К главным почвообразующим породам относятся рыхлые осадочные породы. На них почти повсеместно развиваются почвы.
В зависимости от генезиса, условий формирования четвертичные осадочные породы характеризуются различным составом, строением, сложением и свойствами, что существенно отражается на почвообразовании и плодородии формирующихся почв.
Элювиальные породы, или элювий,— продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования. Элювий формируется в горных областях и на равнинных плато. В зависимости от свойств исходной породы, климатических условий и рельефа элювий отличается большим разнообразием по составу и мощности. Для элювия характерны тесная связь с исходной породой, постепенный переход от рыхлого мелкоземистого материала к плотной породе.
Значение элювиальных пород в почвообразовании определяется их свойствами. На элювии карбонатных пород в Нечерноземной зоне формируются плодородные дерновые почвы. На маломощном элювии почвы отличаются щебеночным составом.
Делювиальными породами, или делювием, называются наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами. Делювий откладывается в виде пологого шлейфа. В вершине шлейфа часто накапливается грубый материал, иногда обломочный, а в конце шлейфа — пылеватый, глинистый. Плоскостной склоновый сток формирует делювиальные наносы с наибольшей мощностью у основания склона, где движение воды замедляется и материал оседает.
Для делювия характерны относительная сортированность и хорошо выраженная слоистость. Встречаются несортированные и неслоистые наносы. По составу делювий разнообразен. Делювиальные породы широко распространены в предгорных областях и служат материнскими породами для различных почв.
Пролювий формируется в горных странах, у подножия гор в результате деятельности временных водных и селевых потоков значительной силы. Пролювий характеризуется плохой сортированностью, включением крупнообломочного материала. Делювий и пролювий часто сочетаются, образуя делювиально-пролювиальные отложения.
Аллювиальные породы, или аллювий, представляют собой осадки, отложенные при разливе рек (пойменный аллювий). К аллювиальным породам относятся также донные отложения рек (русловый аллювий). Русловый аллювий обычно сложен песками различной зернистости, галечником.
Пойменный аллювий преимущественно суглинистый и глинистый. В пределах поймы, в старицах, накапливается старичный аллювий, богатый органическим веществом.
Горные реки в отличие от равнинных формируют только русловый аллювий.
Аллювиальные отложения характеризуются горизонтальной или косой слоистостью, окатанностью минеральных зерен, включением органических остатков.
Аллювий широко распространен и служит материнской породой для различных пойменных почв, отличающихся высоким плодородием.
Озерные отложения выполняют понижения древнего рельефа, отличаются глинистостью и слоистостью. Таковы, например, ленточные глины, образовавшиеся в приледниковых озерах (озерно-ледниковые отложения) и широко распространенные в северо-западной части европейской территории РСФР. В озерных отложениях часто наблюдаются органические прослойки, могут накапливаться углекислый кальций (Полесье, Западная Сибирь), а в сухих областях-гипс и легкорастворимые соли. Накопление легко растворимых солей превращает озерные отложения в засоленные. Пересыхая, соленые озера образуют солончаки.
Ледниковые, или моренные, отложения — продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Эти породы широко распространены в северной части европейской территории России, в Западной Сибири. Обычно залегают на возвышенных водораздельных пространствах. Для морен характерны следующие особенности: несортированность, неоднородный механический состав, наличие валунов, обогащенность песчаными фракциями, красно-бурая, реже желто-бурая и другая окраска. Окраска зависит от характера коренных пород подледникового ложа, условий выветривания и почвообразования. При оглеении цвет морены приобретает серо-сизый оттенок. По гранулометрическому составу морены разнообразны, однако наиболее широко представлены валунными песчанистыми суглинками. По химическому составу различают бескарбонатные и карбонатные морены. Карбонатная морена встречается локально, преимущественно в северо- западных областях Нечерноземья (Ленинградская, Новгородская, Вологодская, Псковская). По составу и свойствам она более благоприятна для произрастания растений. На этой породе развиты слабо- и среднеподзолистые виды почв, а также плодородные дерново-карбонатные почвы.
Бескарбонатные моренные отложения способствуют проявлению подзолистого процесса, на них формируются средне- и сильноподзолистые почвы. При сильной завалуненности пород свойства почв значительно ухудшаются.
Флювиогляциальные, или водно-ледниковые, отложения связаны с деятельностью мощных ледниковых потоков. Вытекая из-под ледника, они перемещали моренный материал и переоткладывали его за краем ледника. Флювиогляциальные отложения характеризуются сортированностью, слоистостью, не содержат валунов, бескарбонатные, преимущественно песчаные и песчано-галечниковые. Эти породы широко распространены в таежно-лесной зоне европейской территории России, особенно в Полесской и Мещерской низменностях. Почвы, сформированные на флювиогляциальных отложениях, отличаются низким плодородием. Они бедны гумусом, питательными веществами, обладают малой влагоемкостью. Нередко верхняя толща флювиогляциальных наносов (до 50—60 см) подстилается суглинками и глинами, что приводит к застаиванию воды на контактах пород и возникновению контактного оглеения.
В замкнутых понижениях, когда флювиогляциальные отложения подстилаются глинами, возникает заболачивание и развиваются болотно-подзолистые почвы.
Покровные суглинки распространены в зоне ледниковых отложений и рассматриваются как отложения, мелководных приледниковых разливов талых вод. [Широко представлены в центральных областях Нечерноземной зоны РСФСР. Для них характерно покровное залегание на морене, откуда и произошло их название. Покровные суглинки в отличие от моренных суглинков характеризуются желто-бурой окраской, хорошо выраженной сортированностью, большим содержанием пылеватых фракций, не содержат валунов. По гранулометрическому составу - чаще тяжелые и средние пылеватые суглинки однородного строения с преобладанием фракций крупной пыли (0,05—0,01 мм) и ила (<0,001 мм). В связи с этим покровные суглинки во влажном состоянии сильно набухают, а при подсыхании растрескиваются на ореховатые и призматические отдельности, отличаются плотностью сложения, слабой водопроницаемостью, высокой капиллярностью. По химическому составу -преимущественно бескарбонатные. На покровных суглинках развиты подзолистые, дерново-подзолистые почвы, нередко испытывающие переувлажнение, а также серые лесные почвы.
Лёссы и лёссовидные суглинки имеют различный генезис. Их общими чертами являются палевая или буровато-палевая окраска, карбонатность, пылевато-суглинистый гранулометрический состав с преобладанием крупнопылеватой фракции (0,05—0,01 мм), мучнистость, пористость, рыхлое сложение, микроагрегированность, хорошая водопроницаемость. По химическим и водно-физическим сввйствам эти породы наиболее благоприятны для развития растений. При благоприятных климатических условиях на них формируются высокоплодородные черноземные почвы, а также седоземы, каштановые, серые лесные.
Лёссовидные суглинки в отличие от лёссов имеют место как во внеледниковых областях, так и в областях ледниковых отложений, среди покровных суглинков. Они широко встречаются в центральных областях Нечерноземной зоны РСФСР (Москов
ская, Смоленская, Калужская, Рязанская и др.), в степных районах. Лёссовидные суглинки менее карбонатны, встречаются бескарбонатные, более грубозернистые. В них слабее выражены мучнистость и пористость, отмечается слоистость.
Эоловые отложения образуются в результате аккумулятивной деятельности ветра, которая проявляется особенно интенсивно в пустынях. К эоловым отложениям относятся сортированные песчаные наносы, которые откладываются недалеко от областей дефляции. Эти наносы образуют особые формы рельефа — бугры, дюны, барханы.
Морские отложения формируются в результате перемещения береговой линии морей, явлений трансгрессии и регрессии, которые неоднократно наблюдались в четвертичный период. Морские отложения отличаются слоистостью, сортированностью и большой аккумуляцией солей. Встречаются на побережье северных морей, в Прикаспийской низменности и других районах. Выходя местами на поверхность, эти породы приводят к образованию засоленных почв.
Роль почвообразующих пород в почвообразовании определяется тем, что они в значительной степени влияют на состав, свойства формирующихся из них почв. Это, в свою очередь, сказывается на скорости преобразования минеральной массы при почвообразовании, закреплении образующихся органических веществ и т. п.
Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы. Так, карбонатность пород в таежно-лесной зоне создает благоприятную реакцию среды, способствует формированию гумусового горизонта, его оструктуренности. На кислых породах эти процессы идут значительно медленнее. Повышенное содержание водорастворимых солей приводит к образованию засоленных почв. В зависимости от гранулометрического состава, характера сложения породы различаются по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы. На водный режим почв влияет строение породы. Породы делят на одночленные, имеющие однородный состав до глубины промачивания, и многочленные (двучленные, трехчленные и т. д ), состоящие из различных по составу слоев. Сильнокаменистые и завалуненные породы осложняют сельскохозяйственное использование развитых на них почв.
Эти примеры свидетельствуют о том, что от материнских пород зависят скорость и направление почвообразовательного процесса, формирование и уровень почвенного плодородия, а также условия использования почв в сельском хозяйстве.
Вопросы для обсуждения на семинаре:
1. Разделение почвообразующих пород по происхождению.
2. Процессы выветривания их роль в формировании почвообразующих пород. Физическое выветривание.
3. Химическое выветривание (гидратация, гидролиз, окислительно-восстановительные реакции).
4. Биологическое выветривание. Формирование кор выветривания.
5. Главные почвообразующие породы их значение для процессов почвообразования.
КЛИМАТ КАК ФАКТОР ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климат является важнейшим фактором почвообразования. Во-первых, климат - важный фактор развития биологических и биохимических процессов. Определенное сочетание температурных условий и увлажнения обусловливает тип растительности, темпы создания и разрушения органического вещества, состав и интенсивность деятельности почвенной микрофлоры и фауны.
Во-вторых, климат оказывает огромное влияние на водно-воздушный, температурный и окислительно-восстановительный режимы почвы, т.е. на многие свойства почв.
В-третьих, климат имеет огромное значение для таких процессов как выветривание, миграция продуктов выветривания и их аккумуляция.
В-четвертых, климат оказывает большое влияние на процессы ветровой и водной эрозии почв.
Какие показатели климата чаще всего используются? Это показатели, характеризующие температурные условия и увлажнение, потому что с ними тесно связаны водно-температурный режим почв и биологические процессы.
Главный источник энергии для биологических и почвенных процессов - солнечная радиация, а основной источник увлажнения - атмосферные осадки. Солнечная радиация поглощается земной поверхностью, а затем постепенно излучается и нагревает атмосферу. Вода, попадая в почву, поглощается растениями и возвращается в атмосферу через транспирацию или в результате физического испарения. Таким образом, устанавливается постоянный тепло- и влагообмен между почвой и атмосферой. В процессе этого обмена формируется гидротермический режим почвы, который является важнейшим ее свойством. Поэтому большое значение имеет характеристика климата по температурным условиям и увлажнению.
Основой для выделения главных термических групп климатов является сумма среднесуточных температур выше 10 °С за вегетационный период.
Климаты названных термических групп располагаются в виде широтных поясов, окружающих земной шар. Пояса характеризуются не только суммой среднесуточных температур, но и определенными типами растительности и почв, варьирующими в широких пределах в зависимости от увлажнения. Они получили название почвенно-биоклиматических, или, точнее, почвенно- биотермических поясов.
По условиям увлажнения осадками при почвенных исследованиях различают 6 главных групп климатов.
Критерием для такого разделения служит отношение количества осадков к испаряемости , получившее название коэффициента увлажнения. Он впервые был установлен Г. Н. Высоцким и позднее применен к классификации климатов земного шара Н. Н. Ивановым.
Большое значение имеют градации климата по суровости зимы, выражающиеся в степени его континентальности. Различия по континентальности наиболее резко проявляются в полярной, бореальной и суббореальной группах климатов. Они обусловливают термический режим нижних горизонтов почв в зависимости от мощности снегового покрова и глубины зимнего промерзания почв и находят отражение, в классификации почв. Большую роль при формировании почв играют распределение осадков по сезонам года, интенсивность выпадения осадков, определяющая их промачивающую и размывающую силу, относительная влажность воздуха и сила ветра также по сезонам. Все эти явления влияют на многие особенности биологических и почвенных процессов и обусловливают развитие водной и ветровой эрозии почв. Климат оказывает прямое и косвенное влияние на почвообразование. Прямое влияние проявляется в непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы осадками и ее промачивание, нагревание и охлаждение и т. п.), косвенное через воздействие климата на растительный и животный мир.
ОРГАНИЗМЫ И ИХ РОЛЬ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ И ФОРМИРОВАНИИ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
В почвообразовании участвуют 3 группы организмов - зеленые растения, микроорганизмы и животные. Они образуют на суше сложные биоценозы. При совместном воздействии этих трех групп организмов, а также за счет продуктов их жизнедеятельности, осуществляются важнейшие звенья почвообразования, такие как разрушение и синтез органического вещества, концентрация биологически важных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и аккумуляция веществ и другие явления, составляющие сущность почвообразовательных процессов и определяющие формирование главного свойства почвы - плодородия.
Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны.
Зеленые растения
На суше ежегодно образуется 5-3-1010 т биомассы, синтезируемой зелеными растениями за счет С02 атмосферы, солнечной энергии, воды и минеральных соединений, поступающих из почвы. Часть этой биомассы в виде корневых остатков и наземного опада ежегодно возвращается в почву. Зеленые, растения, таким образом, являются одним из главных первоисточников органических веществ в почве. Основная функция, которую они выполняют это биологический круговорот, который состоит из следующих составляющих: поступление из почвы элементов питания и воды, синтез органической массы, возврат ее в почву после завершения жизненного цикла. В результате биологического круговорота происходит аккумуляция потенциальной энергии ( в виде органического вещества) и элементов азотного и зольного питания растений в верхней части почвы, обусловливающая постепенное развитие почвенного профиля и основного свойства почвы – ее плодородия. Зеленые растения также участвуют в трансформации минералов почвы, т.е. при разрушении одних и синтезе других новых минералов, и происходит это благодаря продуктам выделения корневых систем. Зеленые растения также участвуют в формировании сложения почвенного профиля, в образовании структуры в основном корнеобитаемой части профиля, а также в регулировании водно-воздушного и теплового режимов. Характер участия зеленых растений в почвообразовании различен и зависит от типа растительности и интенсивности биологического круговорота (табл. 3). 
Все живые организмы на Земле взаимосвязаны в биологические ценозы или биологические формации. При почвенных обследованиях и обобщениях различают в группе древесных формаций: таежные леса, широколиственные леса, влажные субтропические леса и влажные тропические, так называемые дождевые леса; в группе переходных древесно-травянистых формаций: ксерофитные леса, т.е. засушливые леса (включая кустарниковые ценозы), саванны; в группе травянистых формаций: суходольные и заболоченные луга, травянистые прерии, степи умеренного пояса, субтропические кустарниковые степи. Кроме того, особо выделяют пустынные формации (суббореальная с летним циклом вегетации, субтропическая с зимним циклом вегетации и тропическая). Лишайниково - моховые (тундры, верховые болота).
Каждая из названных растительных формаций характеризуется своими особенностями в составе органического вещества, в поступлении его в почву, в процессах разложения органического вещества и во взаимодействии продуктов распада с минеральной массой почвы.
Лесная растительность преобладает на земной поверхности по своей биомассе (1011—1012 т). Она образует сложный многокомпонентный биоценоз, в составе которого присутствуют древесные, кустарниковые, травянистые и мохово-лишайниковые формации.
Главные особенности лесной растительности, обеспечивающие специфику ее роли в почвообразовании: многолетний жизненный цикл, ежегодное отчуждение лишь части биомассы, главным образом в виде поверхностного опада (листьев, хвои, веток, плодов, коры), сильно разветвленная корневая система.
Для биологического круговорота в лесу характерно длительное выключение из него азота и зольных элементов, заключенных в многолетней биомассе деревьев и кустарников, трансформация опада на поверхности почвы с образованием лесной подстилки и разнообразных по составу водорастворимых органических и минеральных продуктов его разложения. При вымывании их атмосферными осадками создаются условия для их активного взаимодействия с минеральной частью почвы (породы), в результате чего идет разрушение минералов, слагающие породы. Состав и свойства образующихся водорастворимых продуктов зависят от состава лесного ценоза, почвенной фауны и микрофлоры, а также гидротермических условий климата атмосферы и почвы и почвообразующих пород. Поэтому, в различных условиях под разными типами леса формируются разные почвы.
Травянистая растительность по суммарной биомассе несколько уступает лесным формациям (1010—10й т). Ее отличительные особенности — укороченный жизненный цикл (1—3 года), ежегодное отчуждение с опадом от 40-60 до 100 % биомассы, богатой азотом и зольными элементами; значительная доля в опаде корневых систем (25-90 %) и вследствие этого трансформация большей части опада в условиях тесного контакта с минеральной частью почвы. Важная сторона такого превращения опада - накопление в верхней части профиля формирующейся почвы гумуса и образование оструктуренных гумусовых горизонтов, обогащенных по сравнению с породой азотом и зольными элементами питания растений.
Интенсивность таких процессов зависит от состава травянистой растительности и масштабов ее продуктивности, природных условий трансформации растительных остатков (климата, пород, рельефа), что и обусловливает формирование различных почв под травянистыми формациями.
Микроорганизмы
В почве развиваются различные группы микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты) и водоросли. Их количество колеблется в широких пределах — от миллионов до миллиардов в 1 г почвы (табл.4). Наибольшим содержанием микроорганизмов характеризуются черноземные и сероземные почвы, наименьшим - почвы тундры и северной тайги.
Бактерии — наиболее распространенная группа микроорганизмов в почве. Их количество колеблется от десятков и сотен миллионов до нескольких миллиардов в 1 г почвы и зависит от свойств почвы и их гидротермических условий. В зависимости от способа питания бактерии разделяют на гетеротрофные и автотрофные. По отношению к потребностям в свободном кислороде различают аэробные облигатные (строгие) бактерии, нуждающиеся в свободном кислороде; анаэробные -не использующие свободный кислород. Последние разделяют на облигатно анаэробные, для которых свободный кислород токсичен, и факультативно-анаэробные, нечувствительные к свободному кислороду. Бактерии осуществляют разнообразные процессы превращения органических и минеральных соединений в почвах.
Актиномицеты, иногда называемые лучистыми грибами (Actinomycetes), используют в качестве источника углерода разнообразные органические соединения. Они могут разлагать клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы. Участвуют в образовании гумуса. Актиномицеты лучше развиваются в почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией, богатых органическим веществом и хорошо обрабатываемых. К актиномицетам относят родственно близкие к ним проактиномицеты, микобактерии, микромоноспоры и микококки.
Грибы —нитевидные гетеротрофные сапрофитные микроорганизмы, обильно населяющие почву (до 1 млн. на 1 г почвы), особенно горизонты, обогащенные мертвыми растительными остатками (лесная подстилка, опад). Они активно участвуют в процессах минерализации и гумификации органических веществ. При этом имеет место последовательная смена одних групп грибов другими в процессе разложения органических веществ. Грибы синтезируют различные кислотные соединения (лимонную, щавелевую, уксусную и другие кислоты). Их активная деятельность способствует образованию фульватного кислого гумуса. Эта особенность грибов проявляется и в их способности к активному разрушению минералов.
Водоросли. Распространены во всех почвах, главным образом в поверхностном слое. Содержат в своих клетках хлорофилл. В болотных почвах и на рисовых полях водоросли улучшают аэрацию, усваивая растворенный С02 и выделяя в воду кислород. Водоросли активно участвуют в процессах выветривания пород и в первичном процессе почвообразования.
Лишайники состоят из гриба и водоросли. Гриб обеспечивает водоросли водой и растворенными в ней минеральными веществами, водоросли же вырабатывают углеводы, которые использует гриб. Лишайники внедряются в толщу горной породы гифами гриба, поэтому в экологическом отношении их относят к литофитам. Различают 2 основных типа лишайников: эпилигические, у которых гифы проникают внутрь породы, а слоевище развивается на поверхности (корковые и накипные формы), эндолитические, у которых в толще породы развиваются и гифы и слоевище.
С момента поселения лишайников на горных породах начинается более интенсивное биологическое выветривание и первичное почвообразование.
Формирование микробиологических ценозов и интенсивность деятельности микроорганизмов зависят от гидротермического режима почвы, ее реакции, количественного и качественного состава органического вещества в почве, условии аэрации и минерального питания. Для большинства микроорганизмов оптимум гидротермических условий в почве характеризуется температурой 25—35 °С и влажностью около 60 % полной влагоемкости почвы. Все группы микроорганизмов наиболее активны при реакции среды, близкой к нейтральной. Большинство бактерий, в частности такие важные для плодородия почвы, как нитрификаторы, азотфиксаторы, клубеньковые бактерии, угнетаются при кислой реакции. Более устойчивы к подкислению среды грибы. Ухудшение аэрации и развитие восстановительных процессов подавляют деятельность аэробных микроорганизмов, способствуют консервации органических остатков и могут приводить к образованию токсичных для растений продуктов анаэробных процессов (двухвалентных соединений железа, марганца, H2S). Особое значение для развития микроорганизмов имеет наличие в почве органического вещества, поскольку подавляющая часть микроорганизмов - гетеротрофы. Органическое вещество для них — источник энергии, углерода, азота и других важных элементов. Влияние органических веществ на численность микроорганизмов и их активность в почвах зависит от их содержания и состава. Наиболее благоприятны растительные остатки, богатые белками, растворимыми углеводами. Распределение микроорганизмов в почвенном профиле связано с содержанием гумуса и поступлением свежих органических остатков (отмерших корней, запаханной стерни и т. п.), и поэтому максимальное их количество приурочено к верхним горизонтам, а в пределах каждого горизонта — к прикорневой зоне (ризосфере), обогащенной органическими соединениями корневых выделений и органическими веществами отмирающих корневых волосков.
Микроорганизмы и почвообразование. Микроорганизмы выполняют важные и многообразные функции в превращении веществ и энергии при почвообразовании, главными из которых являются: трансформация органических веществ, образование различных простых солей из компонентов минеральных и органических соединений почвы, участие в разрушении и новообразовании почвенных минералов и в миграции и аккумуляции продуктов почвообразования. Деятельность микроорганизмов — непременное звено биологического круговорота веществ. Некоторые микроорганизмы способны к фиксации азота атмосферы. Но это не значит, что микроорганизмы как бы напрямую трансформируют органические и минеральные вещества. Процессы превращения веществ микроорганизмы осуществляют за счет выделяемых ими ферментов. Так, ферменты группы гидролаз осуществляют гидролитическое расщепление белков, углеводов, липидов, смол, лигнина, дубильных веществ до относительно простых органических соединений; окислительно-восстановительные ферменты (оксидоредуктазы) катализируют процессы окисления и восстановления органических соединений. Так например, разложение органических остатков до простых минеральных соединений осуществляют гетеротрофные микроорганизмы. Этот важнейший процесс в почвах может протекать в аэробных и анаэробных условиях.
Аэробные микроорганизмы осуществляют окисление белков, жиров, углеводов и других сложных органических соединений, входящих в состав растительных и микробных остатков, до аммиака, воды и углекислого газа. В почве широко распространены спорообразующие (Вас. mycoides, Вас. subtilis и др.) и неспорообразующие (Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas pyacyanea и др.) аэробные гетеротрофные бактерии. Важная роль в превращении органических веществ принадлежит также грибам и актиномицетам. Минерализации подвергаются не только органические остатки растительного и животного происхождения, но и специфические органические вещества почвы — ее гумус.
Важное значение в создании благоприятных условий азотного питания для растений в почве имеет процесс аммонификации - разложение белковых соединений до аммиака:
белок -► аминокислоты -> NH3 + органические без азотистые соединения.
Этот процесс осуществляется как аэробными, так и анаэробными гетеротрофами. Анаэробные бактерии участвуют в основном в процессах гниения компонентов растительных и микробных клеток с образованием также простых, но недоокисленных органических, а затем минеральных соединений. Помимо этого эти бактерии вызывают различные типы брожения углеводов, что неблагоприятно сказывается для формирования почвенного плодородия. Дело в том, что эти микроорганизмы осуществляют процессы денитрификации и десульфофикации, а это приводит к потере азота, как важного элемента питания растений.
Активное участие принимают микроорганизмы в процессах гумификации (образовании гумусовых веществ). В условиях хорошей аэрации при участии аэробных микроорганизмов процессы гумификации, как правило, протекают до конечной стадии с образованием гумусовых кислот. В условиях недостаточной аэрации, а такое случается в болотных, т.е. обводненных почвах деятельность аэробных микроорганизмов затормаживается и поэтому процессы разложения органических остатков происходят при участии анаэробных микроорганизмов. А поскольку при недостатке кислорода процессы окисления не протекают до конца, то происходит консервация полуразложившихся органических остатков, т.е. идет процесс торфообразования.
Участвуют также микроорганизмы в разложении почвенных минералов. При этом механизм разложения слагающих почвы минералов разнообразен. В основном он связан с воздействием окислительно-восстановительных ферментов микроорганизмов, а также действием на минералы различных слизей и кислотных продуктов их жизнедеятельности. Например, разложение карбонатов под воздействием углекислоты, образующейся в результате деятельности микробов. Под действием различных минеральных и органических кислот, продуктов жизнедеятельности микроорганизмов происходит разрушение минералов. Примером таких процессов может служить воздействие на минералы азотной и серной кислот, образующихся в результате биохимических процессов нитрификации и сульфофикации.
В условиях переувлажнения и возникновения анаэробиозиса развиваются восстановительные биохимические процессы, приводящие к восстановлению элементов переменной валентности (Fe, Мп и др.). Такие процессы лежат в основе глееобразования, процесса, распространенного в почвах гумидных областей (тундра, таежно-лесная зона, влажные тропики и субтропики). В результате глееобразования происходит распад минералов или их превращение в другие.
Подробно биохимическую сущность этих процессов рассматривают в курсе микробиологии.
Биологическая фиксация молекулярного азота атмосферы это очень важный процесс не только для почв, и растений на ней произрастающих, но и для всей биосферы в целом. Дело в том, что изначально азот может попасть в почву только из атмосферы. Минеральные компоненты почвы, то бишь минералы почвообразующих пород, не содержат азота. А он так необходим для питания растений, микроорганизмов и для всего живого вещества. Азот это те «кирпичики» из которых строятся белки и другие сложные органические вещества (ДНК, РНК). Фиксация азота в почве осуществляется двумя группами бактерий: свободноживущими аэробными и анаэробными и клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями.
Важнейшим представителем первой группы из аэробов является Azotobacter, а из анаэробных — Clostridium pasteurianum. Благоприятная среда для активной деятельности клубеньковых бактерий - хорошо аэрируемые почвы со слабокислой и нейтральной реакцией.
Усваивать молекулярный азот, кроме указанных микроорганизмов, способны также и некоторые другие живущие в почве бактерии, например, актиномицеты и грибы.
Взаимоотношения микроорганизмов в почве. Все взаимодействия между микроорганизмами и растениями могут быть сведены к следующим основным типам: симбиоз, метабиоз, антагонизм, паразитизм.
Типичным примером симбиоза может служить тесное сожительство между грибами и водорослями, приводящее к образованию более сложного и более приспособленного к природным условиям растительного организма - лишайника. Другим ярким примером симбиотического сожительства в почве является симбиоз грибов с высшими растениями, когда грибы образуют на корнях растений м ик о р и з у. Явно выраженный симбиоз наблюдается между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями.
Более распространенный тип взаимоотношений между микроорганизмами в почве метабиоз. Один из типичных примеров метабиоза — взаимоотношение между азотобактером и целлюлозоразрушающими бактериями. Эти организмы в результате жизнедеятельности создают условия, благоприятные для взаимного развития. Быстрая минерализация органического вещества в почве идет лишь благодаря совместной жизнедеятельности различных групп микроорганизмов. Развитие облигатных анаэробных бактерий в почве было бы невозможно, если бы наряду с ними не развивались аэробные бактерии, поглощающие молекулярный кислород. Развитие в почве нитрифицирующих бактерий второй фазы процесса немыслимо без жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий первой фазы, окисляющих аммиак в азотистую кислоту.
Антагонистические взаимоотношения между микроорганизмами характеризуются тем, что одни группы микроорганизмов выделяют в среду вещества, тормозящие развитие других групп микробов. Так, отдельные виды актиномицетов выделяют в почву вещества (антибиотики, токсины), тормозящие развитие некоторых бактерий. В мире микроорганизмов широко распространено явление паразитизма. Так, описана бактерия-паразит Bdellovibrio, внедряющаяся в бактериальную клетку и пожирающая ее содержимое.
Простейшие обнаружены во всех почвах независимо от типа и географического местонахождения. Будучи аэробными организмами, простейшие широко представлены в верхних горизонтах почвы. В засушливые периоды, а также зимой количество их в почве резко уменьшается, при этом они переходят в инертное состояние, в форму цист. Вопрос о роли простейших в почвенных процессах пока не выяснен. Одни исследователи считают, что простейшие, истребляя почвенные бактерии, оказывают вредное влияние на плодородие почвы, другие отмечают, что интенсивность микробиологических процессов в почве в присутствии Protozoa не только не ослабляется, но даже повышается. Возможно, что простейшие, поедая старые бактериальные клетки, облегчают размножение оставшихся и приводят к появлению значительного числа более молодых и биохимически активных особей.
Беспозвоночные животные. Почву населяют разнообразные беспозвоночные: дождевые черви, энхитреиды, членистоногие (клещи, ногохвостки), кивсяки и др. Они играют исключительно важную роль в процессах превращения растительных остатков, используя последние в качестве пищи и существенно ускоряя биологический круговорот.
Среди беспозвоночных животных особенно большая роль в процессах почвообразования и создания плодородия почвы принадлежит дождевым червям. Многие ученые отмечали важную роль дождевых червей в почвообразовании. Установлено широкое распространение дождевых червей в почвах различных почвенно-климатических зон. Дождевые черви встречаются как в окультуренных, так и в целинных почвах. Их количество колеблется от сотен тысяч до нескольких миллионов на 1 га поверхности почвы. Оно максимально в верхних гумусовых и пахотных горизонтах; с глубиной число дождевых червей резко падает.
Деятельность дождевых червей в процессах почвообразования весьма разнообразна. Проделывая многочисленные ходы и норки, они улучшают физические свойства почвы, повышают ее пористость, аэрацию, а это улучшает влагоемкость и водопроницаемость. В почвах, обогащенных продуктами жизнедеятельности дождевых червей - капролитами, значительно возрастает количество гумуса, увеличивается сумма обменных оснований, снижается кислотность. Почвы, содержащие капролиты червей, отличаются и более водопрочной структурой. Таким образом, дождевые черви улучшают не только физические свойства и структуру почвы, но и ее химический состав.
Насекомые. В почве живет значительное количество насекомых (жуки, муравьи и др.), которые оказывают существенное влияние на почвообразовательный процесс. Проделывая в почве многочисленные ходы, они разрыхляют почву и улучшают ее физические и водные свойства. Насекомые, активно участвуя в переработке растительных остатков, обогащают почву гумусом и минеральными веществами.
Позвоночные животные. Среди позвоночных, активно участвующих в процессах почвообразования, наибольшая роль принадлежит грызунам. Все грызуны роют в почвенной толще норы, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли. Некоторые из них образуют в почве так называемые кротовины - ходы, засыпанные массой почвы или породы.
В степных районах землерои настолько сильно перемешивают верхние горизонты с нижними (карбонатными и засоленными), а также выбрасывают наверх почву нижних горизонтов, что на поверхности образуется своеобразный микрорельеф, особенно характерный для степи. Иногда степень перерытости почвы землероями так велика, что почву характеризуют как перерытый «кротовинный» чернозем, перерытую каштановую почву или перерытый серозем.
Рельеф как фактор почвообразования
Характеристика рельефа основывается на изучении его генезиса, т.е. происхождения. Так, например, в результате тектонических поднятий, опусканий земной поверхности выделяют тектонические формы рельефа. В результате деятельности ледника - суффозионные, ледниково-аккумулятивные, ледниково-эрозионные. В результате ветровой деятельности - эоловые формы и т. д.). Изучением форм рельефа занимается геоморфология.
Различают 3 группы форм рельефа: макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф.
Под макрорельефом понимают самые крупные формы рельефа, определяющие общий облик большой территории: равнины, плато, горные системы. Возникновение макрорельефа связано главным образом с тектоническими явлениями в земной коре.
Мезорельеф — формы рельефа средних размеров; увалы, холмы, лощины, долины, террасы и их элементы плоские участки, склоны разной крутизны. Возникновение мезорельефа связано в основном с экзогенными геологическими процессами (денудационные процессы, образование континентальных отложений), на которые оказывают большое влияние медленные поднятия и опускания отдельных участков суши.
Под микрорельефом понимают мелкие формы рельефа, занимающие незначительные площади (от нескольких квадратных дециметров до нескольких сотен квадратных метров), с колебаниями относительных высот в пределах одного метра. Сюда относятся бугорки, понижения, западины, возникающие на ровных поверхностях рельефа из-за просадочных явлений, мерзлотных деформаций или по другим причинам. На склонах микрорельеф иногда определяется сползанием почвенно-грунтовых масс или почвенно-эрозионными процессами.
Широко развиты склоновые формы рельефа, которые принято характеризовать по крутизне, формам и экспозиции.
Значение рельефа в формировании почв и развитии почвенного покрова велико и разнообразно.
Рельеф выступает как главный фактор перераспределения солнечной радиации и осадков в зависимости от экспозиции и крутизны склонов и оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы.
Так, в горах возникает вертикальная зональность климата, растительности и почв вследствие понижения температуры воздуха с высотой и изменения в увлажнении. Воздушные массы, приближаясь к горам, медленно поднимаются и постепенно охлаждаются, что способствует выпадению осадков. Перевалив через горы, те же воздушные массы, опускаясь, нагреваются и становятся сухими.
Элементы мезо- и микрорельефа и особенно склоны разной крутизны, прежде всего перераспределяют влагу осадков на земной поверхности и регулируют соотношение вод, стекающих по поверхности, просачивающихся в почву, накапливающихся в понижениях. Поверхности разного наклона и экспозиции получают неодинаковое количество солнечной радиации, что отражается на условиях температурного и водного режима. Различия в увлажнении вызывают изменения питательного, окислительно-восстановительного и солевого режимов.
Все это приводит к поселению и развитию различной растительности, к существенным отличиям в синтезе и разложении органического вещества, превращении почвенных минералов и в конечном счете к образованию разных почв в различных условиях рельефа.
В настоящее время выделяют следующие группы почв, по положению в рельефе.
Автоморфные почвы — формируются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока поверхностных вод, при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 6 м).
Полугидроморфные почвы — формируются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3—6 м (капиллярная кайма может достигать корней растений).
Гидроморфные почвы — формируются в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).
Рельеф оказывает большое влияние на развитие эрозионных процессов. В условиях склоновых форм рельефа возможно проявление водной эрозии, т. е. смыва и размыва почвы. Равнинные формы в районах с засушливым и континентальным климатом благоприятствуют возникновению ветровой эрозии.
Рельеф выступает также как фактор эволюции растительности и эволюции почв при его изменении. Например, при постепенном врезе русла реки пойменная терраса превращается в надпойменную. Это приводит к изменению режима увлажнения (прекращению пойменных и аллювиальных процессов, понижению грунтовых вод) и, как следствие, к развитию почв не в гидроморфных или полугидроморфных условиях, а в автоморфных.
Отмеченные особенности влияния рельефа на почвообразование имеют большое значение в земледелии, так как разнообразие рельефа на сельскохозяйственных угодьях ведет к неоднородности почвенных условий возделывания растений, необходимости применять дифференцированную агротехнику и т. п.
Возраст почв
Процесс почвообразования протекает во времени. Каждый новый цикл почвообразования (сезонный, годичный, многолетний) вносит определенные изменения в строение почвенного профиля, в превращения органических и минеральных веществ в почвенном профиле.
Поэтому фактор времени («возраст страны», по В. В. Докучаеву) имеет огромное значение в формировании и развитии почв.
Различают понятие абсолютного и относительного возраста почв.
Абсолютный возраст — время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего времени. Он колеблется от нескольких лет до миллионов лет. Наибольший возраст имеют почвы тропических территорий, не претерпевших различного рода нарушений (водная эрозия, дефляция и т. п.). Абсолютный возраст почв значительной части территории нашей страны исчисляется тысячелетиями и десятками тысяч лет.
Для северных областей абсолютный возраст почв связан с периодом их освобождения от четвертичного оледенения и ледниковых вод, для ряда территорий — с морскими трансгрессиями (Прикаспийская низменность и др.).
Самые молодые почвы развиты в современной пойме. Как отмечалось выше, за длительный период своего развития почвы проходят путь от начальной («молодой») фазы до зрелой почвы. При этом свойства почв изменяются, поскольку измененяются природные условия (климат, растительность, гидрологические условия). Но зачастую в профиле почв могут сохраняться реликтовые признаки, сформировавшиеся в том климате, при той растительности и т.д.
Относительный возраст характеризует скорость почвообразовательного процесса, быстроту смены одной стадии развития почвы другой. Он связан с влиянием состава и свойств пород, условий рельефа на скорость и направление почвообразовательного процесса.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 409.
