Почвообразование

Лекция 2.

1. Фазы (части)  почвы

2. Факторы почвообразования. Климат. Рельеф.

1. Фазы (части)  почвы

Почва состоит из четырех (фаз или частей): твердой, жидкой, газообразной и живой.

Твердая фаза почвы. В состав твердой фазы почвы входят минералы и химические соединения, унаследованные от исходной горной породы и неизмененные при последующем выветривании и почвообразовании – их называют первичными. Твердую фазу почвы формируют разнообразные компоненты вторичного происхождения. Они образуются при выветривании исходной горной породы и почвообразовании. Это: вторичные глинистые минералы, простые соли, оксиды и гидроксиды, растительные остатки и продукты их трансформации типа детрита, гумусовые вещества и их органо-минеральные производные. Эти продукты образуются на месте или же приносятся агентами геохимической миграции — поверхностными, внутрипочвенными и грунтовыми водами, а также аэральным путем.

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, сложением, структурой и пористостью.

Жидкая фаза почвы. Это влага, циркулирующая в пределах почвенного профиля вместе с растворенными в ней разнообразными минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. Она называется почвенным раствором. Почвенный раствор представляет собой исключительно динамичную фазу почвы, он играет важную роль в жизни живых организмов, а также в процессах миграции веществ в почвенном профиле. Динамика почвенного раствора тесно связана с характером атмосферного и грунтового увлажнения почвы, температурным и окислительно-восстановительным режимами, деятельностью живых организмов.

Газовая фаза почвы. Представляет собой почвенный воздух, который заполняет разнообразные пустоты (поры, трещины и т. п.), имеющиеся в почве и не занятые водой. Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного и динамичен во времени.

Живая фаза почвы. Эта фаза представлена живыми организмами, населяющими почву, которые помимо всего прочего служат важнейшим фактором почвообразования. В состав живой фазы почвы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), почвенная микро- и мезофауна (простейшие, насекомые, черви и т. д.), корневые системы зеленых растений.

Все фазы почвы взаимосвязаны, оказывают взаимное влияние друг на друга и существуют как единое целое, между почвой и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией, т. е. почва — открытая система.

Взаимодействие почвы  с другими природными телами осуществляется через следующие процессы:

• многосторонний обмен газами (О2, СО2, 2 и др.) и влагой (жидкой и парообразной)

в системе атмосфера—почва—растения—порода;

• обмен коротко- и  длинноволновой радиацией в системе  Солнце_почва_атмосфера;  
• многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера—почва—порода;  
• обмен биофильными элементами в системе почва—растения;  
• одностороннее поступление в почву органического вещества, синтезированного

зелеными растениями и несущего в себе химическую энергию (трансформированную лучистую энергию  Солнца).

Почва — сложная структурная система.

По Б.Г.Розанову (1975), под структурным уровнем организации того или иного объекта понимается такая группа материальных объектов, все индивидуальные представители которой характеризуются принципиально однотипным характером превращений вещества и энергии и однотипными как по направлению, так и по интенсивности взаимодействиями. Каждый структурный уровень характеризуется своим особым комплексом природных законов поведения и взаимодействия (внутри себя и с окружающей средой) составляющих его объектов и явлений.

Каждый последующий  более высокий структурный уровень  организации включает в себя все  объекты, явления и взаимодействия более низких уровней и, кроме  того, имеет дополнительно некоторые  иные явления и взаимодействия, что делает его принципиально иным природным образованием. Переход от одного структурного уровня к последующему определяется прежде всего изменением характера взаимодействия.

Выделяют следующие уровни структурной организации почвы.

Атомарный уровень. Взаимодействия, происходящие на этом уровне, преимущественно связаны с радиоактивностью почв, возникающей при распаде естественных радионуклидов семейства урана, радия, тория и некоторых искусственных нуклидов. Распад радиоактивных элементов сопровождается выделением энергии. Процесс распада и превращения радиоактивных элементов, вероятно, представлен во всех почвах. Хотя радиоактивные элементы обычно присутствуют в почвах в ультрамикроконцентрациях, процесс их распада, растянутый во времени, может вносить заметный вклад в энергетический баланс почв и оказывать определенное воздействие на биологические процессы и выветривание минералов. Реально в почве мигрируют и трансформируются не атомы, а ионы, молекулы и более сложные образования.

Ионно-молекулярный уровень. В качестве элементов на этом уровне структурной организации почвы выступают активные центры молекулярно-ионной природы, находящиеся на поверхности раздела твердой фазы почвы, а также молекулы и ионы жидкой и газообразной фаз, взаимодействующие с активными центрами и между собой.

Ионы — главный компонент почвенных растворов, они играют исключительно важную роль в таких процессах и явлениях, как кислотность и щелочность почв, питание растений, окислительно-восстановительное состояние, засоление и рассоление, обменные реакции, формирование разнообразных органо-минеральных производных и др.

Молекулярный (вещественный) состав почвы чрезвычайно разнообразен. Это тысячи различных соединений, многие из которых до настоящего времени не идентифицированы. Исключительная сложность вещественного состава — одна из характерных особенностей почвы, отличающих ее от других природных объектов. Например, относительно полно изучен состав кристаллических минеральных соединений (почвенных минералов) некоторых типов почв, идентифицированы многие органические соединения индивидуальной природы (сахара, аминокислоты, фенолы, кислоты жирного ряда, ферменты и др.), получены сведения о составе и свойствах комплексных органо-минеральных соединений. Почвенные соединения в молекулярной и ионной формах присутствуют преимущественно в почвенном растворе. Основная часть соединений твердой фазы почвы находится в агрегированном состоянии и формирует следующие уровни структурной организации почвы.

Уровень элементарных почвенных частиц. Элементарные почвенные частицы — это частицы различных размеров и различной природы (минеральные — кристаллические и аморфные, органические и органо-минеральные), унаследованные от материнской породы, измененные и новообразованные в процессе почвообразования. На этом уровне происходят основные превращения веществ в почве. Особую роль здесь играют почвенные коллоиды, которые определяют многие важнейшие свойства почвы — воднофизические, сорбционные, буферную способность и др.

Агрегатный уровень. Элементарные частицы в почвах обычно существуют не изолированно, а объединяются между собой под действием различных факторов в характерные для каждого типа почвообразования агрегаты и новообразования (за исключением песчаной). На агрегатном уровне происходит и локализация почвенных процессов, например передвижение влаги и растворенных в ней веществ по межагрегатным полостям и трещинам и т. д. Многие биохимические и химические явления, связанные с превращением веществ и составляющие важную часть почвообразования, протекают не на поверхности, а внутри агрегатов.

Горизонтньхй  уровень. Почвенный горизонт — относительно однородный слой почвы, обособившийся в процессе почвообразования. Формирование горизонта связано с преобразованием, аккумуляцией, привносом или выносом веществ, что отражается на взаимодействии и способе организации агрегатов и почвенных новообразований. В пределах почвенного горизонта протекают не только вертикальные, но и боковые процессы перемещения вещества и энергии, приводящие к формированию тех или иных особенностей горизонтов. Каждый тип почвы всегда характеризуется наличием горизонтов, наиболее ярко отражающих специфику почвообразования.

Профильный  уровень. Закономерные сочетания отдельных почвенных горизонтов, взаимодействующих между собой, образуют почвенный профиль или собственно почву как особое природное тело. Это не просто арифметическая сумма горизонтов, а структурный уровень почвенной организации. Почвенные горизонты связаны между собой непрерывным обменом веществ и энергии, что составляет главную черту профильного уровня организации почвы. Именно на этом уровне наиболее полно проявляется специфика почвы как единого целого. Профильный метод изучения почв, введенный еще В.В.Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований.

Уровень почвенного покрова. Этот уровень структурной организации представляет собой почвенный покров определенной территории, на которой в зависимости от особенностей рельефа, почвообразующих пород и других местных условий формируются почвенные комбинации, представленные разными почвами.

Для получения исчерпывающей информации о почве как природном объекте необходимо проведение исследований на всех уровнях ее организации.

2. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Факторы почвообразования — элементы природной среды, под влиянием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности.  
Основы учения о факторах почвообразования разработал основоположник генетического почвоведения В.В.Докучаев. Классическое определение процесса образования почв В. В. Докучаев сформулировал следующим образом: «Почвы всегда имеют свое собственное происхождение, они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отмерших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности».

Климат, рельеф, материнские  горные породы и отмершие организмы — элементы природной среды. Возраст территории отражает развитие почв во времени. Все эти почвообразователи принимают равноправное участие в образовании почв. Вместе с тем подобное «равноправие» факторов отнюдь не означает, что каждый из них везде и всегда оказывает одинаковое влияние на процесс почвообразования. При постоянном и обязательном действии всех факторов (их совокупности) характер проявления каждого из них или относительная роль отдельных факторов в почвообразовании существенно изменяется. Каждый из факторов почвообразования, различаясь по своему существу, эффекту и значению, остается незаменимым.  
Сочетание факторов почвообразования — это комбинация экологических условий, необходимых для развития почвообразовательного процесса. При отсутствии одного из факторов исключается возможность формирования почв.  
Наряду с отмеченными пятью природными факторами почвообразования выделяют еще шестой — антропогенный фактор (производственная деятельность человека), оказывающий как прямое, так и косвенное влияние на почвообразование и почвенный покров.

 
КЛИМАТ КАК  ФАКТОР ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Рассматривая климат как фактор почвообразования, необходимо иметь в виду, что в данном случае физическое тело природы — атмосфера, а климат — главный показатель атмосферных процессов, воздействующих на почву.  
Климат представляет собой статистический многолетний режим погоды на определенной территории. Он характеризуется средними показателями метеорологических элементов (температура, осадки, испаряемость и т. д.) и их крайними значениями, которые дают представление об амплитудах колебаний того или иного параметра в течение суток, сезона, года. Главные показатели климата — количество поступающей на земную поверхность солнечной радиации и количество выпадающих осадков. Солнечная радиация — важнейший источник энергии для большинства явлений, происходящих в биосфере Земли, в том числе и как почвообразовательного процесса. Космический приток солнечной энергии на верхней границе атмосферы составляет около 8,4 кДж/(см²×мин), однако поверхности Земли достигает не более 50 %. Примерно 30 % солнечной радиации отражается от атмосферы в космос, около 20 % поглощается парами воды и пылью в атмосфере и небольшая часть поступает на земную поверхность уже в виде рассеянной радиации.

Лучистая энергия Солнца, достигающая земной поверхности, превращается в другие формы энергии. Часть ее в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, трансформируется в химическую энергию, аккумулирующуюся в органических соединениях. Большее количество солнечной радиации, поглощаясь почвой, превращается в тепловую энергию, которая в дальнейшем расходуется на нагревание почвы и приземного слоя воздуха, на испарение почвенной влаги.

  С помощью тепловой энергии, затрачиваемой на нагревание почвы, в ней создается соответствующий температурный режим. Тепловые условия почвообразования на земной поверхности весьма разнообразны. В соответствии с поступлением тепла на поверхность Земли формируются термические пояса (группы) климатов планеты:

Полярный (холодный)                    -23...-15 ; <42 кДж/(см²×мин) 
Бореальный (умеренно холодный)  -4...+4 ;   42.. .84 
Суббореальный (умеренно теплый) + 10 ;    84...209

Субтропический (теплый)                   +15;     209... 251  
Тропический (жаркий)                        +32 ;     251...335

В целом, от полюсов к экватору наблюдается  закономерное увеличение количества тепла, поступающего на земную поверхность, что оказывает огромное влияние на формирование кор выветривания и характер почвообразовательных процессов. Известно, что с увеличением температуры на каждые 10⁰С скорость химических реакций возрастает в 2...4 раза. При повышении температуры увеличивается и степень диссоциации многих химических соединений. Так, если степень диссоциации воды при 0⁰С принять за 1, то при 10⁰С она возрастет в 2,7 раза, при 20⁰С — в 3,5, а при 35⁰С - в 4,5 раза. С повышением температуры увеличивается и диссоциация угольной кислоты, растворенной в воде. Поэтому по мере роста температуры все большее количество ионов водорода будет вовлекаться в процессы выветривания и почвообразования. Кроме того, чем выше радиационный баланс местности, тем более активно функционирует почвенная биота, больше синтезируется растительной биомассы и выше биологическая продуктивность территории. Поэтому процессы выветривания и почвообразования в тропиках протекают гораздо интенсивнее, чем в умеренном климате и тем более в полярных областях. По мере увеличения радиационного баланса от полярного пояса к тропическому существенно возрастает интенсивность элементарных почвенных процессов, обусловливающих как глубокую трансформацию горных пород и иллювирование продуктов почвообразования, так и сопровождающихся поступлением, синтезом и аккумуляцией новых минеральных и органических соединений и их производных. Однако при этом на характер выветривания и почвообразования в значительной степени влияют условия увлажнения конкретной территории, т. е. количество выпадающих осадков.