Характеристика основных факторов почвообразования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Выявление и изучение факторов почвообразования является важной составляющей современной науки. Ведь в последнее время наметилась тенденция ухудшения плодородны свойств почвы, а так же опустынивания большого количества территорий. В результате чего мы можем сделать вывод что данная тема весьма актуальна в настоящее время.

Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты и условия природной среды, под воздействием или участии которых образуются почвы. К факторам почвообразования относятся все силы, причины, условия, закономерности и их сложные сочетания, которые в прошлом, настоящем и будущим влияли и будут влиять на почвы и их развитие. Перечень всех агентов почвообразователей может быть чрезвычайно длинным, а вычленение их бесконечным. Поэтому рациональнее свести все многообразие внешних сил и условий к пяти показателям: климат, горные породы, организмы, рельеф и время. В.В. Докучаев был первым, кто установил, что соотношения между почвами и условиями их образования не случайны, а строго закономерны и жестко детерминированы. Как раз различия этих условий в географическом пространстве и времени приводит к разнообразию почв на земной поверхности. И климат, и растительность, и почвообразующие породы, и рельеф изменяются от места к месту и создают бесчисленные комбинации и сочетания друг с другом.

В связи с тем, что Интернет является не достаточно надежным источником все данные были проверены в различных авторитетных источниках таких как НАСА, ИА REGNUM, ООН.

1. Климат как фактор почвообразования

Согласно Л.С. Бергу, климат - это закономерная последовательность метеорологических процессов, выражающихся в многолетнем режиме погоды в данной местности. Со слов А.И. Воейкова, климат данного места есть совокупность всех не случайных для него типов погоды. В свою очередь, погода - это общность всех метеорологических явлений, происходящих в данном пункте в определенный момент времени.

На тесную связь климата и почвы давно обратили внимание многие исследователи. Исключительно большое значение климату предавали русские почвоведы В.В. Докучаев и Н.М. Сибирцев и американский почвовед Е. В. Гильгард еще в конце XIX века. Значение климата в почвообразовании исключительно велико. Многие исследователи считают, что ведущая роль в образовании почв принадлежит климату в его широком и всестороннем понимании. Вне климата, главным образом без притока солнечной энергии, не могло бы быть условий существования и жизнедеятельности организмов. А без организмов не было бы и почв. В свою очередь, от климата напрямую зависят такие параллельные почвообразованию процессы, как выветривание, выпадение осадков, химическая денудация, транспортировка и сортировка увлекаемого ветром и водой материала, дифференциация и аккумуляция механических и химических осадочных пород и т. д. Вне климата в прошлом и настоящем немыслимо существование человека. Поэтому роль климата в почвообразовании довольно часто является определяющей.

1.1 Значение солнечной радиации в почвообразовании

Солнечный свет является главным источником энергии для жизни и почвообразования на Земле. Световой и тепловой поток солнечной энергии на поверхность почвы изменяется в зависимости от географического положения местности, характера рельефа и особенностей растительного покрова. Приток солнечной радиации, поступающей на Землю постоянный и составляет на верхней границе атмосферы около 8,4 кДж/(см-мин). Однако количество лучистой энергии, приходящей на единицу площади земной поверхности, зависит, прежде всего, от угла падения лучей. Поэтому вполне очевидно, что на одинаковые площади на экваторе, в средних и высоких широтах приходятся различные величины солнечной инсоляции.

Помимо этого, если в тропических широтах луч Солнца пронизывает атмосферу по вертикали, то в полярных - под малым углом. В силу этого путь луча в атмосфере приполярной зоны удлиняется от 10 до 25 раз. В столько же раз увеличивается рассеивание и ослабление эмиссии Солнца. Параллельно усилению потока солнечной энергии от холодных полярных областей к жарким тропическим неизмеримо возрастает интенсивность выветривания, фотосинтеза, жизнедеятельности животных и бактерий. В этом же направлении возрастает интенсивность почвообразования. При этом растут как деструктивные процессы разрушения первичных минералов, разложения и минерализации органического вещества и выщелачивания, так и созидательные процессы синтеза, накопления новых вторичных минералов и органических соединений. Согласно известному правилу, скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза с повышением t° на каждые 10 °С. При смещении температуры от 0 до 50° диссоциация воды увеличивается в 8 раз. Поэтому в различных районах земного шара скорость геохимических реакций в почвах может различаться в десятки раз.

Известно, что различные минералы заметно отличаются между собой величиной объемного расширения. У кварца она в два раза больше, чем у полевого шпата. Поэтому при периодическом нагревании днем и остывании ночью в массивнокристаллических породах возникают многочисленные напряжения, которые рано или поздно приводят к образованию трещин. Капиллярное давление в тонких трещинах и их расклинивание при переходе воды в лед способствует дальнейшему механическому разрушению горных пород.

В свою очередь, с повышением температуры возрастает интенсивность микробиологических процессов, что способствует ускоренному разложению органических остатков растительного опада. Поэтому становится понятным, почему в тропиках отсутствует опад, и почва практически обнажена. При движении к полюсам с понижением температуры, разложение опада замедляется. Поэтому в холодных бореальных лесах почва всегда укрыта толстым слоем оторфованной мортмассы. Следовательно, тепловой режим почв определяет и контролирует интенсивность механических, физических, химических и биологических процессов, протекающих в них.

В соответствии с поступлением тепла на поверхность Земли формируются термические пояса планеты, для выделения которых служит разница в сумме среднегодовых температур выше 10 °С.

Кроме того, надо учитывать, что наша Земля не является идеальным гладким шаром. На ней возвышаются континенты, которые сильно различаются размерами, общей высотой, распределением и формой горных сооружений, площадью внутренних морей и низменностей. Поэтому реальная картина термических поясов на континентах во многих случаях нарушается и отклоняется от теоретически ожидаемой схемы.

1.2 Значение атмосферных осадков в почвообразовании

Почвообразующий эффект тепла и света может проявляться лишь в том случае, если почвы обеспечены достаточным для жизни растений количеством влаги. Поэтому значение атмосферных осадков в почвообразовании столь же велико, как и значение тепла. Сумма осадков за год в разных частях земного шара варьирует сильно. Есть территории абсолютных пустынь, в которых в течение нескольких лет не бывает атмосферных осадков. Таковы пустыни Чили, Перу, Оклахомы, Сахары, Гоби. Полное отсутствие осадков полностью исключает возможность почвообразования. И даже при возрастании осадков до 300-400 мм почвообразование угнетается. Дальнейшее повышение влажности климата до 550-650 мм (при условии равенства осадков и их испаряемости) дает безраздельное преимущество степной растительности. Именно под ее покровом создается чернозем. Обширные лесные пространства умеренного пояса обоих полушарий получают ежегодно до 700-800 мм. Этого количества вполне достаточно, чтобы лесная растительность потеснила степную и заняла господствующее положение. Во влажных субтропиках выпадает до 1500-2500 мм. И, наконец, во влажных лесах экваториальных областей среднегодовое количество осадков необычайно велико и достигает 7-10 тыс. мм в год. По условиям увлажнения принято различать шесть главных групп климата. Критерием деления служат как сумма выпадающих осадков за год, так и отношение этих осадков к величине испаряемости влаги с открытого зеркала воды (коэффициент увлажнения - КУ).

Однако хорошо известно, что в распределении атмосферных осадков по суше земного шара имеются существенные отклонения от общей планетарной схемы зональности. Эти отклонения возникают по причине различия высоты, формы и размеров континентов, удаленности или близости горных хребтов от мирового океана, их превышения над равнинами материков, их влияния на движение воздушных масс, циркуляции морских течений и т. д. Горные цепи, протянутые вдоль берегов материков, служат «ловушками» атмосферных осадков, приносимых с океана. На склоны этих гор, обращенные к океану, выпадает большая их доля. И наоборот, крайне малым количеством осадков обеспеченны глубинные, внутри континентальные районы, удаленные или отгороженные хребтами гор от мирового океана.

Таким образом, если поступление тепла и света на суше имеет ярко выраженное поясное распределение, то об осадках этого сказать нельзя. По ряду причин наблюдаются значительные отклонения их распределения по материкам. Нередко встречается концентрическое, иногда меридиональное направление в дифференциации осадков. И только в случае вы- ровненности очень большого континента закономерность выпадения осадков приближаются к горизонтально-зональному типу.

С количеством и режимом поступления атмосферных осадков напрямую связана влажность почвы, растворение и перераспределение (выщелачивание) подвижных соединений в самой почве, перенос на дальние расстояния почвенных суспензий и химических веществ с водами подземного и поверхностного стока. Благодаря атмосферных осадкам в почве идут процессы гидролиза первичных минералов и замещение их вторичными глинистыми минералами. Вместе с атмосферными осадками на поверхность почвы выпадает не только пыль, но и оксиды азота, аммиак, угольная кислота, а в промышленных районах - многочисленные отходы производства. Влага осадков впитывается почвой, надолго удерживается ею и, по мере надобности, передается растениям для синтеза органического вещества. Следовательно, с осадками прямо и косвенно связанно гумусооб- разование и возникновения верхнего биогенного гумусо-аккумулятивного горизонта почвы. В свою очередь, просачивание влаги в почве приводит к образованию геоклиматической стратификации почвенного профиля. Вымывание из верхней части почвы и вмывание в ее нижнюю часть, например, карбонатов, создает в изначально однородной минеральной массе обособленные элювиально-иллювиальне генетические горизонты. Таким образом, за счет осадков в почве образуются основные генетические горизонты - гумусовый, горизонт выщелачивания и аккумуляции и многие другие, которые в комплексе составляют ее профиль.

2. Горная порода как фактор почвообразования

Почвообразующей, или материнской горной породой называется верхний слой литосферы, выходящий на поверхность суши, и который в ходе почвообразования превращается в почву. Каждая почва неразрывно связана и залегает на той породе, из которой она образовалась.

Роль материнских пород в почвообразовании может быть оценена двояко. Во-первых, это прямое, непосредственное воздействие через вещественный материал породы, через петрографический, минеральный, гранулометрический, химический состав и физические свойства. Во-вторых - косвенное влияние, когда материнская порода играет роль подстилающего тела (грунта). В этом случае воздействие сводится к возможностям обмена между породой и почвой газами, влагой, теплом, растворенным веществом.

Каждая горная порода придает почве особые свойства и неповторимый колорит. Так, карбонатные породы во влажном климате обуславливают богатство почвы основаниями Са и Мg и бедность ее силикатным материалом. Обилие карбонатов обеспечивает поддержание нейтральной и щелочной реакции почв, способствует закреплению и накоплению в ней гумуса, преобладанию бактериальных сообществ над грибными, бобовых культур над злаковыми, гуматного гумуса над фульватным. В противоположность этому, покровные суглинки в том же климате определяют обо- гащенность почвы сиаллитными минералами, бедность основаниями, кислую реакцию и повышенную миграцию химических элементов и органического вещества по профилю. В результате в одних и тех же климатических условиях на разных породах возникают несхожие по свойствам и плодородию, контрастные по механизму образования почвы.

Различные горные породы обладают разной способностью видоизменяться в одной и той же биоклиматической обстановке, по-разному реагировать, отражать и накапливать в себе результаты влияния других факторов почвообразования. Одни породы, образуя почвы, более чутко улавливают и фиксируют биоклиматические изменения. Другие более быстро изменяются во времени, и темпы почвообразования на них наиболее быстры и результативны. Третьи, наоборот, проявляют крайний консерватизм и пассивность к внешней среде. Поэтому результат почвообразования здесь не велик, а почвы длительное время находятся на стадии примитивных. Четвертые наиболее тонко реагируют на положение в рельефе. К первым относятся суглинки, ко вторым - вулканический пепел, к третьим - кварцевые пески и к четвертым - элювий и делювий основных изверженных пород.

Состав и свойства горных пород сильно влияют на скорость, механизм, напряженность и направленность почвообразования и на уровень плодородия почв. Кинетика развития почв зависит от степени податливости конкретной породы к биоклиматическим факторам. Почвообразование замедляют: повышенная плотность породы, мелкозернистость, высокое содержание кварца, мономинеральность, преобладание одного-двух химических элементов над другими.

По характеру влияния на почвообразование породы принято делить на 4 группы: 1) магматические; 2) вулканообломочные и высокотемпературные метаморфические; 3) плотные осадочные и низкотемпературные метаморфические; 4) рыхлые осадочные.

Магматические породы в зависимости от химического и минералогического состава по-разному содействуют процессам почвообразования. Так, в бореальном гумидном климате на ультракислых породах формируются подзолы, на кислых породах - кислые бурые лесные, на средних - мезотрофные бурые лесные и серые лесные, на основных - эвтрофные бурые лесные почвы. На степень элювиирования лесных почв большое влияние оказывает содержание железа. Чем его меньше и чем кислее порода, тем сильнее оподзоливание. В семиаридном климате очень важно содержание кальция в породе. Степные почвы, формирующиеся на магматических породах с содержанием кальция менее 1 %, не могут достигнуть уровня черноземов по многим показателям. При этом большое количество железа и магния в породе не компенсирует недостаток кальция.

Что касается осадочных пород, то крайне важным их показателем оказывается гранулометрические различия. Дело в том, что частицы разного размера обладают разным минеральным и, следовательно, химическим составом. Камни, превышающие 3 см, представлены главным образом обломками пород. Частицы размером 1-3 мм состоят из обломков пород и зерен кварца и полевых шпатов. Песок (1-0,05 мм) и пыль (0,05-0,001 мм) сложены преимущественно из зерен кварца, полевых шпатов с примесью тяжелых минералов: слюд, амфиболов, пироксенов и других. Илистая фракция - частицы < 0,001 мм - представлены глинистыми минералами и аморфными минералами.

По происхождению и многим свойствам вулкано-обломочные породы занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными. Обогащеность их легковыветривающимся вулканическим стеклом и рыхлость этих пород определяют большую самобытность формирующихся на них почв.

Плотные осадочные породы представлены разнообразными по происхождению, составу минералов и химизму геологическими образованиями. В эту группу входят глинистые обломочные сланцы и песчаники, карбонатные породы - известняки, доломиты и мергели; кремнистые породы - трепелы и опоки. Сюда же относятся низкотемпературные метаморфические породы - филлиты, сланцы, кристаллические доломиты и метасоматические породы, такие как серпентинит, пропилит и другие.

3. Организмы как фактор почвообразования

«Живое вещество» (по В.В. Вернадскому) или живая фаза почвы состоит из многочисленных популяций разнообразных организмов. Они различаются между собой своими экологическими функциями, значением и вкладом в биосферу, способом размножения, механизмом и источником питания и т. д. Все организмы, тяготеющие к почве объединяются общим понятием - почвенная биота. Все многообразие живого вещества почв по традиции делится на растительные и животные организмы. Без огромного и сложного мира живущих в почве организмов нет и не может быть самой почвы, не могла бы возникнуть и развиваться сегодняшняя биосфера. Почвы нашей планеты служат основой, обеспечивающей полноценную жизнь, и играют важную роль в создании органического вещества и переработке мертвых остатков биосферы. В свою очередь, живое вещество континентов совместно с климатом во многом определяют и контролируют почвообразование и создают почвы. Все живые и отмершие организмы суши напрямую или опосредованно вносят свой вклад в создание почвы. Разное строение, размеры, место обитания и звенья трофических цепей, способы питания и защиты организмов обуславливают их различное участие в формировании почвы. По словам В.И. Вернадского «...на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Как раз в почвах сосредоточена и совершается главная биогеохимическая работа живого вещества, а почва является ее конечным результатом. Почва - это арена жизни, созданная жизнью для жизни на Земле.

Вся совокупность живых организмов почвы постоянно претерпевает изменения во времени и пространстве. Однако набор, количество и соотношение живых организмов в каждой почве имеет свою неповторимую индивидуальность, свои особенности функционирования и специфику почвообразования. Роль и значение организмов в почвообразовании проявляется как на глобальном биосферном (планетарном) уровне по зональным правилам, так и на мезо- и микроуровне формирования конкретных почв. Воздействие биологического фактора на почвообразование может быть прямым и косвенным. Непосредственно живое вещество воздействует на механические, физические, гидрологические, геохимические, биохимические, эдафические, биологические и другие свойства почвы. Опосредованное влияние биоты реализуется через изменения микро- и мезокли- мата, условий выветривания, увлажнения, дренажа, через разрушение и синтез минералов, гумуса и так далее.

3.1 Высшие растения

Высшие растения используют почву в качестве опоры, закрепления и источника влаги и питательных элементов. Они являются основными продуцентами, производя главную массу органического вещества, составляют ядро наземных биоценозов. Именно им, как основным создателям и накопителям органического вещества и энергии, принадлежит главная роль в почвообразовании. С синтеза органического материала начинаются такие глобальные процессы природы, как биологический круговорот, гумификация, биоаккумуляция, дифференциация почв на генетические горизонты и, в конечном счете, создание и развитие почв. Важнейшим показателем почвообразовательной деятельности высших растений является общая биомасса, которая меняется по климатическим поясам. Холод в тундре, сухость и жара в пустынях ограничивают фотосинтез и прирост биомассы фитоценозов. В этих местах она не превышает 5 т/га. В лесотундре фито- масса составляет около 20 т/га, в тайге - 300-400 т/га, в степи, в саванах, пампасах, прериях биомасса растений уменьшается до 15-30 т/га. Во влажных тропических лесах фитомасса достигает 500 т/га и более.

Солнечная энергия, законсервированная в биомассе суши, составляет n * 1019 кДж. Через опад отмерших растений органическое вещество попадает в почву, где подвергается гумификации (не более 5 %) и полной минерализации (около 95 %). Таким образом, органическое вещество растений - это не просто совокупность химических элементов, поглощенных из почвы, это еще и запас солнечной энергии (Приложение табл. 5). Когда в почве происходит процесс минерализации - выделяется эквивалентное количество энергии, которая расходуется на формирование почвы. Остальная часть энергии консервируется и накапливается в виде гумуса. Следовательно, умирая, растения не только возвращают почве взятые у нее минеральные вещества, но, соединив их в сложные органические молекулы, привносят в почву трансформированную солнечную энергию. Жизнь и смерть растений - это единый механизм создания почвы и ее плодородия.

Большая часть биомассы растений сосредоточена над почвой в виде наземных органов. Масса корней гумидных поясов, обычно составляет 20-30 % от общей биомассы фитосообщества. Но по мере перехода в ксерофитные и аридные зоны, доля корней возрастает и может достигать 90 % и более. Следовательно, чем суше и жарче климат, тем больше корней в биомассе растений. Корневая система растений влияет на физические, химические свойства почв и ее биологическую активность. Механическое расклинивающее и склеивающее почвенные минералы корневыми выделениями действие корней создает структуру и порозность почв, улучшает ее аэрацию и дренаж, стабилизируют реакцию среды и состав почвенных растворов. Корни активно и напрямую участвуют в минеральных превращениях и снабжают микроорганизмы органическими продуктами питания.

Ризосфера фитоценозов из растворов почвы и прямым контактом с почвенным мелкоземом поглощает необходимые для жизни растений элементы. В ходе этого происходит химическая трансформация и физическая деформация исходной горной породы, которая постепенно эволюционирует в почвенное тело. Помимо этого корни способны выделять активные ионы, угольную кислоту и многие органические кислоты. Все это приводит к химическому разрушению решетки многих минералов, что улучшает пищевой режим почв и облегчает поступление биофильных элементов в корни.

Благодаря корням происходит избирательное поглощение и концентрация питательных элементов в самой почве. Из года в год происходит транслокация биофильных элементов из корнеобитаемой толщи, включая и подстилающую горную породу, в верхние горизонты почв. Из рассеянного состояния эти элементы переводятся в концентрируемое и, входя в состав гумуса, становятся более доступными. В конечном счете, все это ведет к созданию биоаккумулятивного профиля, т. е. к накоплению био- филбных элементов в верхних гумусовых горизонтах и к обеднению ими нижних безгумусовых слоев. Иными словами, корневая система ведет к дифференциации вещества почвы и созданию ее биогенного профиля.

Огромное значение в биогенном развитии почв играют корневые выделения. Их геохимическая активность используется не только на разрушение минералов, но и служит источником пищи многих микроорганизмов. А это, в свою очередь, определяет биохимическую активность почвы. Дело в том, что основная масса микробиоты почв сосредоточена на поверхности и вблизи корней. Здесь они находят наилучшие условия питания за счет корневых выделений. Многие энергоемкие биопроцессы, например азотофиксация, , зависят от наличия в почве легкодоступных источников энергии, большая часть которых поступает к почвенным бактериям через корни в виде простых углеводов, кислот, спиртов и т. д. Создавая в ризосфере благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, растения находят в их лице союзников, которые переводят и поставляют корням труднодоступные биофильные элементы. Количество метаболитов корней меняется по фазам развития растений и зависит от потребностей растений в минеральном питании. Доля корневых выделений составляет 30-50 % от общей массы синтезируемых органических веществ за период вегетации растения. Корнями растений питаются некоторые почвенные беспозвоночные, на корнях развиваются грибы, образующие микоризу, с клетками корней вступают в симбиоз бактерии и т.д.

3.2. Низшие растения

Роль водорослей особенно ярко проявляется на первых стадиях почвообразования. Они активно заселяют поверхности обнажения любых горных пород, при условии достаточного содержания влаги, начиная, таким образом, биогенное почвообразование. Водоросли вызывают усиленный распад первичных минералов, повышают дисперсность породы и пропитывают ее органическим веществом. Некоторые водоросли способны концентрировать в своих клетках кремнезем, другие - кальций, третьи - фиксировать и накапливать азот. Все это совместно накладывает отпечаток на направленность и результативность транслокации биофильных элементов. Водоросли также оказывают влияние на газовый режим почвы, поставляя в нее кислород, накапливают в почве органогенные вещества и элементы, создают и улучшают структуру почвы и т.д.

Вторая значимая группа в почвообразовании - лишайники. По морфологии лишайники делятся на 1) корковые (или накипные), 2) листоватые, 3) кустиковые и 4) кочующие. Лишайники, особенно корковые, растут медленно. Прирост их составляет от 1 до 8 мм в год. Средняя продолжительность жизни лишайников от 30 до 80 лет. Обычно они прикрепляются к неподвижным субстратам - скалам, камням, деревьям или почве, образуя фрагментарный или сплошной покров. Лишайники устойчивы к инсоляции и высушиванию и не терпят загрязнения атмосферы. Они способны поглощать влагу из атмосферы и этим обходиться. Благодаря своей экологической пластичности и неприхотливости лишайники распространены в природе очень широко. Они расселяются и с успехом живут там, где не могут расти другие растения. Особенно обильны лишайники в тундре и высокогорьях. Ареалы большинства их видов не подчиняются закону зональности. Говоря иначе, есть лишайники-космополиты, распространенные по всей планете вплоть до Антарктиды. Есть эндемики, которые приурочены только к отдельному локальному месту и нигде больше не произрастают. Многие лишайники чутко реагируют на свойства горных пород и почв, и потому их представители, предпочитая поселения в своих геохимических нишах, строго связаны с характером субстрата.

Лишайниковая биомасса сплошь и рядом служит местом обитания и пищей многих микроорганизмов. На лишайниках охотно поселяются бактерии, грибы, дрожжи. Многие их них - азотфиксаторы. Под покровом лишайников находят убежище многие беспозвоночные животное. Таким образом, первопроходцы-лишайники прокладывают путь и разнообразят формы жизни, что усиливает и ускоряет эффект почвообразования.

Все лишайники синтезируют сложные органические кислоты, главным образом, полифенольного ряда: усниновую, урсоловую, леконоровую и многие другие, которые обладают антибиотическими свойствами. За счет своей геохимической активности эти кислоты энергично растворяют и разрушают минералы. Проникая в микротрещины, лишайники расклинивают массивные кристаллические породы, ускоряя тем самым физическое выветривание.

Для биологии почв особый интерес представляют 2 экологические группы: напочвенные (эпигейные) и наскальные (эпилитные) лишайники. Эпигейная группа, как правило, не конкурентоспособна на плодородных почвах. Но они широко распространены на территориях, где развитие высших растений угнетено. Наскальные лишайники, живущие на каменных россыпях и голых скалах, в основном представлены накипными формами. Среди них различают кальцифильные виды, тяготеющие к известковым породам, и кальцефобные, приуроченные к кремнистым выходам.

В почвообразовании наиболее важна первичная роль лишайников в заселении голых минеральных поверхностей суши. На обнаженных горных породах, где не в силах выжить высшие растения, первыми поселяются лишайники. Механически дробя и химически разрушая породы они обогащают их органическим веществом отмерших поколений. В конечном счете, лишайники создают примитивные начальные почвы и постоянно улучшают их плодородие. Тем самым прокладывается путь для экспансии высших растений.

3.3 Микроорганизмы

Роль микроорганизмов в формировании почв необычайно важна и разнообразна. Микробы, будучи старейшими жителями планеты, являются самыми древними почвообразователями, жившими еще задолго до появления высших растений. Последствия жизнедеятельности микроорганизмов выходят далеко за пределы существовавших тогда, заселенных только микроценозом, зачаточные почвы. Миллиардные поколения микробов во многом определили состав и свойства осадочных пород, атмосферы, гидросферы, геохимическую историю большинства биофильных элементов. Микроорганизмы почвы весьма разнообразны по составу и функциональным проявлениям. В почве обитают следующие группы микроорганизмов: бактерии, актиномицеты, грибы, простейшие.

Микроскопическое население почв способно осуществлять в ней процессы, которые недоступны растениям и животным. Например, фиксацию азота, окисление аммиака, сероводорода, восстановление сернокислых и азотнокислых солей, соединений железа, марганца и другое. Сюда же относится микробный синтез многих эксклюзивных витаминов, энзим, аминокислот. По этой причине микробиота почв является не только сильным разрушителем минералов, но и плодотворным и незаменимым агентом выветривания. Однако главнейшим вкладом в почвообразование микроорганизмов является их способность доводить распад и разложение растительного и животного опада до полной и конечной минерализации. Без этого звена цикличность биологического круговорота в почвах была бы невозможна. Не будь этой составляющей, жизнь на планете постепенно бы угасла. Именно в этом заключается принципиальное различие между ролью микроорганизмов и ролью растений. Если растения продуцируют органическое вещество, то микроорганизмы его полностью минерализуют. Синтез физиологически активных соединений для разложения, гумусообразование и полная минерализация опада - главные и неповторимые функции микроорганизмов в почвообразовании.

3.4 Животные

Почва населена большим количеством животных - от беспозвоночных до высших позвоночных. Все животные, обитающие в почвах, делятся на три группы: 1) геобионты - постоянные обитатели почвы, например дождевые черви; 2) геофилы - живущие в почве только часть своей жизни - это личинки хрущей, щелкуны; 3) геоксены - животные, которые используют почву как временное укрытие - кролики, барсуки. По размерам отдельных особей почвенная фауна делится на 4 группы:

1) микрофауна - животные, размер которых не превышает 0,2 мм. Это, главным образом, протозоо (жгутиковые, саркодовые и инфузории - одноклеточные животные). Сюда же попадают нематоды, ризоподы и многие другие, живущие во влажной почвенной среде;

2) мезофауна - животные размером от 0,2 до 4 мм. Основное количество этой группы приходится на членистоногих. Это мелкие насекомые, многоножки, мокрицы, пауки и мелкие черви. Живут они в полостях почвы и способны к вертикальной миграции по трещинам и крупным порам;

3) макрофауна - состоит из животных размером от 4 до 80 мм. Эта группа объединяет червей, моллюсков, муравьев, термитов. При движении они способны прокладывать в почве свои ходы. Им под силу уходить глубоко вниз, куда они вынуждены мигрировать в период засухи и зимних холодов;

4) мегофауна - размер животных более 80 мм. В эту группу попадают крупные насекомые, крабы, кроты, скорпионы, змеи, черепахи, грызуны, лисы и многие другие, роющие в почве свои жилища и убежища.

По типу питания животные почв подразделяются на следующие трофические группы: 1) фитофаги, питающиеся живыми тканями живых растений (личинки щелкуна, нематоды); 2) зоофаги поедают других животных, выступая в роли хищников или паразитов; 3) некрофаги, использующие в пищу трупы животных и 4) сапрофаги, наиболее многочисленная и важная группа почвенных животных. Они перерабатывают мертвые остатки растений, их наземный и подземный (корневой) опад. Это черви, многоножки, мокрицы, клещи и многие личинки.

Участие животных в почвообразовании сводится к двум процессам:

1) разложение и минерализация органического вещества, и 2) роющее, перемещающее и перемешивающее воздействие на почвенный материал.

Трансформация, разложение и минерализация органического вещества.

Использование органических веществ животными в качестве пищи приводит: 1) к их механическому измельчению при пережевывании,

2) биохимическим превращениям в ходе пищеварения, 3) к обогащению экскрементов, которые выделяют животные наружу в виде конечных продуктов обмена, микроорганизмами и биофильными элементами и, наконец, 4) к частичной гумификации и минерализации органической массы съеденного корма. По мере прохождения пищи через кишечник животных в десятки тысяч раз увеличивается ее дисперсность и в сотни тысяч - площадь поверхности. Вес это облегчает ее доступность для микроорганизмов и ускоряет ее разложение. Помимо этого в ходе пищеварения синтезируются новые формы органических соединений. Растительная биомасса под воздействием ферментов пищеварения расщепляется на более простые органические и минеральные компоненты. Часть из них усваивается, а большая часть выводится наружу в составе выделений и попадает в почву. Поскольку усвояемость у беспозвоночных весьма высокая, то их экскременты в большей степени обогащены калием, магнием, азотом, фосфором и другими биофильными элементами по сравнению с испражнениями позвоночных. Но у тех и других концентрация биофильных элементов в фекалиях всегда выше, чем их содержание в почве.

Ярким примером необычно интенсивного воздействия на почву служит работа дождевых червей. Более 100 лет назад Ч. Дарвин (1882 г.), оценивая трудоспособность червей, писал «...вряд ли найдутся другие животные, которые играли бы столь большую роль в истории мира, как дождевые черви». За счет жизнедеятельности червей почвы из года в год приобретают биогенное сложение и структуру, неповторимые биохимические свойства, не воспроизводимые никаким другим агентом природы. На площади в 1 га черви ежегодно пропускают через свой кишечник от 50 до 600 т мелкозема почвы. Вместе с минеральной массой они поглощают и перерабатывают огромное количество органического опада. Сообщество дождевых червей всего за несколько десятков лет способно пропустить через себя всю массу почвы. За время существования почв их минеральная масса многократно прошла через пищевой тракт червей. На поверхность почвы черви выносят до 25 т/га копролитов в год. В их копролитах в 1,5 раза больше фосфора, в 2,5 раза больше калия и в 3 раза больше азота по сравнению с исходным почвенным материалом. Кроме того, в выделениях всех животных содержатся значительные количества стимуляторов роста, витаминов и микроорганизмов. В копролитах дождевых червей число микроорганизмов в 10 раз больше, чем в исходной почвенной массе. Отсюда вывод: выделения животных и останки после их смерти служат очагами распространения бактерий в почве.

Турбомеханическая работа главным образом присуща роющим животным, и выражается в виде:

1) рыхления почв, что способствует усилению аэрации;

2) пронизывания почв и пород во всех направлениях норами и ходами, что ведет к изменению водопроницаемости и оказывает дренирующее воздействие. Приведем пример: водопроницаемости почв, заселенных червями в 20-30 раз лучше, чем в почвах, где черви отсутствуют. Норы кротов и слепышей производят дренирующий эффект, в то время как роющая деятельность муравьев и термитов может приводить к нарушению капиллярных связей и снижению физического испарения и накоплению влаги;

3)перемешивания и переотложения почвенного мелкозема. Это придает почве однородное строение и обуславливает «оборот слоев». Все дело в том, что роющая деятельность различных животных охватывает самые разные горизонты почв - от поверхностных до очень глубоких (до 6-8 м). Все роющие животные выносят на поверхность минеральный материал глубоких слоев, обогащенный химическими веществами, которых нет в верхних слоях почвы. Для большинства нерастворимых соединений такой способ вертикальной дислокации снизу вверх и вовлечение их в биологический круговорот является почти единственным. Отдельные животные переносят с глубины на поверхность до нескольких десятков тонн на гектар в год почвообразующей породы. В ходе этого перемещения происходит омолаживание почв.

4) По мере роющей и перемешивающей работы почвенной фауны бесследно исчезают слоистость и неоднородность геоморфологически подчиненных аллювиальных и пролювиальных почв. Почвенные горизонты могут деформироваться, становиться фрагментарными;

5) перемещение почвенной массы и создания механическим путем микрорельефа. На поверхности почв образуются кучки, холмики, бугорки и другие неровности. Все это ведет к изменению гидротермического режима почв и увеличению пестроты почвенного покрова. Выбросы кротов за 10 лет покрывают до 40 % площади почв. Холмики сурков и сусликов занимают 12-25 % освоенных ими почв. Такой микрорельеф вызывает заметное перераспределение воды, тепла, видового состава фитоценозов, изменение химических свойств почвенной массы;

6) структурообразование. Почвенный мелкозем и остатки растительного материала, проходя через кишечник почвенных беспозвоночных, смешиваются, связываются, скрепляются и цементируются. Такие копро- литы приобретают высокую устойчивость к механическим и химическим нагрузкам. Особо ценными являются копролиты дождевых червей. Их во- допрочность в 10 раз выше, чем агрегатов обычной почвы. Установлено, что черноземы на 50 % состоят из ненарушенных копролитов дождевых червей;

7) вытаптывание почвы. Оно свойственно, главным образом, копытным животным. Это проявление негативного влияния животных на свойства почв. На легких песчаных почвах выпас скота приводит к разрушению дернины, что усиливает дефляцию, развевание почв и возникновение на их местах бесплодных пустынь. На тяжелых почвах перевыпас приводит к уплотнению почв, что может сопровождаться засолением и усилением эрозионных процессов.

Таким образом, еще задолго до появления человека почвенный покров испытывал механические нагрузки со стороны животных, во многом сходные с сельскохозяйственными приемами в земледелии. Исполнителями такой работы обычно были именно почвенные животные, повсеместное наличие которых обеспечивало обработку ими почвенного покрова суши.

4. Рельеф как фактор почвообразования

По С.А. Захарову рельеф, т.е. вид и характер плоскости раздела литосферы континентов с атмосферой, лишь по традиции и несколько условно может быть причислен к факторам почвообразования. Скорее всего, по его мнению, это условие почвообразования. Если материнская порода, климат, организмы участвуют в почвообразовании своей массой и энергией, то рельеф способен только перераспределять эту массу и энергию и ничего нового и своего не привносит. Следовательно, значение рельефа в почвообразовании преимущественно косвенное, преломленное через климат и растительность. Но, тем не менее, участие рельефа в почвообразовании в местах с пересеченной поверхностью выражено весьма резко. Так, по выражению В.В. Докучаева «в горных странах рельеф является вершителем почвенных судеб». Здесь прямо и опосредовано условия рельефа сказываются на всех свойствах и особенностях почв. Таким образом, если в самых общих чертах география почв напрямую связана с мировыми биоклиматическими поясами, то ландшафтная неоднородность почв зависит от геоморфологического фактора. Он не отменяет зональные законы размещения почв. Но он вносит в него множество частных подробностей и деталей. Создавая на среднеклиматическом фоне множество конкретных экологических ниш, рельеф тем самым реализует закон зональности. Именно по этому в отечественной практике крупномасштабного картирования почв научный анализ геоморфологических условий почвообразования занимал важное и самостоятельное место и всегда предшествовал выходу в поле.

Предлагая свою первую генетическую классификацию, В.В. Докучаев поделил все почвы по их «способу залегания на нормальные и анормальные». Нормальные зональные почвы по В.В. Докучаеву располагались на обширных автономных водораздельных пространствах с мягкими очертаниями рельефа и с хорошим дренажом. Анормальные почвы, не выполняющие и выходящие за рамки закона зональности, занимают пониженные, подчиненные элементы рельефа с частыми признаками гидромор- физма. Отсюда следует, что, чем равниннее геоморфология почвенно- климатической зоны и спокойней ее микрорельеф, тем большая площадь этой зоны отведена зональным почвам. И наоборот, чем пересеченней рельеф, тем меньше территория собственно зональных почв и больше суммарная площадь азональных почв.

Идея В.В. Докучаева о роли рельефа в почвообразовании нашла свое отражение во многих классификациях. Вслед за В.В. Докучаевым практически все его последователи в основе начального деления почв использовали их местоположения в рельефе. П.С. Коссович разделял почвы на генетически самостоятельные - почвы плато и генетически несамостоятельные - почвы понижений. С. С. Неуструев делил почвы в зависимости от их залегания по элементам рельефа на автономные и автоморфные. К.Д. Глинка выделял эндодинамоморфные и эктодинамоморфные с тем же генетическим смыслом. Г.Н. Высоцкий все почвы делил на плакорные и гидроморфные.

С увеличением крутизны возрастают биоклиматические различия между склонами противоположной экспозиции. Размах и масштабность этих различий может достигать зонального уровня. Таким образом, рельеф из одних и тех же зональных факторов образует множество различных почв, которые уживаются в непосредственной близости и сменяют друг друга по элементам рельефа, образуя серию почвенных рядов. В целом эти почвы представляют собой ступеньки переходов из одной экологической ниши в другую, и даже из одной биоклиматической зоны в другую на ограниченном участке конкретного ландшафта, который можно охватить одним общим взглядом. Закономерное чередование почв по элементам рельефа на типичном ландшафте данной зоны принято называть топографическими рядами, геоморфологическими профилями и катенами.

В северной степной зоне, принято выделять с севера на юг следующие почвенные подзоны: обыкновенного и южного чернозема. Остановимся на подзоне обыкновенного чернозема, который граничит с севера с типичным, а с юга - с южным черноземом. Понятно, что обыкновенный чернозем в своей подзоне занимает преобладающие водораздельные пространства. Но на расположенных рядом, больше увлажненных и менее прогреваемых северных склонах этого водораздела обосновывается его северный сосед - типичный чернозем. Южные склоны, в свою очередь, занимаются южным черноземом. И все это можно наблюдать в пределах одного ландшафта. Таким образом, если на равнине зональная смена подтипов чернозема происходит в интервале нескольких сотен километров, то за счет рельефа расстояние между этими же подтипами на противоположных склонах может сокращаться до нескольких сот метров. В результате этого вмешательства в дела почвенной зональности, на небольшом пространстве, например в ареале степной балки, прорезающей местность с запада на восток, встречаются и чисто зональный подтип - на плакорной степи, и северный зональный подтип - на теневых склонах и явно южный зональный подтип - на обращенных к солнцу склонах. Таким образом, под воздействием рельефа в пределах каждого географического пояса появляется большая пестрота почвенного покрова.

С климатом и конкретным рельефом связаны как глубина, так и химизм грунтовых вод. В местах с сильно расчлененным рельефом грунтовые воды опреснены и глубоко залегают. В этом случае говорят, что местность обладает хорошим дренажем. Низменности и дельтовые равнины, наоборот, характеризуются нерасчлененным рельефом и малой естественной дренированостью. Уровень грунтовых вод здесь близок к поверхности, а их отток ослаблен. В условиях жаркого климата они, как правило, сильно засолены. Значение грунтовых вод в почвообразовании определяется: 1 - глубиной их залегания; 2 - подвижностью и 3 - их химизмом. Два последних показателя тесно взаимосвязаны. При глубине залегания грунтовых вод менее 5-7 м, их капиллярная кайма может достигать профиля почвы. В зависимости от климата, дренированости и химизма такие близко расположенные к поверхности воды могут способствовать образованию болотных, луговых или засоленных почв. При залегании подземных вод глубже 10 м, они, как правило, не в силах участвовать в почвообразовании и практически не используются растительным покровом.

5. Фактор времени в почвообразовании

Среди факторов почвообразования, установленных В.В. Докучаевым, особое значение имеет время. Время является необходимым условием всякого природного процесса, в том числе почвообразования. Определенное время требуется для образования полностью сформированной почвы, находящейся в подвижном равновесии с факторами почвообразования. Дальнейшее развитие почв в связи с эволюцией факторов почвообразования также совершается во времени.

Как и всякое естественно-историческое тело, почва имеет свой возраст или время своего существования. В почвоведении принято делить возраст почв на абсолютный и относительный. Время, прошедшее с начала зарождения до настоящего момента, называется абсолютным возрастом почвы. Кроме того, возраст почвы следует оценивать по степени ее относительного развития с учетом скорости и стадийности почвообразования.

Даже соседние, граничащие друг с другом представители одной и той же почвы могут прожить далеко не одинаковые истории своей жизни. Иначе говоря, относительный возраст зависит не только от продолжительности существования почвы, но и от условий ее почвообразования (Приложение рис. 5). По этой причине почвы, находящиеся в одном географическом поясе и имея одинаковый абсолютный возраст, могут находиться на разных стадиях развития. Понятно, что та почва, которая ушла дальше в своем развитии, будет старше; а отставшая - более молодой. Поэтому если абсолютное время измеряется в годах, то относительное - в этапах и стадиях ее генезиса. Часто случается, что две смежные почвы могут иметь один и тот же абсолютный возраст, но по относительному возрасту они далеко не равноценны. С другой стороны, абсолютный возраст представителей одной и той же почвы сильно не совпадает, тогда как относительный возраст этих почв одинаков. В первом случае, несмотря на синхронный старт обоих почв, одна из них обогнала другую и находится на более высокой ступени зрелости. Во втором случае, начав свое развитие с разных моментов времени, которые могут разделяться многими столетиями, обе почвы, тем не менее, пришли к финишу сегодняшнего дня одновременно и находятся сейчас в одной фазе своего развития. То, что одна почва сумела сделать за один промежуток времени, другой удалось сделать то же самое, но за значительно меньший отрезок времени. В итоге они обе имеют один и тот же относительный возраст.

Абсолютное время почвы линейно однонаправлено из прошлого в будущее и необратимо. А вот относительное время многовекторное и частично обратимо.

Заключение

почвообразование атмосферный солнечный горный

В ходе исследования было выявлено что почва есть функции пяти факторов почвообразования: породы, климата, организмов, рельефа и времени.

Все факторы являются равнозначными и незаменимыми. Отсутствие хотя бы одного из них исключает возможность образования почв. Существует некая иерархия, соподчиненность факторов по их вкладу в создание почв. Так, например, если на равнине рельеф уходит на второй и третий план, уступая главную роль климату и организмам, то в горах, рельеф становится доминирующим. Настаивая на обязательном наличии всех 5 факторов. Каждая конкретная почва зарождается и развивается при доминировании одного-двух ведущих факторов при второстепенном участии остальных.

При этом одни факторы-доминанты могут навсегда занимать прочное и явное преимущество перед другими. В других почвах положение ведущего фактора может быть неустойчивым, и он быстро и легко сменяется другим фактором, что приводит к смене вектора и кинетики развития почвы и переорганизации почвенного тела.

Однако, поскольку все факторы почвообразователи находятся в постоянном динамическом взаимодействии между собой, то точное определение роли каждого из них в образовании всех почв (всего почвенного покрова) на Земле невозможно. Но если взять конкретную почву, то возможно решить, какому фактору принадлежит основная роль в формировании этой почвы, на ее данной стадии развития. Например, для черноземов - это биологический фактор, для подзолов - осадки, для рендзин - порода, для солончаков - соли и т.д.

Литература

1. А.Ю. Перцович, Консультация почвоведа - как сделать самим плодородную почву. // Фонд исследования аграрного развития (ФИАР).

2. Вальков В.Ф. Почвоведение: учебник для вузов / В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников. - Ростов Н-Д; М.: Март, 2004. - 493с.

3. Докучаев В.В. Русский чернозем: отчет вольному экономическому обществу / В.В. Докучаев; ввод. ст. и общ. ред. Р.В. Вильямса. - М.; Л.: Сельхозгиз, 1936. - 551с.

4. Докучаев В. В. Учение о зонах природы / В.В. Докучаев; авт. вступ. ст. Ю.Г. Саушкин. - М.: Географгиз, 1948. - 62с.

5. Иенни Г. Факторы почвообразования / Г. Иенни; пер. с англ. А.А. Роде, С.В. и И.А. Моро; авт. предислов. В.П. Бушинский. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 2000. - 345с.

Размещено на Allbest.ru