4.4. Почвообразующие процессы

Почвообразование осуществляется в результате множества

одновременно или последовательно протекающих физических и химических процессов.

В первом приближении почвенно-химические процессы подразделяются на следующие группы.

1. Процессы трансформации органических и минеральных компонентов. Речь идет о реакциях выветривания минералов и горных пород, минерализации и гумификации органического вещества, образования осадков и синтеза новых минералов.

2. Процессы переноса вещества как в пределах почвенного профиля, так и через границу почва – сопряженная среда: атмосфера, природные воды, породы. Важнейшими являются следующие процессы:

67

а) накопление органического вещества на поверхности профиля;

б) элювиирование – механическое перемещение глинистых и других тонких частиц по профилю вниз, промывание профиля водой;

в) выщелачивание – удаление веществ из какого-либо горизонта в растворенном виде и перемещение их вниз по профилю;

г) хелювиация – перемещение материала вниз по профилю, сходное с выщелачиванием, но происходящее под влиянием органических агентов: ферментов и продуктов жизнедеятельности организмов;

д) иллювиирование – накопление в нижней части профиля вымытого сверху материала;

е) органическая сортировка и перемещение – разделение материала по механическим фракциям в результате деятельности почвенной фауны: земляных червей, муравьев;

ж) вспучивание и растрескивание, сопровождающиеся механическим движением материала почвы.

3. Специфические процессы формирования подгоризонтов почвы. Сюда относят оглеение, оподзоливание и другие.

Практически все почвообразующие процессы имеют комплексный характер, что обусловлено спецификой почв как природного тела.

В случае, если эволюция почв начинается со свежих водонасыщенных отложений, обнажившихся и впервые вступивших в контакт с атмосферой, эта стадия называется созреванием. Физическое дозревание состоит в потере воды, уплотнения и проникновения в почву кислорода. Химическое созревание включает реакции окисления, катионного обмена и декальцификации, а биологическое созревание – микробиологические изменения и перемешивающую деятельность фауны.

68

4.5 Роль почвы в биосферных процессах

Экологические функции почв делятся на экосистемные и биосферные.

Основными экосистемными функциями являются следующие.

Жизненное пространство. Органическое вещество корней составляет от 20 до 90 % по отношению к общей фитомассе. К примеру, во влажных тропических лесах корней содержится более 1000 ц/га, а в пустынях – 30 ц/га.

Каждому почвенному типу свойственен свой микробный пейзаж. Следствием этого явилась концепция о почвенных горизонтах как особых экологических нишах и возможности микробиологической и протозоологической индикации различных генетических горизонтов почв.

Почва служит жизненным пространством и для многих животных. Из 22 типов животных, 10 имеют представителей, обитающих в почве. Из беспозвоночных в почве живут черви, моллюски и членистоногие. Позвоночные представлены амфибиями, рептилиями и млекопитающими. Из насекомых более 50 % обитает в почвах.

Самые мелкие одноклеточные животные, находясь в почве, по существу остаются обитателями водной среды и при значительном увлажнении плавают в гравитационной воде как в небольших водоемах. Для немикроскопических - почва как среда обитания представлена совокупностью ходов и полостей.

Установлено, что более крупные животные сильнее зависят от всей совокупности свойств почвенного профиля.

Жилище и убежище. Сущность функции заключается в том, что почва предохраняет почвообитающие организмы от переохлаждения и перегрева, защищает от хищников, служит хранилищем пищевых запасов и местом выведения потомства. Данная функция связана с тем, что температура и влажность воздуха в глубине почвы подвержены менее резким колебаниям,

69

чем на поверхности.

Опорная функция. Благодаря этой функции растения сохраняют вертикальное положение и противодействуют ветровой нагрузке. Механические свойства почвы оказывают влияние на передвижение животных, определяют выбор путей миграции.

Почва как источник элементов питания. Решающая роль в минеральном питании растений принадлежит химическим элементам, находящимся в растворенном или обменном состоянии в виде ионов.

В ходе эволюции произошла взаимная подгонка почв и развивающихся на них естественных фитоценозов и оптимизация миграционных процессов. Иная картина наблюдается в агроландшафтах. Отчуждение с урожаем большой доли фитомассы, а также возделывание монокультур ведет к точу, что пахотные земли при отсутствии специальных агротехнических приемов поддержания плодородия перестают обеспечивать растения элементами питания. Поэтому необходимо постоянное регулирование почвенного плодородия и оптимизации минерального питания растений: увеличение содержания дефицитных макроэлементов (N, P, K), доступных форм микроэлементов, снижение содержания подвижных форм H, Al, Cl.

Функция депо элементов питания. Сущность функции состоит в том, что почва имеет определенный резерв названных компонентов, который используется организмами при расходовании наиболее доступных запасов. Наличие депо – залог устойчивого почвенного плодородия. Почвенное плодородие зависит от эффективности механизмов перевода потенциально доступных элементов питания в формы, непосредственно доступные корневой системе растений. Примером почв со слаборазвитым депо являются таежные почвы, сформировавшиеся на однородных кварцевых песках.

Функция стимулятора и ингибитора биохимических процессов. Ингибиторы – химические вещества, подавляющие активность биологических ферментов. В химии – вещества, снижающие скорость

70

химических реакций.

Данная функция обусловлена тем, что в почву поступают продукты метаболизма растений, животных и микроорганизмов – аминокислоты, белки, спирты, витамины, которые могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность организмов. Наиболее важный аспект проблемы – выявление вклада почвенных биохимических взаимодействий в общую динамику экосистемы и формирование биологической продукции. Характерным примером служит явление переутомления почв, когда в условиях монокультуры наблюдается снижение плодородия при достаточном минеральном питании и благоприятных климатических условиях.

Закрепление веществ, поступающих в почвенный профиль.

Среди положительных эффектов функции выделяют удержание почвой в состоянии обменного поглощения элементов минерального питания. Например, произрастание сосновых лесов на кварцевых песках (Si₂ более 90 %) обеспечивается соединениями, поступающими с атмосферными осадками и пылью, количество которых достигает десятков кг/га для каждого элемента.

К отрицательным эффектам относят связывание элементов питания в малодоступные растениям формы. Почвы тяжелого механического состава могут переводить в труднодоступное состояние и часть поступающей в нее воды.

Особо выделяют проблему радиоактивного загрязнения природных средств. Чем больше содержится в почвенном растворе биофильных элементов, с которыми радионуклиды находятся в конкурентных отношениях, тем меньше поступление радионуклидов в сельскохозяйственной продукции. Данные по Co⁶⁰. Sr⁹⁰. Cs¹³⁷ свидетельствуют, что максимальное поступление этих элементов отмечается на бедных кальцием почвах.

71

Сорбция микроорганизмов, обитающих в почвах. Благодаря данной функции микроорганизмы защищены от выноса за пределы почвенного профиля с потоком грунтовых вод. С сорбцией связано увеличение численности микроорганизмов в средней и нижней частях профиля, обогащенных тонкодисперсным материалом.

Функция сигналов для сезонных и других биологических процессов. Функция связана с периодически изменяющимися параметрами почв – ее тепловым, водным солевым и пищевым режимами. Так, рассматривая температуру почвы как регулирующий фактор необходимо учитывать, что сама температура является функцией радиационного режима территории, а также влажности, теплоемкости и теплопроводности почвы.

Динамика пищевого режима почвы определяется сезонным характером поступления растительного опада, что вызывает колебания численности почвенной фауны.

Регуляция численности, состава и структуры биоценоза. Структура биоценоза во многом определяется пространственным распределением высших растений, что, в свою очередь, контролируется динамикой почвенных процессов. Показано, что с корнями каждого вида растений связаны специфические комплексы почвообитающих микроорганизмов. Особенно ярко проявляет себя данная зависимость в аридных условиях.

Пусковой механизм сукцессий и память ландшафта. Сукцессия – направленная смена природных сообществ, последовательно возникающих на данной территории в результате влияния естественных и антропогенных факторов.

Функция проявляется в закономерном изменении биоценозов в ходе засоления, заболачивания, уплотнения и эрозии почв. Процессы вызывают стадийное преобразование почвы как среды обитания организмов и порождают соответствующие сукцессии.

Почву рассматривают как естественный носитель альтернативных

72

программ, обеспечивающих функционирование связанных с почвой биоценозов.

Из всех компонентов ландшафта почва обладает наиболее выраженной способностью к отражению факторов географической среды, которые фиксируются в почвенном профиле. «Почвенная память» ландшафта хранит информацию о длительных отрезках развития географической среды.

Приобретении почвой новой информации нередко сопровождается потерей уже имеющейся. Так, в результате трансформации почв в ходе ледниковых эпох, многие профили перерабатывались и утрачивали часть ранее накопленной информации.

Санитарная функция почвы. Говорят о трех основных аспектах проявления данной функции. Первый связан с участием почвенных организмов в разложении поступающих на поверхность органических остатков, что предохраняет ландшафты от самозагрязнения. Так, в смешанном лесу при отсутствии в почве червей разложение листьев липы идет в 3 раза медленнее, дуба – в 2 раза, березы – в 1,5 раза.

Другой аспект связан с антисептическими свойствами почвы, лимитирующими развитие болезнетворных микробов. Самоочищение от возбудителей бруцеллеза, чумы, туляримии происходит за 1-2,5 месяцев; возбудители сибирской язвы в гумусовых горизонтах сохраняются до 30 и более лет. Пониженная температура, влажность, наличие органических веществ затрудняют обеззараживание почв.

Самоочищение почвы определяется ее механическим составом. К примеру, в песчаных почвах исчезновение кишечной палочки происходит быстрее, чем в суглинках.

Третий аспект санитарной функции – разрушение почвенными микробами продуктов метаболизма других организмов, что предотвращает накопление токсинов в прикорневой зоне растений.

Функции защитного и буферного экрана. Устойчивое развитие

73

биогеоценозов (БГЦ) оказывается возможным благодаря наличию буферных и регуляторных механизмов на основе отрицательных обратных связей. Выделяют следующие формы проявления буферной функции почв.

1. Свойство почв регулировать резкие колебания входных потоков вещества, энергии и информации так, что их вариации не выходят за пределы толерантности БГЦ.

2. Почва защищает БГЦ от механического разрушения в результате воздействия различных геологических факторов.

3. Восстановление нарушенных БГЦ за счет запаса почвенных семян и элементов минерального питания, а также путем влияния пространственной структуры почвенного покрова на воссоздаваемую неоднородность фитоценоза.

Интегральной функцией почвы является ее плодородие, которое определяется взаимодействием всех свойств и частных функций почвы.