Биологические факторы почвообразования

Рельеф

Рельеф в отличие от почвообразующих пород в большей степени выполняет косвенную функцию в почвообразовательном процессе, перераспределяя те компоненты географической среды, которые определяют энергетику почвообразования. К ним относятся теплота, влага и растворы, а также твердые вещества. Рельеф характеризуется рядом количественных (форма и размеры), а также генетических параметров, которые играют дополнительную и определяющую роль в почвообразовательном процессе. К ним относятся поименно-долинный комплекс рельефа, абразионная равнина, аллювиальные равнины и равнины морской аккумуляции, карстовые тропические комплексы рельефа, эрозионные, эоловые и водные формы рельефа и др. Каждому из этих генетических типов рельефа соответствует свой набор почв.

Подчеркивая роль рельефа как фактора почвообразования, В.В.Докучаев в своей первой генетической классификации почв разделил их по способу залегания на нормальные, переходные и анормальные. Н. М. Сибирцев в попытке увязать рельеф, почвенный покров и конкретные ландшафтные условия предложил выделять зональные (на водоразделах), интразональные (в депрессиях) и азональные (неполноразвитые, рыхлопесчаные) почвы. П. С. Коссович видел роль рельефа в характере соподчиненности почв, выделяя среди них генетически самостоятельные (на плакорах) и генетически подчиненные (в понижениях).

Наибольший вклад в изучение рельефа и его роли в почвообразовании внес С. С. Неуструев, который сформулировал главный тезис о косвенном влиянии рельефа как почвообразователя посредством перераспределения климатических параметров: теплоты, влаги и света. Он предложил также широко используемые и в настоящее время понятия «автоморфные (водораздельные) почвы» и «гидроморфные почвы», отражающие соподчиненность почв, генетическую взаимосвязь между ними и специфическое проявление вертикальной зональности.

С. С. Неуструев первым в начале XX в. предложил ставшие базовыми понятия, относящиеся к географии почв, — комбинация, а также сочетания и комплексы почв. Сочетания и комплексы почв связывались им с определенными формами рельефа: сочетания — с мезоформами, а комплексы — с микроформами рельефа.

Независимо от Неуструева и значительно позже, в 1935 г., английский исследователь Дж. Милн предложил более широкий аналог сочетания почв, назвав его катена. Катена — сочетание почв, обусловленное не только формами мезорельефа, но и возрастом этих форм и составом почвообразующих пород. В почвенном покрове определенным формам рельефа соответствуют и определенные комбинации почв, различающиеся генезисом, сложностью и контрастностью почвенного покрова. Деление рельефа на мега-, макро-, мезо-, микро- и наноформы получило большое распространение в практике почвенно-географических исследований.

В отечественной терминологии, как предлагал С. С. Неуструев, сопряжение почв с определенными формами рельефа принято называть комбинацией почв, а почвенный покров, состоящий из многочисленных и разнообразных комбинаций, обусловленных рельефом, — комплексным.

Независимо от формы и уровней дифференциации рельефа его роль в почвообразовании заключается в перераспределении на земной поверхности в той или иной степени следующих факторов:

1) теплоты — радиационной энергии Солнца (влияние экспозиции склонов в разных широтах);

2) влаги и растворенных в ней веществ в форме водных молекулярных или коллоидных растворов, а также в форме твердых взвесей при плоскостном поверхностном стоке, солифлюкции и т.д.; следствие таких миграций — различный водный режим и генетическое разнообразие типов почв;

3) твердых веществ; результат — различная мощность почв в зависимости от степени выноса и аккумуляции выносимого материала, а также обновление субстрата с доминантой синлитоген-ного почвообразования, почвообразования на постоянно обновляемом субстрате.

Наиболее существенными факторами в почвообразовании являются животные и растительные организмы — особые компоненты почвы. Их роль заключается в огромной геохимической работе. В системе «почва—растение» происходит постоянный биологический круговорот веществ, в котором растения играют активную роль. Начало почвообразования всегда связано с поселением на минеральном субстрате организмов. В почве обитают представители всех четырех царств живой природы — растения, животные, грибы, прокариоты (микроорганизмы — бактерии, актиномицеты и сине-зеленые водоросли). Микроорганизмы готовят биогенный мелкозем — субстрат для поселения высших растений — основных продуцентов органического вещества. Высшим растениям и принадлежит ведущая роль в процессах почвообразования.

Флора. Фитомасса высших растений сильно зависит от типа растительности и конкретных условий ее формирования. Биомасса и годичная продуктивность древесной растительности увеличиваются по мере продвижения от высоких широт к более низким, а биомасса и продуктивность травянистой растительности лугов и степей заметно снижаются, начиная от лесостепи и далее к сухим степям и полупустыням.

В гумусовом слое Земли сосредоточено такое же количество энергии, как и во всей биомассе суши, причем аккумулируется энергия, ассимилированная в растениях благодаря фотосинтезу. Одна из наиболее продуктивных составляющих биомассы — опад. В хвойном лесу опад в силу специфики его химического состава очень медленно разлагается. Лесной опад вместе с грубым гумусом образует подстилку типа мор, которая минерализуется преимущественно грибами. Гумус имеет фульватный характер, а почвообразование идет по подзолистому типу. Почвы этого типа имеют высокую кислотность, не насыщены основаниями, малогумусирова-ны, с низким содержанием питательных элементов и уровнем плодородия.

Процесс минерализации ежегодного опада в основном совершается в течение годового цикла. В смешанных и широколиственных лесах в гумусообразовании большее участие принимает опад травянистой растительности. Освобождающиеся при минерализации опада основания нейтрализуют кислые продукты почвообразования; синтезируется более насыщенный кальцием гуматно-фульватный гумус типа модер. Формируются серые лесные или бурые лесные почвы с менее кислой реакцией, чем у подзолистых почв и более высоким уровнем плодородия.

Под пологом травянистой степной или луговой растительности основной источник образования гумуса — масса отмирающих корней. Гидротермические условия степной зоны способствуют быстрому разложению органических остатков. Гумификация и гумусообразование имеют более короткий цикл. Формируется мягкий гумус типа мюлль, насыщенный кальцием преимущественно гуматного состава. Этот процесс носит название дернового. Наиболее ярко дерновый процесс представлен в русском черноземе — типичном примере степного почвообразования. Черноземы в силу особых гидротермических условий степной зоны, способствующих интенсивному гумусообразованию и закреплению его в почвах, обладают чрезвычайно высоким естественным плодородием.

Взаимосвязь между растительными формациями, направлением почвообразовательного процесса и закономерностью пространственного распределения почв отчетливо прослеживается на самых разных уровнях, начиная с зональных проявлений и кончая микробиогеоценозом элементарной западины. Эта связь взаимообусловлена. Часто по смене растительных ассоциаций можно четко установить и смену отдельных почв.

Фауна. Наряду с высшими растениями огромное влияние на почвообразование оказывают многочисленные представители почвенной фауны—беспозвоночные и позвоночные, живущие в почве и на ее поверхности, активно участвующие в преобразовании органического вещества. Почвенную фауну можно разделить на четыре группы:

1. Микрофауна (менее 0,2 мм): простейшие — амебы, инфузории — до 1,5 млн в 1 г почвы, а также нематоды, живущие во влажной почвенной среде;

2. Мезофауна (0,2 — 4 мм): мельчайшие насекомые, черви, приспособленные к жизни в почве с достаточно влажным воздухом;

3. Макрофауна (4—80 мм): земляные черви, моллюски, насекомые (муравьи, термиты и др.);

4. Мегафауна (более 80 мм): крупные насекомые, крабы, скорпионы, кроты, сурки, змеи, черепахи, мелкие и крупные грызуны, лисы, барсуки и другие животные, роющие в почвах норы.

Среди почвенных животных абсолютно преобладают беспозвоночные, суммарная биомасса которых в 1000 раз больше, чем позвоночных. На фоне всего разнообразия фауны одними из самых важных почвообразователей считаются дождевые черви. Они составляют 90 % от всей зоомассы в почвах таежных и лиственных лесов и ежегодно пропускают через свой кишечник в разных зонах от 50 до 600 т мелкозема с площади 1 га, создавая в поверхностных гумусовых горизонтах почв мелкозернистую и комковатую структуру. Копролиты — продукты жизнедеятельности дождевых червей — по массе с площади 1 га составляют в среднем 25 т в год. Во влажно-тропических условиях почвообразования при благоприятных в течение года климатических условиях дождевые черви способны переработать в десятки раз больше почвенной массы относительно среднего показателя. Роющие животные (слепыши, сурки и др.) способны в огромных количествах перемещать почвенный материал из верхней части профиля почв в нижние, и наоборот. В результате такого многократного перемешивания создаются своеобразные перерытые профили, отличающиеся от окружающих фоновых почв. В частности, среди черноземов выделяется самостоятельный вид почв — карбонатные перерытые (сурчинные) черноземы.

Микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли, простейшие). В поверхностном горизонте суммарная масса микроорганизмов — несколько тонн на 1 га, причем почвенные микроорганизмы составляют от 0,01 до 0,1 % от всей биомассы суши. Микроорганизмы предпочитают селиться на обогащенных питательными веществами экскрементах животных. Они участвуют в гумусообразовании и разлагают органические вещества до простых конечных продуктов: газов (диоксид углерода, аммиак и др.), воды

и простых минеральных соединений. Главная масса микроорганизмов сосредоточена в верхних 20 см почвы. Микроорганизмы (например, клубеньковые бактерии бобовых растений) фиксируют азот на ²/з из воздуха, накапливая его в почвах и поддерживая азотное питание растений без внесения минеральных удобрений. Роль биологического фактора в почвообразовании наиболее ярко проявляется в формировании гумуса. Гумусообразование — сложный процесс, в котором участвуют все компоненты биоты: от микроорганизмов до высших растений. Схематически это представлено на рис. 4.