают масштабы разрушения почвенного покрова под воздействием эрозии (водной, ветровой), вторичного засоления и опустынивания.

Названные антропогенные воздействия вызывают ряд негативных трансформаций почв и биосферы, к которым можно отнести: глобальное пространственное сужение активного функционирования педосферы и биосферы; интенсификацию техногенного загрязнения почвенной оболочки и биосферы в целом; ослабление способности компонентов биосферы к самоочищению и восстановлению; увеличение времени регенерации и очищения составляющих биосферной системы; понижение разнообразия компонентов биосферы; уменьшение естественной продукционной способности земель; глобализацию катастрофических явлений в биосфере и качественное ухудшение жизнепригодности среды обитания .

Под воздействием процесса окультуривания почв меняются их водный, воздушный, пищевой и другие режимы. Уничтожая сложившиеся устойчивые природные экологические системы (луга, леса, степи, прерии и т.д.) и заменяя их на менее устойчивые и более лабильные агроэкосистемы, человек тем самым способствует изменению почвообразовательного процесса.

Прямые и косвенные воздействие. Прямое осуществляется: при обработке почвы, особенно с применением разнообразной тяжелой техники; при орошении и осушении почв; при применении минеральных и органических удобрений и ядохимикатов.

Косвенное воздействие выражается:

в изменении макро- и микроклимата; химического состава атмосферы; почвенного раствора и грунтовых вод; росте содержания аэрозолей как природного, так и антропогенного происхождения; изменениях гидросферы, литосферы (окислительно-восстановительные условия, условия миграции и аккумуляции солей и в целом солевого баланса, извлечение на поверхность пород, обогащенных разными, в том числе токсичными, химическими элементами и соединениями), и естественного растительного покрова (вырубка и выжигание лесов, перегрузка пастбищ, увеличение площадей, занятых под пашни, пастбища).

Как прямо, так и косвенно воздействие человека на почвы имеет положительные и отрицательные последствия.

Положительные ‑ постоянный рост урожайности культур, оптимизацию водного, теплового, газового режимов за счет мелиорации;

Отрицательные‑ накопление в почвах нитритов, нитратов, фосфатов; при длительном применении физиологически кислых удобрений – подкисление реакции среды; проявление токсического эффекта в результате использования минеральных и органических удобрений, пестицидов, содержащих значительные количества вредных элементов; возникновение вокруг промышленных предприятий, нефте- и газотрубопроводов геохимических аномалий; дегумификацию; вторичное засоление, подтопление и засоление неорошаемых земель вдоль каналов и вокруг водохранилищ и т.д.

Особую озабоченность вызывает то обстоятельство, что токсичные элементы, вещества, соединения могут по трофическим цепям попасть в организм человека и нарушить его жизнедеятельность.