Ганжара Геология и ландшафтоведение

Рис. 9.2. Почвенные животные: 1 — микроорганизмы (А — бактерии, Б — низшие почвенные грибы, В — актиномицеты, Г — диатомовые водоросли (по Д.М. Новогрудскому, 1956); 2 — хищные почвенные личинки жуковжужелиц (по Д.А. Криволуцкому, 1969); 3 — разные виды почвенных ногохвосток (коллембол); 4 — представители почвенной мезофауны (Ф - сокрпион, Б — ложноскорпион, В — мокрица, Г — кивсяк) (по Криволуцкому, 1969); 5 соотношение размеров дождевых червей (1 — Megascolides australis, 2 — Allolobophora magnifica, 3 — Lumbricus terrestris, 4 — L. rubellus) (по И.П. Бабьевой, 1989).

240

и солей и может являться причиной формирования почв с разными свойствами.

Таким образом, почвенные животные перерабатывают растительные остатки до более простых соединений, перемешивают и разрыхляют почвенный мелкозем, особенно верхние слои, улучшают ее питательный режим, обогащают почву экскрементами, тем самым постоянно формируют условия для жизнедеятельности растений и особенно для микроорганизмов.

9.2. Понятия о биогеохимических провинциях

Химические элементы, постоянно содержащиеся в организмах млекопитающих, по их изученности и значению можно разделить на 3 группы (таблица 9.2.) — элементы, входящие в состав биологически активных соединений (ферменты, гормоны, витамины, пигменты) (I), они являются незаменимыми; элементы, физиологическая и биохимическая роль которых мало выяснена (II) или неизвестна (III).

Участие живого вещества в биогеохимических процессах проявляется прямо либо косвенно. Так, после гибели организмов живое вещество непосредственно участвует в образовании диатомита, известняков, углей, нефти и др. Зеленые растения в результате фотосинтетической деятельности создают всю массу кислорода современной атмосферы Земли. Морские водоросли концентрируют значительные количества йода, после их гибели в морских илах происходят захоронение и процесс превращения органического детрита в вещество нефти. В результате выпрессовывания из захороненных илов жидкой нефти в пористые породы (пески и другие коллекторы) выдавливаются иловые воды, содержащие большое количество йода.

Еще более разнообразно косвенное влияние организмов и продуктов их жизнедеятельности на геохимические процессы. Микроорганизмы участвуют, например, в окислении соединений железа, марганца и других элементов, что ведет к выпадению их из природных растворов и отложению в осадках. Микроорганизмы восстанавливают сульфаты, образуя биогенные месторождения серы и т.д. Под влиянием живого вещества изменяются во времени геохимические процессы. Так, когда на Земле еще не было биосферы, уран, германий и ванадий концентрировались в осадочных железных рудах, а с ее появлением уран, ванадий и германий накапливаются и в некоторых ископаемых углях и битумах.

241

Таблица 9.2. Содержание химических элементов в организме млекопитающих

Исключительную роль живое вещество наряду с H2O è CO2 играет в процессах выветривания и образования осадочных пород (биогенных осадков в морях и океанах). Представляет интерес уча- стие организмов в процессах разделения близких по свойствам пар химических элементов, например Si/Ge, Fe/Mn, K/Na, Ca/Sr и т.д. В

свою очередь среда обитания отражается на составе организмов. В пределах биогеохимических провинций возникают формы

организмов, накапливающие иногда значительные количества химического элемента, т.е. имеет место интенсивная биогенная миграция. Известно также, что организмы участвуют в нарушении изотопного состава ряда легких химических элементов (углерода, кислорода, серы). Как правило, в биогенных процессах организмами поглощаются преимущественно более легкие изотопы.

Биогеохимические провинции — это области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в породах, почвах и водах) химических элементов (или соединений), с которыми связаны определенные биологические реакции со стороны местной флоры и фауны. Состав почв влияет на подбор, распределение растений и на их изменчивость под влиянием тех или иных химических соединений

242

или химических элементов, находящихся в почвах. Границы распространения определенной флоры или фауны в пределах одной по- чвенной зоны нередко совпадают с областью развития известных горных пород или геологических формаций. Хорошо известна специфическая растительность, распространенная на серпентинитах, известняках, в бессточных засоленных областях, на песках и т.п. Резкая недостаточность или избыточность содержания какого-либо химического элемента в среде вызывает в пределах данной биогеохимической провинции биогеохимические эндемии – заболевания растений, животных и человека. Например, при недостаточности йода в пище возникает зоб у животных и людей, при избыточности селена в почвах — появление ядовитой селеновой флоры и многие другие эндемии.

По генезису выделяются 2 типа биогеохимических провинций:

1.Биогеохимические провинции, приуроченные к определенным почвенным зонам в виде отдельных пятен или областей и определяемые недостаточностью того или иного химического элемента в среде. Например, для зоны подзолистых и дерново-подзолистых почв Северного полушария, простирающейся почти через всю Евразию, характерны биогеохимические провинции, связанные с недостаточностью йода, кальция, кобальта, меди и др. Подобные биогеохимические провинции с характерными для них эндемиями (зоб, акобальтоз, ломкость костей у животных и т.п.) не встречаются в соседней зоне черноземов. Причина лежит в большой подвижности ионов I, Ca, Со, Cu и др., легко вымываемых из подзолистых почв. Подобный процесс имеет место и в аналогичных почвах Южного полушария. Этот тип биогеохимических провинций носит негативный характер, так как связан с недостатком того или иного химического элемента в среде.

2.Биогеохимические провинции и эндемии, встречающиеся в любой зоне. В этом смысле они имеют интразональный характер и возникают на фоне первичных или вторичных ореолов рассеяния рудного вещества месторождений, соленых отложений, вулканогенных эманаций и т.п. Например, борные биогеохимические провинции и эндемии (среди флоры и фауны) обнаружены в бессточных областях; флюороз человека и животных — в области недавно действующих вулканов, месторождений флюорита и фторапатита; молибденозис животных — в пределах месторождений молибдена

èт.п. Этот тип провинций и эндемий имеет преимущественно позитивный характер, поскольку связан с избыточным содержанием химических элементов в среде.

243

Химические элементы, образующие хорошо растворимые соединения в почвенных условиях, вызывают наиболее сильную биологическую реакцию у местной флоры. Имеет значение и форма нахождения химических элементов в среде. Например, молибден вызывает у животных заболевание только в районах со щелочными почвами (молибденовые соединения растворимы в щелочной среде); в районах кислых почв избыток молибдена не вызывает заболеваний. Химические элементы Ti, Zr, Hf, Th, Sn, Pt и многие другие, не образующие в почвенных условиях легкоподвижных растворимых соединений, не вызывают образования биогеохимических провинций и эндемий.

В пределах биогеохимической провинции различают 2 вида кон-

центрации организмами химических элементов:

– групповой — когда все виды растений в данной провинции в той или иной степени накапливают определенный химический эле-

ìåíò;

– селективный — когда имеются определенные организмыконцентраторы того или иного химического элемента вне зависимости от уровня содержания этого элемента в среде. Известны различные виды растений, которые в биогеохимических провинциях концентрируют определенные элементы и подвергаются при этом изменчивости. К ним относятся специфическая галмейная флора (концентрирующая Zn), известковая, селеновая, галофитная, серпентинитовая флора и многие другие.

В зависимости от конституционных свойств данного вида организма и, особенно при длительном изолированном существовании его в той или иной биогеохимической провинции возникает измен- чивость организмов — появление физиологических рас (без видимых внешних изменений), вариаций, подвидов и видов. Это сопровождается повышением содержания в организмах соответствующих химических элементов — Cu, Zn, Se, Sr и др. Появляются также химические мутанты с изменением в ядрах клеток числа хромосом. Изменчивость может приобрести наследственный характер, особенно у микроорганизмов.

Многие редкие и рассеянные химические элементы (микроэлементы) играют значительную физиологическую роль, входя в физиологически важные органические соединения у организмов – в дыхательные пигменты, ферменты, витамины, гормоны и другие, акцессорные физиологически важные вещества.

Известно более 30 химических элементов (Li, В, Be, С, N, F, Na, Mg, Al, Si, P, S Cl, K, Са, V, Mn, Cu, Zn, As, Se, Br, Mo, I, Ba, Pb, U и

244

др.), с которыми связано образование биогеохимических провинций, эндемий и появление организмов-концентраторов.

На основе изучения химической экологии биогеохимических провинций в практику борьбы с соответствующей эндемией широко вошло использование химических элементов (В, Сu, Mn, Со, I и др.) в качестве удобрения или подкормки животных. На основе изуче- ния содержания химических элементов в почвах и растениях был создан биогеохимический метод поисков полезных ископаемых. В геологическом прошлом биогеохимические провинции также играли значительную роль в отборе и изменении флоры и фауны. Реконструкция палеобиогеохимических провинций может многое объяснить в эволюции органического мира.

Огромную биогеохимическую роль выполняет в результате своей геологической деятельности человек. Ежегодно из недр Земли извлекается до нескольких десятков тонн горной породы на душу населения. Человек влияет на химический и изотопный состав атмосферы, биосферы и земной коры, и это влияние с каждым столетием непрерывно растет.

245

Глава 10. Почва, как компонент ландшафта

Почва — главный продукт функционирования ландшафта. По образному выражению В.В. Докучаева почва является «зеркалом ландшафта». Образование почвы, ее история и функционирование тесно связаны с остальными компонентами ландшафта. В почвоведении компоненты ландшафта выступают как факторы почвообразования. Находясь в самом центре вертикальной структуры ландшафта, почва оказывает влияние на все его компоненты. Почвы являются ведущим фактором биопродуктивности наземных ландшафтов, регулируют состав атмосферного воздуха и грунтовых вод, участвуют в формировании мезо и микроформ рельефа, оказывают влияние на горные породы.

Почва — четырехфазная, биокосная система, которая включа- ет: твердую, жидкую, газовую и живую фазы. Почвы формируются в результате почвообразовательных процессов, которые тесно связаны с факторами почвообразования.

10.1. Классификация элементарных почвообразовательных процессов

Элементарные почвенные процессы (ЭПП) присущи только почвам, и каждый почвенный тип (подзолистые почвы, черноземы

èдр.) характеризуется определенным, только ему свойственным сочетанием ЭПП. Именно ЭПП формируют отдельные горизонты

èхарактерный для каждого типа почвенный профиль. В то же время они могут проявляться во многих типах почв в различных соче- таниях.

Âнастоящее время выделяются более 60 естественных ЭПП, объединенных Б.Г. Розановым в 7 групп. Ниже приводится их пе-

речень с небольшими изменениями и сокращениями.

I. Биогенно-аккумулятивные ÝÏÏ. Группа ЭПП, протекающих в почве под влиянием организмов, в результате которых в профиле почв образуются биогенные органо-минеральные горизон-

òû:

– подстилкообразование — образование лесной подстилки или

степного войлока;

– гумусообразование — образование горизонтов с повышен-

ным содержанием гумусовых веществ;

– торфообразование — образование горизонтов торфа;

246

– детритообразование — образование горизонтов с повышен-

ным содержанием детрита.

II. Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП. Группа процессов, проявляющихся в аккумуляции веществ в почвенном профиле под

воздействием грунтовых вод:

– засоление — накопление водорастворимых солей при выпот-

ном типе водного режима;

– окарбоначивание — вторичное накопление карбонатов каль-

ция из минерализованных грунтовых вод;

– оруденение — гидрогенное накопление оксидов железа и мар-

ганца (рудяковые горизонты, ортштейны, болотная руда);

III. Метаморфические ЭПП. Группа процессов трансформации породообразующих минералов без элювиально-иллювиального перераспределения в почвенном профиле (внутрипочвенное вывет-

ривание); преобразование первичных минералов во вторичные:

– сиаллитизация (оглинение) — образование глинистых ми-

нералов сиаллитного состава из первичных минералов;

– монтмориллонитизация — образование глинистых мине-

ралов преимущественно монтмориллонитового состава;

– ферраллитизация, каолинизация, ферсиаллитизация, бокситизация, ферритизация — процессы внутрипочвенного

выветривания с образованием вторичных глинистых минералов соответствующего состава (каолинит, гидроксиды железа и алю-

миния, бокситы и др.);

– оглеение — процесс метаморфического преобразования минеральной почвенной массы под воздействием восстановительных

процессов при переувлажнении;

– оструктуривание — процесс образования агрегатов разного размера под воздействием веществ, обладающих клеящей способ-

ностью;

– слитизация — процесс обратимой цементации (при высыха-

нии) монтмориллонитово-глинистых почв.

IV. Элювиальные ЭПП. Группа процессов образования элювиальных горизонтов, сущность которых заключается в разрушении или преобразовании почвенного материала и выносе из него продуктов разрушения или трансформации нисходящими либо боковыми токами воды за пределы почвенного горизонта или про-

ôèëÿ:

– выщелачивание — процесс обеднения горизонта основаниями в результате растворения и выноса за пределы элювиального горизонта или почвенного профиля;

247

– оподзоливание — кислотный гидролиз первичных и вторич- ных минералов и вынос продуктов гидролиза за пределы элювиального горизонта или почвенного профиля;

–лессивирование (лессиваж, обезиливание, иллимеризация)

—процесс пептизации, отмывки илистых и тонкопылеватых частиц с поверхности более крупных частиц и вынос их без разруше-

ния за пределы горизонта или почвенного профиля;

– псевдооподзоливание, псевдооглеение, отбеливание,

ферролиз, элювиально-глеевый процесс, Al — Fe — гумусовый процесс — элювиальные ЭПП с участием оглеения, оподзо-

ливания и лессиважа в разных соотношениях;

– осолодение — элювиально-глеевый процесс с участием лессивирования и оподзоливания, на первых стадиях — щелочного гидролиза, выщелачивания, в зависимости от кислотно-щелочных ус-

ловий, степени промачивания и стадии развития;

– коркообразование — процесс пептизации коллоидов и илистых частиц под действием ионов натрия с участием выщелачивания и щелочного гидролиза, и вынос продуктов этих процессов в

нижележащие горизонты;

V. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП. Процессы, сопутствующие элювиальным процессам и проявляющиеся в аккумуляции продуктов выноса в средней или нижней части почвенного про-

ôèëÿ:

– глинисто-иллювиальный, алюмогумусо-иллювиальный,

железистогумусо-иллювиальный, иллювиально-гумусовый, иллювиально-карбонатный — процессы, получившие названия

от вида аккумулируемого продукта.

VI. Педотурбационные ЭПП. Группа процессов механического перемешивания почвенной массы под влиянием разнообраз-

ных факторов и сил:

– самомульчирование — процесс образования на поверхности слитых почв маломощного оструктуренного горизонта при высыхании;

–криотурбация — процесс морозного механического перемешивания;

–пучение — излияние на поверхность тиксотропной почвенной

массы в условиях криогенеза;

– биотурбация — перемешивание почвы животными-земле-

роями;

– ветровальная педотурбация — перемешивание почвы при ветровалах лесов.

248

VII. Деструктивные ЭПП. Группа процессов, ведущая к разрушению почвы:

– эрозия — процесс поверхностного смыва или размыва почвы

под действием поверхностного стока атмосферных осадков;

– дефляция (ветровая эрозия) — процесс механического раз-

рушения или перемещения почвы под действием ветра;

– погребение — засыпание почвы материалом, принесенным

со стороны (селевые потоки, оползни и др.).

В отдельную группу — VIII — необходимо выделить агрогенные и техногенные ЭПП, формирующие отдельные горизонты

или почвенные профили:

–освоение — распашка целинных почв;

–агрогенное гумусонакопление — увеличение содержания

гумуса за счет агрономических мероприятий (внесение органичес-

ких удобрений, посев многолетних трав и др.);

– мульчирование — покрытие поверхности почвы мульчирующими материалами, как правило, органическими (торф, опилки и

др.) с целью регулирования водного и теплового режима;

– окультуривание — процесс улучшения агрономических свойств почв путем проведения целенаправленных агрономических мероприятий (внесение органических и минеральных удобре-

ний, обработки, мелиорации и др.);

– агротурбация — механическое перемешивание почвы при

обработках (вспашка, боронование, культивация и др.);

IX. Мелиоративные ЭПП — процессы, связанные с коренным мелиоративным улучшением почв (орошение, осушение, химические мелиорации, фитомелиорации, внесение мелиоративных доз органических удобрений и др.):

–пескование — внесение больших норм песчаного материала

âпахотный слой глинистых почв;

–агрогенное оструктуривание — формирование структур-

ных агрегатов почвы под действием агрохимических и агротехни-

ческих мероприятий;

– рекультивация — комплекс горнотехнических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных, инженерно-строи- тельных работ, направленных на восстановление нарушенных тех-

ногенными процессами почв.

X. Деструктивные агрогенные и техногенные ЭПП —

процессы, ведущие к разрушению почв или ухудшению их агрономических свойств под воздействием агрогенных и техногенных процессов:

249