Средний химический состав живых организмов (по а.П. Виноградову)

Макроэлементы

О – 70 N - 0,3 S - 0,05

С-18 Si-0,2 Na-40,02

Н —10,5 Mg — 0,04 CI —0,02

Са - 0,5 Р — 0,07 Fe — 0,01 Микроэлементы

А1, Ва, Sr, Мп, В, Th, Р, Ti, F, Zn, Rb, Си, V, Cr, Br, Ge, Ni, Pb, Sn, As, Co, Li, Mo и др.

Ультрамикроэлементы Se, U, Hg, Ra и др.

та составляют 98,5 % их массы. Содержание N в живом веществе невелико (0,3 %) и лишь в некоторых организмах (например, в бактериях) достигает нескольких процентов.

В составе живых организмов присутствуют и другие элементы. Они образуют зольный остаток после сжигания или минерализации органических веществ. Средняя зольность организмов невелика — около 1,5 %, но во многих видах она значительно выше — 5—7 %, а в некоторых растениях, приспособленных к жизни в условиях сильного засоления, достигает 20 %.

По содержанию ряда химических элементов почвы занимают промежуточное положение между горными породами и живыми организмами. Прежде всего это касается таких элементов, как кислород, углерод, водород и азот (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Среднее содержание некоторых химических элементов в горных породах, почвах и живых организмах

Элементы	Горные породы	Почвы	Живые организмы
О	47	55	70
С	0,02	5	18
H	0,15	5	10,5
N	0,02	0,1	0,3

Как видно из табл. 3.3, в почвах содержится О — 55 %, т. е. близкое к среднему значение между содержанием этого элемента в горных породах (47 %) и живых организмах (70 %); С — 5 % (соот­ветственно 0,02 и 18%); Н — 5% (0,15 и 10,5%); N - 0,1 % (соответ­ственно 0,02 и 0,3 %).

Очевидно, что геологический и биологический факторы почво­образования вносят наибольший субстантивный вклад в процесс фор­мирования почв. Однако возникает вопрос: сопоставим ли вклад живых организмов и их остатков в материальную основу почвообра­зования с вкладом горных пород, если в каждый данный момент вре­мени масса органического вещества в почве составляет всего от 1 до 10 % общей массы почвы (лишь в некоторых почвах больше) и толь­ко в верхней ее части. Отвечая на этот вопрос, необходимо отметить следующее. Оценивать степень участия в почвообразовании тех или иных материальных компонентов только по соотношению их объе­мов и масс в какой-либо отдельный момент существования почвы неправомерно. Дело в том, что одни из этих компонентов — связан­ные с геологическим фактором минеральные вещества — весьма инер­тны. В процессе почвообразования их количество, как правило, не прибывает, тогда как другие компоненты — продуцируемые растени­ями и животными органические вещества — напротив, очень дина­мичны, они регулярно поступают в почву на всем протяжении ее существования. Чем длительнее процесс почвообразования, тем ярче проявляется результат воздействия на состав почвы компонентов, свя­занных с быстрыми биологическими циклами возобновления, так как их суммарное участие в почвообразовании с течением времени все более возрастает.

Исключение из этой закономерности составляют лишь некото­рые ситуации: когда, например, минеральная часть почвы все время обогащается новыми поступлениями вещества (ежегодные аллюви­альные наносы, частые вулканические выпадения) или верхняя часть почвенной толщи, где концентрируются продукты воздействия био- ты, периодически удаляется ускоренной эрозией. Но эти ситуации имеют на земной поверхности не всеобщий, а локальный характер.

Можно подсчитать срок, необходимый для того, чтобы в резуль­тате циклических процессов возобновляемая масса живого веще­ства уравнялась с массой минеральной основы почвы.

Объемная плотность рыхлых пород — от 1,30 до 1,65, средняя — 1,5. Следовательно, масса слоя рыхлой породы мощностью в 100 см на площади 1 га равняется 15 тыс. т. Ежегодный растительный опад будет составлять на этой площади от 1 до 25 т в различных ланд­шафтах. Отсюда время, необходимое для прохождения через почву органического вещества, равного по массе ее минеральной части и образовавшегося лишь за счет растительного опада, лежит в пределах от 15 тыс. лет в арктических тундрах и пустынях до 600 — 700 лет во влажных тропических и субтропических лесах. Для почв хвойных лесов умеренного пояса этот срок составляет 4—5 тыс. лет, для сте­пей и саванн — немногим более 1 тыс. лет.

Если учесть ежегодное поступление органических остатков мно­гочисленных поколений микроорганизмов и животного населения, т. е. вторичную биологическую продукцию, то сроки уравнивания органической и минеральной масс еще более сократятся.

Климатическим фактором обусловлено поступление вещества в почву из атмосферы. Атмосферные осадки обеспечивают постоян­ные запасы влаги в почвенной толще, которые существенно разли­чаются по ландшафтным зонам. Так, средние многолетние весен­ние запасы продуктивной влаги (мм), по данным С.А. Вериго, в метровом слое почвы составляют:

Тундра и северная тайга > 200

Средняя и южная тайга 150—200

Лесостепь 100—150

Степная зона 50—100

Полупустыня <50

Ежегодно запасы влаги возобновляются. За время существова­ния почв через них прошли и участвовали в почвообразовании мас­сы воды, мощность слоя которой измеряется сотнями метров и ки­лометрами.

Воздействие огромных масс воды запечатлевается в почвах. Часть влаги задерживается в виде гидратной и кристаллизационной влаги, вода участвует в растворении минеральных и органических соеди­нений, в перераспределении внутри почвы и выносе за пределы ее толщи подвижных веществ. Кроме того, атмосферная влага участвует в образовании ежегодной новой продукции биомассы и частично возвращается с растительными и животными остатками.

Атмосферная влага содержит разнообразные растворенные ве­щества и взвеси. В ней всегда присутствует растворенная угольная кислота, которая при диссоциации дает водородный (Н+) и гидро­карбонатный (НСО~) ионы. Содержание ионов водорода в атмос­ферных осадках достигает величины, соответствующей рН 5—7. Равновесное содержание гидрокарбонатного иона составляет соответ­ственно 0,12 мг/л. С наличием этих ионов связаны реакции гидро­лиза и карбонизации, которые будут рассмотрены далее.

В атмосферных осадках содержатся оксиды азота, которые появ­ляются в них при электрических разрядах в атмосфере. При частых грозах и большом количестве осадков (например, во влажно-тропических областях) этих соединений может выпадать на поверхность почвы до 25—30 кг на 1 км2 в год. При растворении оксидов азота в атмосферной влаге образуется сильно диссоциированная азотная кислота. Это еще более увеличивает растворяющее и гидролитичес­кое действие атмосферной влаги. Азотная кислота является и хоро­шим окислителем.

В атмосферных осадках всегда присутствует некоторое количе­ство растворенных солей. Часть из них (около 3—5 мг/л) океани­ческого происхождения. Это преимущественно хлориды натрия и магния, вовлеченные в атмосферные планетарные миграционные потоки с поверхности морей и океанов при штормах и смерчах. Их количество возрастает близ океанических побережий до 30 мг/л.

Другая часть приносимых с осадками в почвы солей имеет кон­тинентальное происхождение и связана с запылением атмосферы. Проходя через приземные части атмосферы, осадки обогащаются растворимыми компонентами, содержащимися в пыли. И коли­чество и состав континентальных солей зависят от ландшафтных особенностей подстилающей поверхности, степени распаханности и характера освоения территории. Минерализация осадков за счет терригенной составляющей колеблется от 10 до 60 мг/л и более. В составе солей присутствуют гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды кальция, калия, натрия и магния. Часть солей, попадаю­щих в атмосферные осадки, выделяется при транспирации влаги растениями и испарении ее с поверхности водоемов и почв.

По данным Ф. Кларка, общее количество солей, выпадающих с атмосферными осадками на поверхность суши, составляет в среднем 12 т/км2 в год. Соли поступают в верхние горизонты почв и, как будет показано далее, в аридных областях, где норма испарения пре­вышает норму осадков, существенно влияют на почвообразование.

Определенную роль в материальной основе почвообразования играет атмосферный воздух. Средний его состав приведен в табл. 3.4.

Атмосферный воздух — главный источник азота в почвах. Его в атмосфере более 75 %, что составляет огромную величину по срав­нению, например, с долей азота в литосфере' где он относится к микроэлементам. Азот — биологически важный элемент, необходи­мый всем живым организмам, поскольку является составной час-

Таблица 3.4