книги из ГПНТБ / Подобедов, Н. С. Общая физическая география и геоморфология учебник

животные были по своим особенностям близки к современным. По­ крытосемянные растения достигли большого разнообразия видов.

Животный и растительный мир палеогенового периода был близок

ксовременному.

Вантропогеновый период в связи с колебаниями климата и соответ­ ствующим изменением оледенений характер флоры и фауны рай­

онов, затрагиваемых ими, значительно менялся.

В течение этого периода животный мир принял современный облик. В этом периоде появился человек.

Г л а в а 5

Б И О С Ф Е Р А ( П О Ч В Е Н Н Ы Й И Р А С Т И Т Е Л Ь Н Ы Й П О К Р О В )

§ 63. Общие сведения о биосфере

Биосфера — это часть географической оболочки, занимаемая живыми организмами (растениями, животными и микроорганизмами).

что соответствует 0,01% массы литосферы. Однако биосфера имеет большое энергетическое значение. Энергия эта весьма своеобразна как в части ее источников, так и по механизму образования.

Наибольшее энергетическое значение имеют зеленые растения, которые благодаря процессу фотосинтеза образуют органическое вещество (углеводы, белки, жиры и др.) из неорганических. К числу последних относятся вода, углекислый газ и минеральные соли, со­ держащиеся в почве в виде почвенных растворов. Процесс фотосин­ теза происходит в результате поглощения наземными частями зеле­ ных растений солнечной энергии и сопровождается выделением в ат­ мосферу свободного кислорода.

Одновременно в биосфере при участии бактерий совершается процесс разрушения органических веществ и превращения их в ми­ неральные соединения. Вследствие этого в поверхностном слое зем­ ной коры появляются почвы, в образовании которых большая роль принадлежит также и животным. Таким образом, в биосфере соз­ дается круговорот веществ между почвой, растениями и животными, который протекает весьма интенсивно.

Очень велико значение круговорота углерода и азота. Так, углекислый газ поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а в атмосферу он возвращается при дыхании и гниении. Для жизни растений необходим также азот, который поступает в почву в ре­ зультате жизнедеятельности особых бактерий и который служит растениям для построения органического вещества.

150

Биосфера оказывает большое влияние на развитие других обо­ лочек Земли. Так, например, установлено, что углекислый газ и ки­ слород в атмосфере в основном биогенного происхождения.

Не менее существенное влияние оказывают живые организмы и на литосферу. Здесь процессы выветривания в значительной степени происходят при воздействии живых организмов, а при участии бак­ терий осуществляются окислительные и восстановительные реакции. Известно также, что живые организмы и, в первую очередь бактерии, принимают деятельное участие в перемещении и накоплении фосфора,

•серы, азота, кальция и других элементов. Наконец, при участии организмов образуются осадочные горные породы, как, например, известняки, фосфориты, угли, торф и др.

Главная масса живого вещества состоит из кислорода (70%), углерода (18%), водорода (10,5%), азота (0,3%).

§ 64. Почвы и их особенности

Почвой называется рыхлый поверхностный слой земной коры, почти сплошь покрывающий сушу (за исключением скалистых скло­ нов гор и отдельных участков пустынь), который возникает в ре­ зультате воздехгствия организмов на литосферу и обладает плодо­ родием. Плодородием почвы называют способность ее удовлетворять растения питательными веществами и водой. Почвы имеют сложную историю и продолжают возникать и развиваться в настоящее время под воздействием факторов внешней среды.

Не следует смешивать понятие «почва» с понятием «грунт», по­ скольку под грунтами понимают любые горные породы, а также и почвы, которые используются как объекты инженерно-строитель­ ной деятельности человека.

; Плодородие почвы — свойство не постоянное, а все время изме­ няющееся как под влиянием естественных процессов, так и в резуль­ тате агротехнических воздействий на почву, связанных с ее обработ­ кой, удобрением, мелиорацией и др.

Почвы развиваются на горных породах, которые называют ма­ теринскими или почвообразующими.

Всякая почвообразующая порода содержит минеральные частицы разной величины и формы. Содержание в почве минеральных частиц той или иной крупности называется ее механическим составом. Обычно выделяют следующие разновидности почв по механическому составу: глинистые, суглинистые, супесчаные, песчаные, скелетные.

Скелетные почвы состоят из глинистых и песчаных частиц, на­ ряду с которыми в них в изобилии содержатся мелкие обломки гор­ ных пород (хрящ от 3 до 10 мм и щебень крупнее 10 мм).

§ 65. Химические и физические свойства почвы

Минеральная часть почв состоит из песчаных, глинистых и мель­ чайших коллоидных частичек, размеры которых меньше 1 мкм.

151

Почва не является монолитным образованием. Она представляет собой среду с порами разных размеров, которые заполняются воз­ духом и водой.

Почвы способны поглощать газы, жидкости, солевые растворы и удерживать твердые частицы. Это свойство почв называется по­ глотительной способностью. Она определяется в первую очередь количеством и качеством коллоидов, находящихся в почве.

Поглощение почвой различных веществ представляет собой слож­ ное явление, обусловленное химическими, физическими и биологи­ ческими процессами.

Всякая почва обладает определенной реакцией, проявляющейся при взаимодействии ее с водой или с растворами солей. Реакция почвы может быть кислой, щелочной или нейтральной.

Кислотность почвенного раствора оказывает сильное влияние на рост культурных растений. Обычно тот или иной вид растений лучше произрастает при определенной реакции почвенного раствора.

К числу важнейших свойств почв относятся их физические свой­ ства. Они оказывают непосредственное влияние на жизнь и развитие растений. Рассмотрим некоторые основные физические свойства почв.

Порозностъ или скважность почв — это суммарный объем всех промежутков и пор внутри данного объема почвы.

Связность — это способность почвы сопротивляться внешним силам, направленным на механическое разъединение почвенной массы.

Пластичность — это способность почвы во влажном состоянии сохранять приданную данному объему форму. Она определяется

к воде, называется водным свойством почвы. Разные почвы неодина­ ково относятся к воде: одни хорошо впитывают и удерживают ее, другие быстро впитывают, но не могут длительное время ее удержи­ вать, наконец, третьи — вообще плохо впитывают и быстро теряют воду. Основными водными свойствами почвы являются: влагоемкостью и водопроницаемость.

Влагоемкостью называется способность почвы впитывать и удер­ живать в себе то или иное количество воды. Величина ее, в первую очередь зависит от механического, состава почвы и количества пере­ гнойного вещества, содержащегося в ней. Поэтому влагоемкость глинистых и суглинистых почв выше, чем супесчаных и песчаных. При одном и том же механическом составе почвы более богатые пере­ гнойным веществом соответственно обладают и большей влагоем­ костью.

Водопроницаемостью называется способность почвы пропускать воду из верхних горизонтов в нижние. Она зависит от механического состава почвы, количества перегнойного вещества и структуры (см.

152

ниже). Лучшей водопроницаемостью обладают песчаные почвы, худшей — глинистые.

Тепловые почвенные условия оказывают огромное влияние на развитие растений и жизнедеятельность почвенных микроорганиз­ мов, значение которых для почвообразовательного процесса чрезвы­ чайно велико. Основным источником тепла в почве является солнеч­ ная тепловая энергия и в незначительной степени внутреннее тепло Земли и теплота, выделяющаяся при окислительных процессах в поч­ ве и разложении органических веществ, находящихся в ней.

§66. Почвообразовательный процесс

ипонятие о почвенном профиле

Как было отмечено в § 60, во всех горных породах, слагающих земную поверхность с момента их образования, возникают и непре­ рывно развиваются процессы физического и химического выветри­ вания. В результате этих процессов породы разрушаются, переходят

враздробленное состояние и приобретают некоторые новые свойства.

Кчислу последних, например, можно отнести большую проницае­ мость пород для воды и воздуха и способность удерживать в себе влагу.

Однако любая горная порода продолжает оставаться породой до тех пор, пока на продуктах ее выветривания не поселятся расти­ тельность и микроорганизмы.

В развитии почв огромная роль принадлежит растительности. Растения пронизывают корнями почвообразующую породу, извле­ кают из ее нижних горизонтов питательные вещества. Растения после отмирания отлагаются в верхнем слое почвообразующей по­ роды, что создает благоприятные условия питания для последующих поколений растений. Поэтому в почве, в процессе разложения рас­ тительных остатков, образуется органическое вещество перегной, или гумус, который придает почве ряд важных свойств.

Разложение растительных, а также и животных остатков и обра­ зование перегноя в первую очередь связано с жизнедеятельностью микроорганизмов.

Развитие микроорганизмов в почве тесно связано с органическим веществом: чем богаче почва растительными остатками, тем больше содержится в ней микробов. Они распределены в почвенной толще неравномерно. Больше всего микроорганизмов в верхних слоях почвы до глубины 30—40 см. В пределах верхних слоев почвы мик­ робы в огромных количествах сосредоточены в прикорневой зоне растений. Они покрывают корни почти сплошным слоем и играют большую роль в развитии почвенного плодородия.

Жизнедеятельность почвенных микроорганизмов достигает наи­ большей интенсивности во влажной почве. Поэтому в жаркие лет­ ние месяцы, когда почва сильно пересыхает, жизнедеятельность микроорганизмов снижается и процесс разложения сводится к ми­ нимуму.

153

Процесс образования перегноя в почве наиболее интенсивнопротекает в условиях свободного доступа воздуха и при наличии необходимого количества тепла и влаги. В перегное содержатся и долгое время сохраняются основные элементы питания растений: углерод, азот, фосфор, сера, калий, кальций, магний и др. Перегной­ ное вещество придает почве темную окраску и этим способствует лучшему поглощению почвой тепловой солнечной энергии. Вместе с тем это вещество, не обладая большой теплопроводностью, предо­ храняет почву от быстрой отдачи тепла в атмосферу.

Всякая почва имеет ряд внешних или морфологических призна­ ков, которыми она заметно отличается от материнской породы. К числу этих признаков относятся: строение почвы, мощность почвы и от­ дельных ее горизонтов, цвет или окраска, сложение, почвенная структура, механический состав.

Для изучения почвы в полевых условиях выкапывается яма глу­ биной до 2 м, а иногда и более, одна стенка которой вертикаль­ ная, а другая — ступенчатая (для:

в вертикальном направлении различных по своим особенностям почвенных горизонтов, называется строением почвы.

Вверхнем почвенном горизонте всегда происходит образование

инакопление органических веществ. Поэтому верхний горизонт почвы называют перегнойно-аккумулятивным, или гумусовым. Кроме того, из этого горизонта отчасти вымываются растворимые в воде

в зависимости от окраски, структуры, плотности и других признаков почвенных горизонтов.

Следующий слой почвы, в котором вынос веществ преобладает над накоплением, носит название элювиального горизонта. Этот слой обозначен индексом ВГ

Ниже элювиального горизонта в почвенном разрезе находится иллювиальный горизонт (горизонт вмывания BXB2), в пределах кото­ рого скапливаются приносимые водными растворами соединения. В за­ висимости от содержания тех или иных соединений этот горизонт может быть иллювиально-гумусовым, карбонатным, гипсовым, а также может быть насыщенным окислами железа, алюминия, мар­

154

ганца и др. Снизу иллювиальный горизонт В2 сменяется материн­ ской породой, обозначаемой буквой Сх.

Сложение почвы и ее отдельных горизонтов зависит в первую очередь от свойства материнской породы. Наиболее часто в природе встречаются следующие типы сложений почвы: рассыпчатое, рыхлое, плотное, слитное.

Рассыпчатое сложение наиболее часто встречается у песчаных почв почти лишенных перегноя. Эти почвы при малейшем ме­ ханическом воздействии распадаются на составляющие их эле­ менты.

Рыхлое сложение характерно для суглинистых и глинистых почв с хорошо выраженной структурой. Это сложение присуще также

могут склеиваться в различного рода комочки или структурные агрегаты. Поэтому структурой почвы называют способность почвы распадаться на комочки или агрегаты при рыхлении. Для каждого почвенного типа характерна определенная структура не только по всему профилю, но и по отдельным почвенным горизонтам. Разли­

округлой, но шероховатой поверхностью. Размеры комков колеб­ лются в пределах от 1 до 50 мм в поперечнике;

— ореховатая — слагается из агрегатов более или менее правиль­ ной формы, с гранями, сравнительно ровными и острыми ребрами. Размеры агрегатов от 5 до 10 мм в поперечнике;

— зернистая — слагается из мелких комков более или менее пра­ вильной формы, с гранями то шероховатыми и матовыми, то глад­ кими и блестящими. Размеры агрегатов от 0,5 до 5 мм в попереч­ нике;

155

— столбчатая — слагается из вытянутых агрегатов неправиль­ ной формы со слабо выраженными неровными гранями и округлыми ребрами. Размеры их от 30 до 50 мм;

— призматическая — слагается из агрегатов вытянутой формы с плоскими поверхностями и острыми ребрами. Размеры агрегатов от 10 до 50 мм;

—пластинчатая — слагается из слоев с более или менее разви­ тыми горизонтальными плоскостями спайности. Размеры в попереч­ нике отдельных пластинчатых агрегатов колеблются в пределах 3— 5 мм;

—листоватая — слагается из тонких пластинок с более или менее горизонтальными плоскостями спайности. Размеры отдельных пластинок около 1 мм.

§67. Факторы почвообразования и понятие о типах почв

Известный русский почвовед В. В. Докучаев выделил следующие факторы почвообразования: климат, рельеф, материнские породы, животный и растительный мир, возраст страны. Рассмотрим кратко значение каждого фактора в процессе почвообразования.

Климат как фактор почвообразования. Климат оказывает боль­ шое влияние на развитие почвообразовательных процессов. Это объясняется прежде всего тем, что с климатом связано поступление в почву тепла и влаги, что в свою очередь определяет характер и развитие растительности и интенсивность жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Таким образом, с климатом связано в значительной степени обогащение почвы органическим веществом. Вместе с тем климатические условия оказывают прямое влияние на химические и физические процессы в почве, в одном случае усили­ вая их, в другом — замедляя. Так, обилие осадков способствует промыванию верхних горизонтов почвы и выносу в нижние легко­ растворимых солей. В то же время в условиях засушливого климата легкорастворимые соединения нередко накапливаются в верхних горизонтах почвы, что приводит к ее засолению и непригодности для посевов культурных растений.

Рельеф как фактор почвообразования. Рельеф как фактор почво­ образования косвенным образом оказывает влияние на формированиепочвенного покрова. Его роль сводится в основном к изменению воздействия на почву климатических условий. Так, например, замк­ нутые котловины и западины всегда сильнее увлажнены, чем склоны и возвышенные участки; южные склоны получают света и тепла больше, чем северные.

Материнские породы как фактор почвообразования. Все почвы образовались из горных пород, вследствие чего последние принимают непосредственное участие в процессах почвообразования. Физиче­ ские свойства материнских пород и их химический состав оказывают большое влияние на характер протекающих почвообразовательных процессов. Так, например, на лессовидных суглинках формируются

156

почвы с большим содержанием углекислого кальция и углекислого магния. Эти соли нейтрализуют кислую реакцию почвенного рас­ твора и тем самым создают благоприятную среду для жизнедеятель­ ности микроорганизмов и развития растений.

Биологический фактор почвообразования имеет огромное значение в процессе почвообразования. Растительность (преимущественно травянистая) является главным источником органических веществ

впочве и служит основой для образования почвенного гумуса. Животные, которые живут в почве, обогащают ее органическими

веществами и способствуют их перераспределению в почвенной толще. Так, различные землерои (полевки, суслики и др.) прокладывают в почвенных толщах большое количество нор и различных ходов, механически перемешивают почвенные горизонты, изменяют струк­ туру почвы, улучшают ее водопроницаемость и способствуют луч­ шему проникновению в почвенные толщи воздуха.

Возраст страны как фактор почвообразования. Для создания того или иного типа почв нужно определенное время. Поэтому в развитии и формировании тех или иных почв возраст имеет очень большое значение.

Внастоящее время почвы классифицируются по их происхожде­ нию или генезису, применительно к конкретным природным усло­ виям. Классификация, построенная на этом принципе, называется

генетической.

Основной классификационной единицей в почвоведении является тип почвы. Тип почвы объединяет разнообразные почвы, связанные между собой единством происхождения в течение длительного пе­ риода. К главнейшим типам почв относятся: тундровые, подзолистые, дерновые, болотные, черноземы, каштановые, сероземы, солончаки, такыры, красноземы и желтоземы.

§68. Основные типы почв и условия их образования

Взависимости от взаимодействия тех или иных природных фак­ торов, почвообразовательный процесс приобретает определенную направленность, что приводит к формированию разных почв и смене одного типа почв другим.

Тундровые почвы. В тундре развитие почвообразующего процесса отличается большим своеобразием главным образом в связи с низ­ кими температурами и высокой влажностью. Кроме того, на процесс почвообразования большое влияние оказывает вечная мерзлота, которая препятствует проникновению влаги вглубь. Вместе с тем; по этой причине вся толща тундровой почвы сильно увлажнена, что затрудняет доступ кислорода в ее более глубокие горизонты.

Для тундры характерны низкие годовые температуры, короткое прохладное лето и длинная суровая зима. Поэтому здесь период развития растений (вегетационный период) короткий, что препятст­ вует интенсивному развитию биологических процессов. В тундровых

157

почвах перегноя чаще всего содержится немного, а перегнойный горизонт 2—3 см.

Окраска почв типичной тундры тускло-сероватая с ржавыми

исероватыми пятнами. Для этих почв характерно высокое содержа­ ние во всем профиле закисных форм железа.

Подзолистые почвы формируются преимущественно под пологом леса, где преобладают нисходящие токи почвенного раствора, так как между корнями деревьев и почвой образуются зазоры, по кото­ рым хорошо проходит вниз дождевая вода и почвенные растворы.

Влесных районах, как известно, выпадает сравнительно большое количество осадков, почвы большую часть года находятся во влаж­ ном состоянии и систематически промываются дождевыми и талыми водами. Это создает благоприятные условия для интенсивного раз­ ложения органического вещества (лесная подстилка из листьев, хвои, веток), а также для вымывания из почв различных соединений.

По мере выноса из верхних горизонтов почвы указанных соеди­ нений в почве все более возрастает содержание нерастворимого кварца в виде очень мелкого порошка, что придает элювиальному горизонту почвы светло-серую окраску, очень напоминающую по цвету золу (отсюда и название почвы «подзолистая»).

Вымываемые сверху соединения и перегнойные вещества на не­ которой глубине образуют иллювиальный горизонт, где чаще всего накапливаются окислы железа и алюминия, а нередко также калия

имагния. Этот горизонт бывает очень плотным и имеет бурую или красно-бурую окраску.

Для болотной почвы характерно избыточное увлажнение поверх­ ности, что обычно связано со значительным количеством осадков, равнинным рельефом и слабой водопроницаемостью почвообразу­ ющих пород. Избыточное увлажнение определяет весь ход почвооб­ разовательного процесса.

Прежде всего избыток воды в почве затрудняет доступ в нее кисло­ рода воздуха, что сказывается на темпах и характере разложения органических веществ. Органические остатки здесь распадаются медленно и не до конца. Поэтому происходит накопление полуразложившейся массы в виде торфа, который представляет собой суще­ ственную часть любой болотной почвы.

Наряду с накоплением торфа в болотных почвах протекают вос­ становительные процессы, в результате чего в нижних горизонтах накапливаются различные закисные соединения, которые придают нижним горизонтам серовато-голубоватую окраску (глеевый гори­ зонт).

Черноземы имеют большой слой перегноя и типичны для степных районов. Они развиваются в условиях степной растительности при активном участии микроорганизмов, насекомых, червей и степных животных-землероек. Богатая травянистая растительность ежегодно оставляет в почве большое количество органической массы, которая при достаточном количестве осадков и благоприятных температур­ ных условиях степной зоны превращается в перегной.

158

Высокое содержание перегноя придает почве черную окраску. Перегнойный горизонт в черноземах отличается большой мощностью

(до 1 — 1,5 м).

и тепловые свойства этой почвы. Реакция почвенного раствора черно­ земов преимущественно нейтральная, способствующая наилучшему развитию культурных растений.

Каштановые почвы характерны для сухих степей и полупу­ стынь. Гумусовый горизонт у этих почв маломощный, отличается темно-каштановым цветом и имеет мелкокомковатую структуру. Элювиальный горизонт темно-коричневого и частично светло-каш­ танового цвета с призматической структурой.

Иллювиальный горизонт здесь наиболее плотный горизонт поч­ венного профиля.

Сероземы — это типичные почвы зоны сухих степей и предгор­ ных пустынь Средней Азии. Для сероземов характерны слабо вы­ раженные почвенные горизонты, а гумусовый горизонт вообще едва различим. Почва эта пористая, рыхлая с большим количеством хо­ дов различных насекомых, червей, ящериц.

Развитие почвообразовательного процесса в сероземах в значи­ тельной степени определяется весьма активной жизнедеятельностью микроорганизмов, которая особенно бурно проявляется здесь весной, когда влаги в почве появляется достаточное количество. По этой причине в течение весенних кратковременных периодов достаточного увлажнения растительные остатки, поступающие в почву в неболь­ шом количестве (растительность здесь развита слабо), быстро мине­ рализируются и поэтому гумуса образуется мало.

Солончаки — это почвы, содержащие в себе избыточное количество различных солей. Почвы этого типа характерны для зоны пустынных степей.

Максимальное количество солей в солончаках приходится на верхние горизонты этой почвы, культурные растения на них расти не могут. Солончаки развиваются преимущественно в понижениях рельефа.

Причины образования солончаков могут быть различными. Пре­ жде всего высокое содержание легкорастворимых солей в почве может быть обусловлено почвообразующей породой, богатой солями. Они могут также возникать на месте высохших соленых озер или в результате капиллярного поднятия засоленных грунтовых вод и их сильного испарения у поверхности.

По внешним особенностям солончаки подразделяют на пухлые, мокрые, черные, шоры и др.

Пухлые солончаки обычно приурочены к сухим и относительно повышенным участкам поверхности. Поверхностный горизонт у них (мощность 5—7 см) представляет сухую, рыхлую, пылеватую, белую массу, в которой нога тонет при ходьбе. Образование пухлых солон­ чаков связано с присутствием большого количества сернокислого

159»