Почвообразование, его факторы и этапы

21-03-2014, 02:35
На протяжении всей истории земледелия человека волновал вопрос — как возникает почва, дающая жизнь растениям, животным и обеспечивающая существование самого человека?
Формирование почвы, то есть превращение безжизненной горной (скальной) породы в плодородную почву, получило название почвообразовательного процесса, или почвообразования.
Начало учению о почвообразовании положил основатель почвоведения Василий Васильевич Докучаев. Он впервые убедительно показал, что формирование почвы теснейшим образом связано с физико-географической средой и историей ее развития. Рассмотрим вслед за Докучаевым факторы, направленность и основные этапы почвообразовательного процесса.
Важнейшими факторами формирования почвы, то есть почвообразования, Докучаев считал климат, живые организмы, горные породы, рельеф местности и возраст территории. Взаимосвязь между этими факторами он выразил формулой
П = f(K, О, Г, Р) * Т,

где П — почва, К — климат, О — организмы, Г — горная порода, P — рельеф, T — время.
Перечисленные факторы в их разнообразном сочетании создают на Земле множество типов почв, их комбинаций, сочетаний, неповторимую мозаику почвенного покрова.
В процессе формирования почвы все факторы являются равнозначными и незаменимыми. Отсутствие хотя бы одного из них исключает возможность почвообразовательного процесса. Однако на определенных стадиях или в особых условиях развития почвы в качестве доминирующего может выступать какой-либо из факторов.
Минеральным субстратом почвообразования служат горные породы и составляющие их минералы, которые постоянно подвергаются выветриванию. Выветриванием пород ученые называют качественное и количественное изменение их состава и свойств под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы. Выветривание горных пород — это начальный этап биогеохимического круговорота (цикла) химических элементов на Земле.
Единый процесс выветривания пород и минералов, из которых они состоят, складывается из физического, химического и биологического выветривания.
Физическое (механическое) выветривание протекает под влиянием изменений температуры (теплового расширения и сжатия минералов), а также воды, льда, ветра. В результате механического воздействия на породу уменьшается ее плотность (с 2,5-2,6 до 1,2-1,5 г/см3). При этом резко возрастает ее удельная поверхность, которая подвергается воздействию химических соединений (химическому выветриванию).
Химическое выветривание. Важнейшая роль в химическом выветривании принадлежит воде. Взаимодействие раздробленной породы с водой приводит к переходу в раствор значительных количеств катионов и анионов. В результате уменьшается масса минералов (гранитов на 30-35, базальтов — на 75-90, а известняков — до 99 %), а их объем и растворимость, напротив, возрастают.
Гидролиз минералов, реагирующих с водой, сопровождается их существенными преобразованиями:
CaCO3 + H2O → Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2
KAlSi3O8 + H2O → KOH + HAlSi3O8
HAlSi3O8 + 4Н20 → Al(OH)3 + 3H2SiО3

Образующиеся при гидролизе первичных минералов растворимые и коллоидные соединения кремния, алюминия и катионы служат исходным материалом для новообразования вторичных глинистых минералов.
Важнейшую роль в процессах химического выветривания играет углекислый газ (CO2), взаимодействующий с водой:
CO2 + Н2O → H2CO3 → H+ + HCO3
CaCO3 + CO, + H2O → Ca (HCO3)2
Na2SiO3 + H9CO3 → Na7CO3 + H2O + SiO2
Na2S + H2CO3 → Na2CO3 + H2S

Большой агрессивностью по отношению к минералам обладают органические кислоты, продуцируемые организмами и выделяемые во внешнюю среду щавелевая, яблочная, лимонная и др. Минералы горных пород в различной степени подвержены химическому выветриванию. Наиболее устойчивы к нему такие минералы, как кварц, ортоклаз, магнетит, а наименее устойчивы, например, гипс, калиевые полевые шпаты и доломит.
В результате выветривания горных пород и минералов на их поверхности образуется кора выветривания, которая служит тем минеральным субстратом, на котором протекает почвообразование при участии живых существ. Поэтому ее химический состав оказывает существенное влияние на почвообразование и плодородие формирующейся почвы.
Так, например, на кислых и бедных питательными элементами породах (граниты, гнейсы), а также песчаниках формируются почвы с низким уровнем плодородия. В то же время на породах, богатых питательными элементами и щелочноземельными катионами (Ca, Mg), формируются почвы с высоким уровнем плодородия — насыщенные основаниями, с нейтральной или слабокислой реакцией, богатые гумусом.
Биологическое выветривание протекает под воздействием организмов и продуктов их жизнедеятельности. Живые существа служат одним из наиболее могущественных факторов почвообразования. По словам В. И. Вернадского, «...на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».
Начало почвообразования всегда связано с поселением организмов на минеральном субстрате. Первые поселенцы должны обладать хорошей приспособленностью к суровым условиями жизни на скальных поверхностях, для которых характерны большие амплитуды между дневными и ночными, летними и зимними температурами, периодичность увлажнения вплоть до полного высыхания, отсутствие органического вещества, прямое воздействие солнечной радиации.
В этих суровых условиях первыми поселенцами оказываются разнообразные автотрофные организмы, среди которых преобладают бактерии, способные к азотфиксации. Присутствуют в составе микрофлоры и водоросли — диатомовые и зеленые. На более поздних стадиях в микробиоценозах появляются гетеротрофные организмы аммонифицирующие и иные бактерии и грибы, нуждающиеся для своей жизнедеятельности в органическом веществе, синтезированном другими организмами.
На этой стадии почвообразования автотрофные организмы способны усваивать из атмосферы С, N, О при наличии даже следов воды в среде, в частности за счет конденсации паров воды на холодной поверхности камня или в микротрещинах горной породы. Минеральные элементы микроорганизмы получают в результате разрушения горной породы.
Под воздействием микроорганизмов образуется незначительное количество микробной пыли, или мелкозема, которая еще не является почвой, но уже служит тем питательным субстратом, на котором поселяются более требовательные к условиям среды организмы. Первыми из таких организмов появляются лишайники.
Среди лишайников есть виды, которые обитают внутри каменистого субстрата, в его микротрещинах. Такие лишайники называют эндолитическими. За ними поселяются эпилитические виды, живущие на поверхности субстрата, среди которых последовательно сменяют друг друга накипные (корковые), листоватые и кустистые.
Лишайник воздействует на минеральный субстрат механически и химически. Механическое воздействие на горную породу связано с тем, что грибные гифы лишайника способны проникать на несколько миллиметров по микротрещинам между минеральными зернами в глубь породы, постепенно разрыхляя субстрат. Грибная гифа может при этом развивать давление в 10-15 атмосфер.
Таллом лишайника, прочно прикрепленный своими ризоидами к плотной породе, при чередовании высыхания и набухания отрывает от монолитного камня небольшие кусочки породы, постепенно разрыхляя таким образом субстрат.
Лишайники обладают способностью к синтезу сильных кислот полифенольного ряда, получивших название лишайниковых кислот. Эти кислоты обладают высокой агрессивностью по отношению к породообразующим минералам, способствуя их химическому выветриванию.
В результате лишайники весьма сильно воздействуют на плотные породы. Биологическое выветривание на этой стадии почвообразования протекает более интенсивно, чем на предыдущей. Под покровом лишайников накапливается слой мелкозема мощностью несколько миллиметров или даже сантиметров, обогащенный гумусом, азотом и другими биогенными элементами в доступной растениям форме.
На преобразованном лишайниками субстрате, когда мощность примитивной почвы достигает 5-10 см, поселяются мхи. Часто мхи поселяются вместе с лишайниками, образуя сплошной мохово-лишайниковый покров. Мхи вовлекают в биологический круговорот довольно большое количество биогенных элементов, особенно много они концентрируют серы, кальция, калия, фосфора и магния.
Почвы, образующиеся на первых стадиях почвообразования, в настоящее время распространены на поверхности Земли довольно широко. Они занимают большие площади в каменистых пустынях (холодных и жарких) и в горных странах, особенно на больших высотах. В этих почвах микроорганизмы нередко являются единственными представителями живой природы.
Постепенно формирующаяся на этой стадии почва служит субстратом для поселения высших растений травянистых, кустарниковых и древесных. Именно высшим растениям, как главным накопителям вещества и энергии в биосфере, принадлежит ведущая роль в процессах почвообразования.
Действительно, ведь органическое вещество, созданное растениями, попадает в почву непосредственно или посредством животных, грибов и бактерий, питающихся растениями. В почве под воздействием населяющих ее живых существ органическое вещество подвергается разнообразным превращениям, то есть участвует в почвообразовательном процессе.

  • Почвы лесной зоны
  • Изменение плодородия окультуренных почв
  • Поглотительная способность почвы
  • Органическое вещество почвы
  • Почвенный раствор
  • Вода в почве
  • Химический состав почвы
  • Фазовый состав почвы
  • Возраст почвенного покрова
  • Роль почвы в природе и жизни человека

  • Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

    Министерство сельского хозяйства Оренбургской области

    Правительство Оренбургской области

    Визитка компании - сайт компании

    Ильинка







    Акцент

     

    • Рейтинг@Mail.ru
    • Яндекс.Метрика
    • Индекс цитирования