Факторы почвообразования

Сущность почвообразовательного процесса

Литература

Основные проблемы почвоведения

Изучение антропогенных почв и антропогенных трансформаций почвенного покрова, прогноз возможной эволюции при естественных и антропогенных изменениях факторов почвообразования, обеспечение выполнения педосферой своих глобальных экологических функций, классификация почв для решения вопросов земельных ресурсов мира.

Ганжара Н. Ф. Почвоведение.— М.: Агроконсалт, 2001. — 392 с. ISBN 5-94325-003-4

Крупеников И. А. История почвоведения.— М.: Наука, 1981

Розанов Б. Г. Генетическая морфология почв.— М.: Изд-во Московского университета, 1975

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы. 2000. М.: Наука. 185 с.

ЛЕКЦИЯ № 2

Тема: «Сущность почвообразовательного процесса»

План

1. Сущность почвообразовательного процесса

2. Факторы почвообразования

3. Типы почвообразования

Основоположник современного почвоведения В. В. Докучаев писал, что почва есть непосредственный результат совокупного, весьма тесного векового взаимодействия между водой, воздухом, землей (первичные, еще не измененные процессами почвообразо­вания материнские горные породы, иначе подпочвы), с одной стороны, растительными и животными организмами и возрастом страны — с другой. Таким образом, почвообразование — это транс­формация выходящих на дневную поверхность горных пород под совокупным воздействием растительных и животных организмов (биоса) в определенных условиях климата и рельефа со временем.

Факторы почвообразования не взаимозаменяемы и в этом по­нимании равнозначны.

Кроме перечисленных (горные породы, биос, климат, рельеф, время) важнейшим фактором современного почвообразовательно­го процесса является хозяйственная деятельность человека.

Почвообразующие породы. Почвообразующими, или материнс­кими, называются горные породы, на основе минерального мате­риала которых сформировались почвы. Роль материнских пород в почвообразовании и их влияние на свойства почв разносторонни, но главное заключается в следующем: почвообразующие породы определяют минералогический и химический состав почвы, влия­ют на ряд ее агрофизических и физико-химических характеристик (гранулометрический состав, плотность, водопроницаемость, ем­кость поглощения и др.), формирование почвенного профиля (мощность генетических горизонтов и всей почвенной толщи, на­личие солей, щебнистость и т.п.).

Так, почвы, сформировавшиеся на песке, рыхлые, имеют бед­ный минералогический и химический состав, малую емкость по­глощения, хорошие водопроницаемость и аэрацию, растянутые генетические горизонты; почвы на глинах, наоборот, плотные, от­личаются разнообразным химическим составом, высокой емкос­тью поглощения и плохой водопроницаемостью, укороченным профилем; почвы на засоленных почвообразующих породах обыч­но засолены и солонцеваты и т. д. От почвообразующей породы во многом зависят интенсивность и направленность почвообразова­ния.

Почвообразующими могут быть только рыхлые осадочные по­роды. К наиболее распространенным почвообразующим породам относятся континентальные четвертичные отложения: леднико­вые, водно-ледниковые, лёссы и лёссовидные суглинки, аллюви­альные, элювиальные, делювиальные, пролювиальные, эоловые.

Ледниковые отложения — это различные морены (основная, донная, боковая, конечная). Они представляют собой рыхлый об­ломочный материал, перенесенный и отложенный движущимся ледником. Морены характерны для северных областей, они разно образны по минералогическому и гранулометрическому составу. Выделяют морены глинистые (обычно основная морена), супесча­ные и песчаные (боковая морена), суглинистые, хрящево-каменистые и др. Всем моренам присуще наличие валунов (грубоокатанных с характерной штриховкой обломков различных формы и ве­личины), несортированность материала, интенсивная выщелоченность, бескарбонатность. Последняя благоприятствует развитию на моренах подзолистого процесса почвообразования и формиро­ванию кислых подзолистых и дерново-подзолистых почв.

Кроме силикатных встречаются и карбонатные морены (на­пример, Владимирское ополье). Они состоят из обломков карбо­натных пород (мела, известняков, доломитов), которые ледник встретил на своем пути. На карбонатных моренах формируются достаточно плодородные дерново-карбонатные почвы с близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора.

Для морен характерны определенные формы рельефа — друмлины (холмы высотой от 5 до 45 м), валы конечных морен и др.

Водно-ледниковые, или флювиогляциальные, отложения — это слоистые, в разной степени отсортированные отложения талых вод ледника. Они представлены галечниковыми, песчано-галечниковыми, песчаными и даже глинистыми наносами, которые формируют различные аккумулятивные формы рельефа: леднико­вые дельты, озовые гряды, обширные песчаные и песчано-галеч-никовые равнины — зандры (Мещерское, Белорусское и Украинс­кое полесье). Флювиогляциальные пески обычно по долинам рек переходят в древнеаллювиальные отложения боровых террас. В области водно-ледниковых отложений широко распространены покровные суглинки и озерно-ледниковые ленточные глины.

Покровные суглинки «покрывают» морены и некоторые другие породы (отсюда их название). Они сформировались как отложе­ния временных спокойных разливов талых вод ледника и приуро­чены к водоразделам. Толща покровных суглинков (от десятков сантиметров до нескольких метров) неслоистая, без валунов и камней, обычно средне- и тяжелосуглинистая по гранулометри­ческому составу, плотная, бескарбонатная. Для условий лесной зоны это агрономически ценная материнская порода, на которой часто формируются серые лесные почвы.

Озерно-ледниковые отложения представлены в основном лен­точными глинами, хотя среди них встречаются слабослоистые пески и супеси. Эти породы сформировались как осадки приледниковых озер, характерных для равнинных районов.

Глины представляют собой механические осадки стоячих или медленно текущих вод озер, морей и рек. Общее для них — высо­кое (более 50 %) содержание частиц диаметром меньше 0,01 мм и вследствие этого — большие влагоемкость, плотность, слитость, слабая водопроницаемость.

Глинистые отложения в основном содержат каолинит, реже монтмориллонит, а также оксиды алюминия, железа, марганца, аморфную кремниевую кислоту и тонкораздробленный кварц. В зависимости от состава имеют различную окраску: красно-бурые, белые, пестроцветные, зеленые глины и др. Глины как почвообразующая порода встречаются повсеместно, но занимают небольшие участки, наиболее цельные массивы приурочены к берегам морей и сыртовым равнинам.

Лёсс и лёссовидные суглинки занимают обширные территории в лесостепи и степи, а также в зоне полупустынь, глинистых и лёс­совых пустынь. Это наиболее ценные в агрономическом понима­нии почвообразующие породы.

Лёсс характеризуется рыхлостью, мелкопористостью и карбонатностью, пылевато-суглинистым гранулометрическим составом с преобладанием крупнопылеватой (0,05—0,01 мм) фракции, хо­рошими микроагрегированностью и водопроницаемостью. Глин­ные минералы представлены в основном каолинитом и монт­мориллонитом, более крупные частицы состоят из обломков квар­ца, полевых шпатов, слюд. Карбонаты кальция, содержание кото­рых может достигать 30 %, не только равномерно распределены по толще породы, но и скапливаются в виде прожилок, плесени, кон­креций, журавчиков, лёссовых куколок.

Лёссовидные суглинки отличаются от лёсса какой-либо из ти­пичных характеристик, например бескарбонатностью, слоистос­тью или отсутствием пористости.

Описанные свойства благоприятствуют развитию на лёссе и лёссовидных суглинках гумусово-аккумулятивного, черноземного процесса почвообразования.

Аллювий — отложения постоянных водных потоков (рек, про­точных озер). Различают пойменный, прирусловый, русловый, старичный аллювий, а также древние и современные аллювиаль­ные отложения.

Аллювий может иметь различный минералогический и грану­лометрический составы, но общее для этих отложений — слоис­тость и хорошая окатанность материала. На пойменном аллювии формируются различные пойменные почвы (луговые, лугово-болотные, болотные), на прирусловом — луговые слоистые. Древние аллювиальные отложения приурочены к первой надпойменной, или боровой, террасе и выполнены обычно древнеаллювиальным песком, на котором формируются различные дерновые и дерново-подзолистые песчаные и связнопесчаные почвы.

Элювий — продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования. Элювиальные породы весьма разно­образны, их минералогический и химический составы, характер залегания тесно связаны с исходной горной породой. Поэтому при определении конкретных элювиальных образований всегда называют исходную породу, например элювий гранита, элювий мела, элювий глинистого сланца и т.д.

Для всех элювиальных пород характерны несортированность и неокатанность материала, крупнозернистость и щебенчатость — это обломки исходной породы различной формы и величины, бо­лее мелкие в верхнем слое и увеличивающиеся с глубиной, пере­ходя в невыветренную породу.

Делювий — продукты выветривания горных пород, переотло­женные временными небурными водными потоками дождевых и талых вод. Делювиальные породы обычно отличаются определен­ной сортированностью материала и слоистостью, они покрывают нижнюю треть склонов, днища балок, образуя в устьях так назы­ваемые конусы выноса.

Пролювий — продукты выветривания горных пород, переотло­женные бурными временными потоками. Это несортированные или плохо сортированные наносы, включающие грубый обломоч­ный (хрящево-щебенчатый) материал, которые формируются обычно у подножия гор, образуя подгорные равнины и пролювиальные конусы выноса в устьях ущелий.

Процессы формирования элювиальных, делювиальных, про-лювиальных и аллювиальных отложений часто сочетаются, что обусловливает широкое распространение смешанных почвообразующих пород: элювиально-делювиальных, делювиально-аллювиальных и т. д.

Эоловые отложения формируются в процессе переноса и акку­муляции минерального материала воздушными потоками. Типич­ные эоловые отложения — песчаные наносы пустынных и полупу­стынных областей, для которых характерны эолово-аккумулятив­ные формы рельефа (барханы, бугристые пески, дюны).

Живые организмы (биос). Превращение материнской горной породы в почву происходит под непосредственным воздействием различных организмов: растений, микроорганизмов, животных. В конкретных климатических условиях эти группы организмов со временем образуют устойчивые ассоциации — биоценозы, которые определяют в основном направленность почвообразования при четком различии функций каждой из групп.

Жизнедеятельностью организмов, прежде всего зеленых расте­ний, обусловлены круговорот и аккумуляция биогенных элемен­тов и энергии в верхнем корнеобитаемом слое. Это малый био­логический круговорот веществ, развивающийся на фоне боль­шого геологического круговорота и составляющий основу почво­образовательного процесса. Учение о биологическом круговороте веществ и его роли в формировании почв было разработано В. Р. Вильямсом.

Выветривание подготавливает горную породу к почвообразова­нию и дает начало большому геологическому круговороту ве­ществ, а почвообразовательный процесс начинается, лишь когда на продуктах выветривания горных пород поселяются живые организмы.

К первичным организмам-почвообразователям относятся автотрофные бактерии и водоросли, с жизнедеятельностью которых связаны первичный синтез почвенного органического вещества и биологические циклы углерода, азота, серы, фосфора, железа, мар­ганца, кислорода и водорода. Этот процесс изменения материнских горных пород под воздействием низших организмов В. Р. Вильяме назвал первичным почвообразовательным процессом.

Высшие растения благодаря хорошо развитой корневой систе­ме активно извлекают из материнской породы питательные веще­ства (зольные элементы, азот) и в процессе фотосинтеза создают органическое вещество. После их отмирания растительные остат­ки, в которых содержатся углерод, азот, фосфор и другие необхо­димые растениям макро- и микроэлементы, концентрируются на поверхности и в верхнем слое почвообразующей породы, подвер­гаясь в дальнейшем биохимической трансформации. Под воздей­ствием микробов и ферментов растительные остатки разлагаются, частично расходуясь на формирование специфических почвенных органических соединений гумусовых веществ, частично минера­лизуясь и высвобождая питательные элементы. Последние, пере­ходя в раствор, используются растениями, образуют новые мало­подвижные соединения, закрепляются в почве, вымываются, уле­тучиваются в атмосферу. Вместе с растительными организмами на породы начинают воздействовать и животные, тела которых при отмирании вовлекаются в общую трансформацию органического вещества. В результате между растениями, биоценозом в целом и почвообразующей породой возникает круговорот биогенных эле­ментов, основанный на двух непрерывно протекающих противо­положных процессах — синтеза и разложения органических ве­ществ.

Однако этот круговорот в естественных условиях не может быть замкнутым или полностью сбалансированным циклом: часть питательных веществ вымывается из почвы и, поступая в геологи­ческий круговорот, теряется безвозвратно. Поэтому одна из важ­нейших задач земледелия — увеличение емкости биологического круговорота, вовлечение в него новых питательных элементов. Та­кой результат получается при внесении органических и минераль­ных удобрений, при окультуривании почвы, когда прогрессивно улучшаются ее агрономические свойства, возрастает плодородие, увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур.

Зеленые растения — ведущий биологический фактор почвооб­разования, поскольку они не только обеспечивают почву органи­ческим веществом и биогенными элементами, но и оказывают большое влияние на водный, воздушный и тепловой режимы, оп­ределяют развитие процессов, влияющих на интенсивность и на­правленность почвообразования.

Характер почвообразования непосредственно связан с расти­тельными формациями, которые подразделяют на пять групп: древесные формации (таежные, широколиственные, влажные субтропические и влажные тропические леса);переходные деревянисто-травянистые формации (ксерофитные леса, включая кустарниковые ценозы и саванны);травянистые формации (суходольные и заболоченные луга, травянистые прерии, степи умеренного пояса, субтропические ку­старниковые степи);пустынные формации (суббореальная с летним циклом вегета­ции, субтропическая с зимним циклом вегетации и тропическая);лишайниково-моховые формации (тундра, верховые болота). Каждая группа растительных формаций и каждая формация имеют свои циклы развития, накопления и отмирания фитомассы, состав органического вещества и др. (табл. 1).С помощью микроорганизмов осуществляются процессы раз­ложения, трансформации и синтеза минеральных и органических соединений в горных породах и почвах. С жизнедеятельностью микробов также связаны ассимиляция атмосферного азота, изме­нение окислительно-восстановительных условий, выработка ростактивирующих соединений, витаминов, биологических веществ, необходимых для синтеза белков и ферментов. К микроорганизмам относятся бактерии, актиномицеты, гри­бы, водоросли, простейшие, различные фито- и зоофаги. Наиболее многочисленный и распространенный вид — бак­терии. По типу питания они делятся на автотрофные и гетеро­трофные. В 1 г почвы их насчитывается от сотен тысяч до не­скольких миллиардов. Климат. Воздействие климата на почвообразовательный про­цесс может быть прямым и косвенным. К непосредственным, прямо воздействующим на почву, агентам климата относятся сол­нечная радиация, осадки, атмосферные газы (О₂, N₂, СО₂, пары Н₂О и др.). Косвенное воздействие осуществляется через биос (почвенные макро- и микроорганизмы, растительные ассоциа­ции). Под климатом (атмосферным) понимают среднее состояние атмосферы в определенной точке земного шара, характеризующе­еся средними и крайними величинами метеорологических эле­ментов (температура, осадки, влажность воздуха и т. д.). Выделяют пять групп климата по сумме активных температур и шесть групп по условиям увлажнения. Сочетание метеоэлементов (температуры и осадков) определя­ет характер биоценоза, скорость и тип выветривания (аллитный, сиаллитный) и в целом направленность почвообразования. Осад­ки во многом обусловливают водный режим почвы, мощность и дифференциацию почвенного профиля, до некоторой степени влияют на гранулометрический состав. Температурные условия сказываются прежде всего на продолжительности и интенсивно­сти сезонного почвообразования, так как определяют длитель­ность вегетационного периода. Почвообразование может проте­кать и при отрицательных температурах, но крайне медленно. От климатических условий также во многом зависит развитие про­цессов эрозии и дефляции.

Основное воздействие климата на почвообразование связано с водным и тепловым режимами. Поэтому приведенное ранее раз­деление климата на группы по показателям этих режимов имеет большое практическое значение. Термические группы климата, охватывая земной шар в виде широтных поясов, определяют ос­новные зональные типы растительности и почв.

Взаимосвязь климата и почвообразования четко проявляется при сопоставлении почвенных и климатических карт, выделении границ почвенных и климатических зон.

Следует отметить, что большое значение для развития почвооб­разовательного процесса имеют интенсивность осадков и распре­деление их по сезонам года, сила и направленность ветра, сезон­ный ход и суточные колебания температур, континентальность, высота снежного покрова, глубина промерзания почвы и т.д. — все местные климатические характеристики.

Рельеф. Рельеф — форма поверхности земной суши — оказыва­ет большое и разнообразное влияние на формирование почв и ха­рактер почвенного покрова, обусловливает перераспределение на поверхности суши солнечной радиации (экспозиция, форма и крутизна склонов), осадков и растворенных в воде веществ (воз­действие силы тяжести).

Рельеф классифицируют по разным признакам: внешнему виду, амплитуде вертикального и густоте горизонтального расчле­нения, относительной и абсолютной высоте поверхностей и зани­маемым ими площадям, происхождению и т. д.

Формирование почв и почвенного покрова связано с особенно­стями макро-, мезо- и микрорельефа.

Макрорельеф — совокупность наиболее крупных форм поверх­ности суши на конкретной территории: горы, равнины, плато. Формы макрорельефа влияют на движение воздушных масс и формирование климата, обусловливая явление вертикальной, или высотной, зональности (поясности) климата, растительности и почв, а также макросочетаний в почвенном покрове. Формирова­ние макрорельефа вызвано тектоническими процессами в земной коре.

Мезорельеф — это средние формы поверхности земли, образо­вавшиеся на элементах макрорельефа; к ним относятся долины всех звеньев гидрографической сети и их водоразделы в пределах равнинных территорий (террасы, увалы, холмы, лощины, овраги, склоны террас, балок и т.д.). Эти формы рельефа оказывают реша­ющее воздействие на перераспределение и поглощение солнечной энергии. Поэтому тепловой и водный режимы, развитие эрозион­ных процессов внутри почвенно-климатических зон определяют­ся прежде всего элементами мезорельефа. Под воздействием ме­зорельефа формируются местные климат и микроклимат (склоны разной экспозиции, долины, водораздельные плато и др.), созда­ются закономерные сочетания почвообразующих пород и почв.

Формирование мезорельефа обусловлено главным образом эк­зогенными геологическими процессами (образование континен­тальных отложений, денудации) при постоянном воздействии медленных поднятия и опускания отдельных территорий суши.

Микрорельеф — наименьшие формы поверхности земли, обра­зующиеся на элементах макро- и мезорельефа; к ним относятся бугорки, блюдца, западинки, кочки и т.д. Микроповышения и микропонижения по площади могут занимать от одного до не­скольких сотен квадратных метров при амплитуде колебаний по высоте не более 1 м.

Формирование микрорельефа вызвано различными фактора­ми: 1) геологическим (карстовые и суффозионные оседания, гря­зевые вулканчики, неровности, вызванные действием воды и вет­ра, и т. д.); 2) климатическим (мерзлотные деформации и морозо-бойные трещины, набухание и т. д.); 3) биологическим (кочки, бугорки вследствие деятельности землероев, провальные лунки на месте сгнивших пней и т.д.); 4) антропогенным (борозды, канавы, валы, бугры и т.д.).

Микрорельеф непосредственно связан с процессом почвообра­зования, поскольку определяет значительное скопление воды в понижениях (западины, блюдца), резко изменяя гидротермичес­кие и солевые условия в зависимости от его элементов. В итоге

создается микроклиматическая и гидрологическая неоднород­ность, определяющая комплексность растительного и почвенного покрова.

Почвенный покров равнинных территорий формируется глав­ным образом под воздействием мезо- и микрорельефа. Все формы земной поверхности развиваются в тесной взаимосвязи с почвен­ным покровом, участвуя в перераспределении элементов плодоро­дия почвы. Распределение почв также обусловлено элементами рельефа.

На равнинных пространствах водораздельных плато, где воды осадков полностью поглощаются, формируются типичные для данной климатической зоны почвы; на склонах в зависимости от их экспозиции образуются в разной степени эродированные по­чвы с укороченным профилем (южные склоны более сухие и теп­лые, размыты гораздо сильнее северных); по днищам балок и до­лин, где аккумулируется смытый со склонов мелкозем и куда по­ступают воды атмосферных осадков, создаются намытые, нередко полу- и гидроморфные почвы.

В зависимости от расположения почв на элементах рельефа, связанных с этим перераспределения атмосферной влаги и залега­ния грунтовых вод выделяют три группы почв по характеру увлаж­нения (ряды увлажнения):

-автоморфные почвы, сформировавшиеся на ровных поверхнос­тях и склонах при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 6 м), не оказывающих воздействие на процессы почвообразования;

-полугидроморфные почвы, образовавшиеся на элементах релье­фа, обусловливающих либо кратковременное затопление террито­рии поверхностными водами, либо сравнительно неглубокое (3— 6м — капиллярная кайма может достигать корней растений) зале­гание грунтовых вод;

-гидроморфные почвы, формирующиеся на пониженных (отрица­тельных) элементах рельефа, определяющих длительный застой вод атмосферных осадков на поверхности или близкое (менее 3 м — капиллярная кайма может достигать поверхности почвы) за­легание грунтовых вод.

Возраст почв. Формирование и эволюция почв происходят во времени. В. В. Докучаев среди факторов почвообразования выде­лял время как возраст страны. Почвообразование как природный процесс имеет характер бесконечного развития, а слагающие его частные процессы ограничены во времени.

Обычно различают абсолютный и относительный возраст по­чвы. Под абсолютным возрастом понимают время от начала фор­мирования почв до настоящего момента, под относительным воз­растом — степень развития данной почвы. При одном и том же абсолютном возрасте почвы могут резко различаться по своему развитию из-за разной скорости почвообразования и степени его проявления в данной почве, т. е. по своему относительному возрасту. Например, почвы на рыхлых осадочных породах развиваются и достигают зрелого равновесного состояния быстрее, чем на плотных породах. В связи с этим выделяют почвы молодые (сла­боразвитые) и зрелые. Последние отличаются хорошим развитием почвенного профиля, четкой выраженностью всех генетических горизонтов, определяющих конкретный почвенный тип.

Хозяйственная деятельность человека. Воздействие человека на естественный почвообразовательный процесс — главная особен­ность современного этапа развития почв и один из наиболее ин­тенсивно действующих факторов почвообразования. Человек воз­действует на почву и непосредственно (обработка, внесение удоб­рений, проведение различных мелиорации и т.д.), и косвенно (изменение фитоценозов, элементов климата и др.). Главная цель антропогенного воздействия — улучшение почвы, расширенное воспроизводство ее плодородия и увеличение продуктивности зе­мельных угодий.