Ekologia_pochv_uchebnoe_posobie

Абиотические факторы – компоненты и явления неживой, неорганической природы.

Основными абиотическими факторами среды являются:

–температура;

–свет;

–вода;

–соленость;

–кислород;

–магнитное поле Земли;

–влажность.

Принято выделять среди абиотических факторов среды следующие группы факторов:

–климатические (температурный режим, влажность, давление);

–эдафогенные (механический состав, плотность);

–орографические (рельеф, высота над уровнем моря);

–химические(газовыйсостав воздуха, солевойсоставводы, кислотность). К абиотической группе факторов почвообразования относятся климат,

рельеф, почвообразующие породы, время.

Климат – это главный количественный показатель состояния атмосферы и воздействующих на почву атмосферных процессов, прежде всего поступления в почву тепла и воды. С изменением климата тесно связана история развития почвенного покрова Земли. Климат играет важную роль в закономерном размещении типов почв на земной поверхности, в динамике почвообразовательных процессов, их специфике, направленности и энергетике почвообразования.

Рельеф обусловливает перераспределение на поверхности суши солнечной радиации и осадков. Он оказывает влияние на структуру почвенного покрова.

От почвообразующих пород зависят интенсивность и направленность почвообразования и уровень почвенного плодородия. Материнские породы определяют гранулометрический, химический и минералогический состав почв, их физические и физико-химические свойства, водно-воздушный, тепловой и пищевой режимы.

Особый фактор почвообразования – время. Это объективная форма существования всего материального мира, в том числе и почв. Почва возникла в определенный период существования нашей планеты, развивалась в течение ее эволюции и продолжает развиваться сейчас. Факторы почвообразования также находятся в постоянном развитии, и это отражается на эволюции почв во времени.

В отличие от абиотических факторов, охватывающих всевозможные действия неживой природы, биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности организмов. Среди них обычно выделяют:

11

1)влияние животных организмов (зоогенные факторы);

2)влияние растительных организмов (фитогенные факторы);

3)влияние человека (антропогенные факторы).

Действие биотических факторов может рассматриваться как действие их на среду, на отдельные организмы, населяющие эту среду, или действие этих факторов на целые сообщества. Начало почвообразования всегда связано с поселением организмов на минеральном субстрате. Первыми в освоении и преобразовании косного минерального вещества являются различные виды микроорганизмов, лишайники, водоросли. Этот процесс изменения материнских пород под воздействием низших организмов В.Р. Вильямс назвал первичным почвообразовательным процессом. Именно эти организмы готовят субстрат для поселения высших растений, которые являются основными продуцентами органического вещества и играют незаменимую роль в процессах почвообразования. Однако участие живых организмов подробно изложено в специальном разделе.

В учебниках по общему почвоведению и географии почв обычно характеризуются «классические» универсальные факторы: климат, почвообразующие породы, живые организмы, рельеф, время. В то же время антропогенное воздействие на почвы не рассматривается в большинстве случаев как фактор почвообразования. Хотя давно ясно, что антропогенез должен постоянно рассматриваться и основательно анализироваться в сводном ансамбле факторов почвообразования.

Такое одностороннее изучение естественных почвообразователей приводит к неправильному пониманию и игнорированию реальной судьбы почв, обязательно сопряженной с деятельностью человека, который как фактор почвообразования весьма разнообразен и разнопланов.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1.Дайте определение термина «почва».

2.Перечислите задачи факторной экологии почв.

3.Каковысовременныепроблемыученияофакторахпочвообразования?

4.Что такое факторы почвообразования?

5.Какие выделяют факторы почвообразования?

6.Какие факторы относятся к абиотическим?

7.Дайте краткую характеристику основным абиотическим факторам почвообразования.

8.Какие факторы относятся к биотическим?

9.Дайте краткую характеристику основным биотическим факторам почвообразования.

12

ТЕМА 3. АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

1.Почвообразующие породы как фактор почвообразования.

2.Рельеф как фактор почвообразования.

3.Климат как фактор почвообразования.

4.Время как фактор почвообразования.

1. Почвообразующие породы как фактор почвообразования

Почвообразующей (материнской) горной породой называется верхний слой литосферы, выходящий на поверхность суши и в ходе почвообразования превращающийся в почву.

Роль материнских пород в почвообразовании неоднозначна. Во-пер- вых, это непосредственное воздействие через вещественный материал породы, через петрографический, минеральный, гранулометрический, химический состав и физические свойства. Во-вторых, это косвенное влияние, когда материнская порода играет роль подстилающего тела (грунта). В этом случае воздействие сводится к возможностям обмена между породой и почвой газами, влагой, теплом, растворенным веществом. Например, водопроницаемость подстилающей материнской породы может решительным образом оказать влияние на скорость инфильтрации влаги почвой, что, несомненно, скажется на ее гидрологическом режиме. Влияние породы как грунта на почву постоянно, а относительное значение его со временем возрастает.

Каждая горная порода придает почве особые свойства. Так, карбонатные породы во влажном климате обусловливают богатство почвы основаниями Са и Мg и бедность ее силикатным материалом. Обилие карбонатов обеспечивает поддержание нейтральной и щелочной реакции почв, способствует закреплению и накоплению в ней гумуса, преобладание бактериальных сообществ над грибными, бобовых культур над злаковыми, гуматного гумуса над фульватным. Покровные суглинки в том же климате определяют обогащенность почвы сиаллитными минералами, бедность основаниями, кислую реакцию и повышенную миграцию химических элементов и органического вещества по профилю. В результате в одних и тех же климатических условиях на разных породах возникают несхожие по свойствам и плодородию, контрастные по механизму образования почвы.

Различные горные породы обладают разной способностью реагировать, отражать и накапливать в себе результаты влияния других факторов почвообразования. Одни породы (суглинки), образуя почвы, более чутко улавливают и фиксируют биоклиматические изменения, вторые (вулканический пепел) более быстро изменяются во времени, третьи (кварцевые пески) проявляют крайний консерватизм и пассивность к внешней среде.

13

Поэтому результат почвообразования здесь не велик, а почвы длительное время находятся на стадии примитивных. Четвертые (элювий и делювий основных изверженных пород) наиболее тонко реагируют на положение в рельефе.

По характеру влияния на почвообразование породы принято делить на 4 группы: 1) магматические; 2) вулканообломочные и высокотемпературные метаморфические; 3) плотные осадочные и низкотемпературные метаморфические; 4) рыхлые осадочные.

Магматические породы в зависимости от химического и минералогического состава по-разному содействуют процессам почвообразования. Так, в бореальном гумидном климате на ультракислых породах формируются подзолы, на кислых породах – кислые бурые лесные, на средних – мезотрофные бурые лесные и серые лесные, на основных – эвтрофные бурые лесные почвы. На степень элювиирования лесных почв большое влияние оказывает содержание железа. Чем его меньше и чем кислее порода, тем сильнее оподзоливание. В семиаридном климате очень важно содержание кальция в породе. Степные почвы, формирующиеся на магматических породах с содержанием кальция менее 1 %, не могут достигнуть уровня черноземов по многим показателям.

Что касается осадочных пород, то крайне важным их показателем оказываются гранулометрические различия. Дело в том, что частицы разного размера обладают разным минеральным и, как следствие, химическим составом. Камни, превышающие 3 см, представлены главным образом обломками пород. Частицы размером 1–3 мм состоят из обломков пород и зерен кварца и полевых шпатов. Песок (1–0,05 мм) и пыль (0,05–0,001 мм) сложены преимущественно из зерен кварца, полевых шпатов с примесью тяжелых минералов: слюд, амфиболов, пироксенов и др. Илистая фракция – частицы < 0,001 мм – представлена глинистыми и аморфными минералами.

Вулканообломочные породы занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными. Обогащеность их легковыветривающимся вулканическим стеклом и рыхлость этих пород определяют большую самобытность формирующихся на них почв.

Плотные осадочные породы представлены разнообразными по происхождению, составу минералов и химизму геологическими образованиями. В эту группу входят глинистые обломочные сланцы и песчаники, карбонатные породы – известняки, доломиты и мергели; кремнистые породы – трепелы и опоки. Сюда же относятся низкотемпературные метаморфические породы – филлиты, сланцы, кристаллические доломиты и метасоматические породы, такие как серпентинит, пропилит и др.

Особенно велико влияние горных пород на начальных стадиях почвообразования. Если это осадочная порода и она засолена, загипсована и окарбоначена, то и почва, наследуя эти признаки, также будет засолена, за-

14

гипсована и закарбоначена. Но эти компоненты легко утрачиваются по мере постоянного просачивания через почву атмосферных вод и выноса ими растворенных веществ за ее пределы. В результате выноса почва все больше приближается по своему строению, составу и свойствам к зональному типу. Со временем, когда вынос будет компенсироваться аккумуляцией в виде пыли, органического опада и капиллярного поднятия, почва перейдет в своем развитии в зональную. В этом случае в почве произойдут необратимые изменения ее минералогического и химического состава. Таким образом, почва в ходе почвообразования меняет свой статус и из молодой эндодинамоморфной (эндогенной) переходит в зрелую экзодинамоморфную (экзогенную).

2. Рельеф как фактор почвообразования

Под рельефом понимают очертания, совокупность вертикального и горизонтального расчленения поверхности суши.

Рельеф создается и изменяется при совместной деятельности эндогенных и экзогенных сил. Первые, внутриземные процессы, создают крупные неровности рельефа и обусловливают основные черты поверхности Земли. Поверхностные, экзогенные явления, контролируемые в основном климатом, стремятся к сглаживанию, нивелированию первичных неровностей, смягчению контрастности элементов рельефа и созданию дополнительных деталей. Черты конкретного рельефа зависят от геологического устройства местности, соотношения экзогенных и эндогенных сил и от их продолжительности.

Несмотря на то что роль рельефа в почвообразовании преимущественно опосредованная, многие почвоведы, например Г.Н. Высоцкий, считали рельеф по его значимости в почвообразовании вторым после климата. Сегодня принята следующая систематика выделения типов рельефа:

1)макрорельеф;

2)мезорельеф;

3)микрорельеф.

Каждый из перечисленных типов рельефа играет свою самостоятельную роль в генезисе и географии почв.

Макрорельеф – это геоморфологическое строение на обширной территории земной поверхности суши с перепадом высот более 50 м. Примером макрорельефа могут служить Окско-Донская равнина, Валдайская и Среднерусская возвышенности. Макрорельеф определяет различие в биоклиматической обстановке вследствие горизонтальной и вертикальной зональности, вследствие неодинакового возраста и истории почвенного покрова на разных орографических его элементах. Так, например, горный рельеф способствует резкой смене материнских пород, климата и растительности на небольшом расстоянии. Атмосферные осадки в горах легко скатываются по

15

склонам в долины рек, унося с собой рыхлые продукты выветривания и почвообразования. От крутизны уклона местности значительно зависит водный режим почв, и чем сильнее уклон, тем сильнее обезвожена и ксерофитнее почва. Кроме того, макрорельеф контролирует степень дренированности ландшафта, глубину залегания и химизм грунтовых вод.

Мезорельеф определяет строение почвенного покрова в пределах конкретного ландшафта. Примером мезорельефа могут служить отдельные возвышенности, водоразделы, их склоны, террасы и поймы речных долин, втянутые депрессии в виде балок, оврагов и других элементов рельефа. Свое влияние на почвы и их почвообразование мезорельеф оказывает путем создания различий в местном почвенном климате, путем переброски и перераспределения снега, влаги и солей с возвышенностей и накопления их во впадинах.

Микрорельеф – нарушения ровной поверхности, измеряемые десятками метров по горизонтали и дециметрами по вертикали. Проявление микрорельефа сводится к появлению и усилению пятнистости, мозаичности и пестроты почвенного покрова в пределах перепада высот до 1 м.

Нанорельеф отвечает за характер поверхности почвенного покрова разностью высот до 0,3–0,5 м. Сегодня насчитывается более 25 форм нанорельефа, которые делятся на три большие группы по типу поверхности:

1)ровная;

2)волниста;

3)каменистая.

Каждый участок поверхности суши и каждый элемент рельефа может рассматриваться со следующих точек зрения:

1)высота над уровнем моря;

2)крутизна или наклон;

3)отношение к сторонам света или экспозиция;

4)удаленность от океана;

5)положение в общей конфигурации рельефа.

С климатом и конкретным рельефом связаны как глубина, так и химизм грунтовых вод. В местах с сильно расчлененным рельефом грунтовые воды опреснены и глубоко залегают. В этом случае говорят, что местность обладает хорошим дренажем. Низменности и дельтовые равнины, наоборот, характеризуются нерасчлененным рельефом и малой естественной дренированостью. Уровень грунтовых вод здесь близок к поверхности, а их отток ослаблен. В условиях жаркого климата они, как правило, сильно засолены. Значение грунтовых вод в почвообразовании определяется:

1)глубиной их залегания;

2)подвижностью;

3)их химизмом.

Два последних показателя тесно взаимосвязаны. При глубине залегания грунтовых вод менее 5–7 м их капиллярная кайма может достигать

16

профиля почвы. В зависимости от климата, дренированности и химизма такие близко расположенные к поверхности воды могут способствовать образованию болотных, луговых или засоленных почв. При залегании подземных вод глубже 10 м они, как правило, не в силах участвовать в почвообразовании и практически не используются растительным покровом.

По химизму грунтовые воды делятся на кислые, нейтральные, щелочные и соленые. Два первых типа вод характерны для лесных областей с влажным климатом. Остальные – для аридных степей, полупустынь и пустынь. Соленость грунтовых вод обычно тем выше, чем ближе их уровень к дневной поверхности, чем меньше их подвижность и чем жарче и суше климат.

3. Климат как фактор почвообразования

Согласно Л.С. Бергу, климат – это закономерная последовательность метеорологических процессов, выражающихся в многолетнем режиме погоды в данной местности. По словам А.И. Войкова, климат данного места есть совокупность всех не случайных для него типов погоды. В свою очередь, погода – это общность всех метеорологических явлений, происходящих в данном пункте в определенный момент времени.

Значение климата в почвообразовании исключительно велико. Вне климата, главным образом без притока солнечной энергии, не могло бы быть условий существования и жизнедеятельности организмов. А без организмов не было бы и почв. В свою очередь, от климата напрямую зависят такие процессы, как выветривание, выпадение осадков, химическая денудация, транспортировка и сортировка увлекаемого ветром и водой материала, дифференциация и аккумуляция механических и химических осадочных пород и т. д. Поэтому роль климата в почвообразовании довольно часто является определяющей.

По сравнению с другими факторами почвообразования, которые имеют земное происхождение, климат является фактором космического происхождения. Он зависит, прежде всего, от солнечной радиации и от ее распределения по поверхности Земли. Различия в климате от полюсов к экватору очень существенны, вследствие чего нашу планету опоясывают широтные климатические зоны. Наряду с общим климатом, необходимо учитывать местный или почвенный климат, который определяется влиянием локальных условий, ограниченных в рамках конкретного ландшафта.

Климат оказывает воздействие на ход и скорость почвообразования как непосредственно, так и опосредованно, изменяя другие факторы почвообразования. Прямое воздействие климата проявляется в тепловом и водном режиме почв, которые определяют многие биогеохимические превращения и миграцию химических элементов и веществ в самой почве. Но еще более

17

глубокое косвенное воздействие климата. Он определяет условия жизни, видовой состав биоценозов, их продуктивность, характер биологического круговорота и др.

Солнечный свет является главным источником энергии на Земле. Световой и тепловой поток солнечной энергии на поверхность почвы изменяется в зависимости от географического положения местности, характера рельефа и особенностей растительного покрова. Приток солнечной радиации, поступающей на Землю, постоянный и составляет на верхней границе атмосферы около 8,4 кДж/(см2·мин). Однако количество лучистой энергии, приходящей на единицу площади земной поверхности, зависит от угла падения лучей. Поэтому на одинаковые площади на экваторе, в средних и высоких широтах приходятся различные величины солнечной инсоляции.

Помимо этого, если в тропических широтах луч Солнца пронизывает атмосферу по вертикали, то в полярных – под малым углом. В силу этого путь луча в атмосфере приполярной зоны удлиняется в десятки (до 35) раз. В столько же раз увеличивается рассеивание и ослабление эмиссии Солнца. Параллельно усилению потока солнечной энергии от холодных полярных областей к жарким тропическим неизмеримо возрастает интенсивность выветривания, фотосинтеза, жизнедеятельности животных и бактерий. В этом же направлении возрастает интенсивность почвообразования. При этом растут как деструктивные процессы разрушения первичных минералов, разложения и минерализации органического вещества и выщелачивания, так и созидательные процессы синтеза, накопления новых вторичных минералов и органических соединений. Согласно известному правилу Ван′т Гоффа, скорость химических реакций возрастает в 2–3 раза с повышением температуры на каждые 10 °С. При смещении температуры от 0 до 50° диссоциация воды увеличивается в 8 раз. Поэтому в различных районах земного шара скорость геохимических реакций в почвах может различаться в десятки раз. Именно по этой причине темпы выветривания и почвообразования, мощность почв и коры выветривания одного возраста в тропиках несравненно больше, чем в умеренных и холодных областях.

При периодическом нагревании днем и остывании ночью в массивнокристаллических породах возникают многочисленные напряжения, которые приводят к образованию трещин. Капиллярное давление в тонких трещинах и их расклинивание при переходе воды в лед способствует дальнейшему механическому разрушению горных пород. От температуры зависит растворимость газов и солей в почвенных растворах, соотношение твердой и жидкой фаз почв, явления сорбции и десорбции, переход аморфных соединений в кристаллические и т. д. Установлено, что чем выше средняя годовая температура, тем быстрее и больше образуется вторичных глинистых минералов.

18

В свою очередь, с повышением температуры возрастает интенсивность микробиологических процессов, что способствует ускоренному разложению растительных органических остатков. Исходя из этого, становится понятным, почему в тропиках отсутствует опад и почва практически обнажена. При движении к полюсам с понижением температуры разложение опада замедляется. Поэтому в холодных бореальных лесах почва всегда укрыта толстым слоем оторфованной мортмассы. Следовательно, тепловой режим почв определяет и контролирует интенсивность механических, физических, химических и биологических процессов, протекающих в них.

Почвообразующий эффект тепла и света может проявляться лишь в том случае, если почвы обеспечены достаточным для жизни растений количеством влаги. Поэтому значение атмосферных осадков в почвообразовании столь же велико, как и значение тепла. Сумма осадков за год в разных частях земного шара варьирует сильно. Полное отсутствие осадков полностью исключает возможность почвообразования. И даже при возрастании осадков до 300–400 мм почвообразование угнетается. Дальнейшее повышение влажности климата до 550–650 мм (при условии равенства осадков и их испаряемости) дает безраздельное преимущество степной растительности. Именно под ее покровом создается чернозем. Обширные лесные пространства умеренного пояса обоих полушарий получают ежегодно до 700– 800 мм. Во влажных субтропиках выпадает до 1500–2500 мм. И наконец, во влажных лесах экваториальных областей среднегодовое количество осадков необычайно велико и достигает 7–10 тыс. мм в год.

Однако в распределении атмосферных осадков по суше имеются существенные отклонения от общепланетарной схемы зональности. Эти отклонения возникают по причине различия высоты, формы и размеров континентов, удаленности или близости горных хребтов от мирового океана, их превышения над равнинами материков, их влияния на движение воздушных масс, циркуляции морских течений и т.д. Горные цепи, протянутые вдоль берегов материков, служат «ловушками» атмосферных осадков, приносимых с океана. На склоны этих гор, обращенные к океану, выпадает большая их доля. И наоборот, крайне малым количеством осадков обеспечены глубинные, внутриконтинентальные районы, удаленные или отгороженные хребтами гор от мирового океана. Таким образом, если поступление тепла и света на суше имеет ярко выраженное поясное распределение, то об осадках этого сказать нельзя.

С количеством и режимом поступления атмосферных осадков напрямую связана влажность почвы, растворение и перераспределение (выщелачивание) подвижных соединений в самой почве, перенос на дальние расстояния почвенных суспензий и химических веществ с водами подземного и поверхностного стока. Благодаря атмосферных осадкам в почве идут процессы гидролиза первичных минералов и замещение их вторичными глини-

19

стыми минералами. Вместе с атмосферными осадками на поверхность почвы выпадает не только пыль, но и оксиды азота, аммиак, угольная кислота, а в промышленных районах – многочисленные выбросы производства. Влага осадков впитывается почвой, надолго удерживается ею и по мере надобности передается растениям для синтеза органического вещества. Следовательно, с осадками прямо и косвенно связано гумусообразование и возникновение верхнего биогенного гумусо-аккумулятивного горизонта почвы. Вымывание из верхней части почвы и вмывание в ее нижнюю часть, например, карбонатов создает в изначально однородной минеральной массе обособленные элювиально-иллювиальные генетические горизонты. Таким образом, за счет осадков в почве образуются основные генетические горизонты – гумусовый, горизонт выщелачивания и аккумуляции и многие другие, которые в комплексе составляют ее профиль.

4. Время как фактор почвообразования

Среди факторов почвообразования, установленных В.В. Докучаевым, особое значение имеет время. Время является необходимым условием всякого природного процесса, в том числе почвообразования. Определенное время требуется для образования полностью сформированной почвы, находящейся в подвижном равновесии с факторами почвообразования. Дальнейшее развитие почв в связи с эволюцией факторов почвообразования также совершается во времени.

Как и всякое естественно-историческое тело, почва имеет свой возраст или время своего существования. В почвоведении принято делить возраст почв на абсолютный и относительный. Время, прошедшее с начала зарождения до настоящего момента, называется абсолютным возрастом почвы. Кроме того, возраст почвы следует оценивать по степени ее относительного развития с учетом скорости и стадийности почвообразования. Даже соседние, граничащие друг с другом представители одной и той же почвы могут прожить далеко не одинаковые истории своей жизни. Иначе говоря, относительный возраст зависит не только от продолжительности существования почвы, но и от условий ее почвообразования. По этой причине почвы, находящиеся в одном географическом поясе и имеющие одинаковый абсолютный возраст, могут находиться на разных стадиях развития. Понятно, что та почва, которая ушла дальше в своем развитии, будет старше; а отставшая – более молодой. Поэтому если абсолютное время измеряется в годах, то относительное – в этапах и стадиях генезиса почвы. Часто случается, что две смежные почвы могут иметь один и тот же абсолютный возраст, но по относительному возрасту они далеко не равноценны. С другой стороны, абсолютный возраст представителей одной и той же почвы сильно не совпадает, тогда как относительный возраст этих почв одинаков. В первом случае не-

20