Образование почвы. Почва образуется из горных пород в результате длительного процесса их разрушения (выветривания) и превращения в новую субстанцию. Выветривание представляет собой совокупность процессов количественного и качественного изменения горных пород и слагающих их минералов под действием воды, воздуха, солнечного тепла, растений, животных и микроорганизмов. .
В результате выветривания горных пород происходит их разрушение, образование простых солей, вторичных глинистых минералов (каолинит, вермикулит, монтмориллонит и др.). Хорошие физические свойства рыхлой породы создают благоприятные условия для жизни бактерий, лишайников, водорослей, а затем и высших растений. В процессе выветривания образуется более или менее однородная масса с определенными физическими свойствами, которая называется материнской породой, на ее основе образуется почва.
Великий русский почвовед В.В. Докучаев определил, что почва как естественное тело является результатом совокупного влияния пяти природных факторов почвообразования', растительного и жи-
вотного мира, климата, почвообразующей материнской породы, рельефа и времени (возраста). Кроме того, мощным фактором почвообразования служит производственная деятельность человека, в ходе которой изменяются свойства почвы и ее плодородие.
Роль растительного и животного мира в почвообразовании исключительно велика. В основе почвообразования лежит биологический круговорот веществ, протекающий при участии зеленых растений и микроорганизмов почвы. Сущность его заключается в потреблении элементов питания, создании органического вещества, его разложении, образовании гумусовых веществ, в аккумуляции и освобождении в верхних слоях элементов зольного и азотного питания.
Высшие растения, обладая избирательной поглотительной способностью, извлекают из горной породы элементы зольного питания: фосфор, калий, кальций, серу, а также азот как продукт биохимической деятельности микроорганизмов. Используя воду, углекислый газ и солнечную энергию, растения синтезируют органическое вещество. С завершением жизненного цикла растения и микроорганизмы отмирают и обогащают верхние слои породы органическим веществом. При его минерализации под действием микроорганизмов происходит высвобождение энергии и элементов питания, которые используются другими поколениями растений.
Некоторая часть органического вещества превращается в гумус и аккумулируется в верхних горизонтах, таким образом, между растениями и почвообразующими породами происходит постоянный обмен зольными элементами и азотом. Этот обмен В.Р. Вильямс назвал малым биологическим круговоротом веществ, в ходе которого почвообразующая порода превращается в почву и приобретает новое свойство - плодородие.
Положительная роль растений в почвообразовании заключается в перераспределении по профилю питательных веществ, улучшении физических свойств и питательного режима почвы, защите от эрозии и т.д.
В почвообразовании исключительно велика роль бактерий, акти-номицетов, грибов, водорослей, лишайников. Они первыми поселяются на горной породе, связывают азот воздуха и оказывают большое влияние на биологический круговорот веществ.
Бактерии - в основном одноклеточные организмы. По способу питания их подразделяют на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные (нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии) усваивают углерод из углекислого газа и создают органическое вещество, используя световую или химическую энергию. Гетеротрофные бакте-
рии добывают углерод из органического вещества, разлагая и минерализуя его. К ним относят целлюлозоразлагающие, аммонифицирующие бактерии. Отдельные группы бактерий синтезируют ферменты, витамины, ускоряют биохимические реакции и повышают доступность растениям питательных веществ. Так, автотрофные бактерии окисляют в почве аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты. Этот процесс называют нитрификацией.
Большое значение в обогащении почвы биологическим азотом имеют азотфиксирующие бактерии. Они усваивают молекулярный азот воздуха и накапливают его в виде белковых соединений своего тела. К ним относятся аэробные бактерии (Azotobacter chroococum), которые живут в среде, обеспеченной кислородом, и анаэробные (Clostridium Pasterianum), живущие без доступа кислорода. В почве присутствуют и факультативные группы бактерий, развивающиеся как в присутствии кислорода, так и без него.
В почвообразовании значительная роль принадлежит животным организмам: червям, муравьям; позвоночным (сусликам, кротам, полевкам).
Перемещаясь в почве, они разрыхляют ее, перемешивают с растительными остатками, тем самым улучшая физические свойства. Черви и насекомые перерабатывают растительные остатки и обогащают почву гумусом.
Климат тоже влияет на почвообразование. Элементы климата: осадки, температура воздуха, ветер, приток солнечной радиации, испарение и другие метеорологические условия, - определяют водный и тепловой режимы почвы, а также направленность почвообразовательного процесса. Например, обилие осадков и умеренная температура в северных широтах приводят к глубокому промачива-нию почвенного профиля и выносу растворимых органических и минеральных соединений в глубокие горизонты или грунтовые воды. Это обусловливает большие потери из почвы ценных соединений и формирование почв с низким естественным плодородием.
В условиях сухого климата при высокой температуре воздуха и малом количестве осадков наблюдается интенсивное испарение воды с поверхности, что ведет к накоплению водорастворимых солей в верхних слоях и образованию засоленных почв.
Климат влияет и на характер растительности, накопление гумуса и процессы минерализации органического вещества.
Почвообразующие породы определяют минералогический, гранулометрический состав почв и их физические свойства. Рыхлые поверхностные слои горных пород, образующиеся в результате выветривания, из которых формируется почва, называют почвообразующими, или материнскими породами.
На территории России распространены следующие почвообразующие породы:
Ледниковые, или моренные, отложения представляют собой слабосортированный материал, состоящий из смеси глины, песка, щебня. Они могут быть песчаными, супесчаными, суглинистыми и глинистыми, реже встречаются карбонатные. Моренные отложения широко распространены в северной части европейской территории России и в Западной Сибири.
Водно-ледниковые наносы - отложения талых вод ледника, представлены чаще всего покровными суглинками и глинами. Озерноледниковые отложения образовались на дне приледниковых озер и приурочены к понижениям рельефа. Они представляют собой суглинистую породу, в которой чередуются слои песка и глины, поэтому их называют ленточными глинами и песками.
Лесс - карбонатные осадочные породы, в которых преобладают пылеватые частицы (0,05-0,01 мм). Лессовидные породы однородны по гранулометрическому составу, пористы и тонкозернисты, на таких породах формируются плодородные почвы.
Аллювиальные отложения представляют собой наносы речных вод в поймах.
Рельеф как фактор почвообразования влияет на перераспределение воды, мельчайших частиц почвы и солнечной энергии. Склоны южной экспозиции получают больше тепла, чем северные. Сток воды на склонах приводит к смыву почвы и питательных веществ. Неодинаковые условия увлажнения по элементам рельефа, разные тепловой и питательный режимы обусловливают формирование разнообразной растительности, а следовательно, разных по плодородию почв.
Возраст почв - важнейшая их характеристика. Образование почв определяется периодом, в течение которого происходит почвообразовательный процесс. Самые старые почвы образовались на территориях, которые раньше освободились ото льда и воды. Черноземы по возрасту считаются старше дерновоподзолистых почв. Наиболее молодые - тундровые почвы: их возраст составляет 5-10 тыс. лет.
Производственная деятельность человека целенаправленно изменяет свойства почвы и ее плодородие. Внесением удобрений, обработкой почвы, осушением болот, орошением человек регулирует водный, воздушный и питательный режимы, улучшает плодородие почвы.
Однако деятельность человека при бессистемном использовании земель может привести к потере плодородия. Вырубка лесов и распашка девственных степей вызывают усиление эрозии почвы, неправильное орошение способствует заболачиванию или засолению земель. Кроме того, наблюдается загрязнение почвы промышленными отходами. В связи с этим большое значение приобретает охрана почв и улучшение их свойств.
Строение почвенного профиля и состав почвы
Почва как физическое тело состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Твердая фаза представлена органическими и минеральными частицами и продуктами их взаимодействия; жидкая фаза
- водой и растворенными в ней веществами; газообразная - почвенным воздухом. Все три фазы находятся во взаимодействии и определяют свойства почвы.
В процессе почвообразования толща почвы расчленяется на генетические горизонты (слои) и приобретает присущие ей внешние морфологические признаки: строение почвенного профиля, мощность (толщина) почвы и отдельных ее горизонтов, окраска, гранулометрический состав, структура, сложение, новообразования и включения.
Строение почвенного профиля - это распределение по профилю сверху вниз генетических горизонтов, различающихся цветом, сложением, структурой и другими показателями и свойствами. Почвенные горизонты принято обозначать латинскими буквами:
А0 - лесная подстилка, дернина, состоящая из органических остатков, как правило расположена на поверхности почвы;
Aj - перегнойно-аккумулятивный или гумусовый, горизонт с темной окраской. В нем накапливается наибольшее количество гумуса и питательных веществ;
А2 - элювиальный или горизонт вымывания. Образуется в процессе разрушения минеральной части почвы и выноса продуктов разрушения в нижние горизонты. Он имеет более светлую окраску, чем горизонт А, и присущ подзолистым и дерново-подзолистым почвам;