Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические процессы в техносфере. Учебное пособие
.pdf
91
В результате физического выветривания горная порода уже способна
пропускать воздух и воду и задерживать некоторое ее количество. Физическое
выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает
общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления
химического выветривания.
Химическое – процесс химического изменения и разрушения горных пород и
минералов с образованием новых минералов, и соединений. Важнейшим фактором
этого процесса является вода, углекислый газ и кислород. Вода – энергетический
растворитель горных пород и минералов. Разложение минералов усиливается с
повышение температуры и насыщением углекислым газом.
В результате химического выветривания изменяется физическое состояние
минералов и разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми
(вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную
способность и другие свойства.
Биологическое – механическое разрушение и химическое изменение горных
пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. В
разрушении горных пород в поверхностных слоях земли активно участвуют живые
организмы. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы
необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их
в поверхностных горизонтах породы, создавая условия для формирования почв.
К главным почвообразующим породам относятся рыхлые осадочные породы и
на них почти повсеместно развиваются почвы.
4.4 Климат как фактор почвообразования
Под атмосферным климатом понимают среднее состояние атмосферы той или
иной территории, характеризуемое средними показателями метеорологических
92
элементов и их крайними показателями, дающими представление об амплитудах
колебаний в течение суток, сезонов и целого года.
Для познания природы почвенных процессов важнейшее значение имеют
климатические показатели, характеризующие температурные условия и увлажнение,
поскольку с ними тесно связан водно-температурный режим почв и биологические
процессы. К таким показателям в первую очередь должны быть отнесены
агроклиматические показатели вегетационного периода, когда в почве протекают
наиболее активные процессы. Поскольку почвенные процессы не прекращаются
полностью после вегетации, определенное значение имеют и среднегодовые
климатические показатели, и показатели межвегетационного периода.
Главный источник энергии для биологических и почвенных процессов солнечная радиация, а основной источник увлажнения – атмосферные осадки.
Солнечная радиация поглощается земной поверхностью, а затем постепенно
излучается и нагревает атмосферу. Вода, попадая в почву, поглощается растениями и
возвращается в атмосферу через транспирацию или в результате физического
испарения. Таким образом устанавливается постоянный тепло- и влагообмен между
почвой и атмосферой. В процессе этого обмена формируется гидротермический
режим почвы, который является важнейшим ее свойством.
По условиям увлажнения осадками при почвенных исследованиях различают 6
главных групп климатов. Критерием для такого разделения служит отношение
количества осадков к испаряемости, получившее название коэффициент увлажнения
(КУ).
Большую роль в формировании почв играют распределение осадков по сезонам
года, интенсивность выпадения осадков, определяющее их промачивающую и
размывающую силу, относительная влажность воздуха и сила ветра также по сезонам.
Все эти явления влияют на многие особенности биологических и почвенных
процессов и обусловливают развитие водной и ветровой эрозии почв. Климат
оказывает прямое и косвенное влияние на почвообразование. Прямое проявляется в
непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы осадками и ее
93
промачивание, нагревание, охлаждение), косвенное через воздействие климата на
растительный и животный мир.
4.5 Организмы и их роль в почвообразовании
В почвообразовании участвуют три группы организмов – микроорганизмы,
животные и зеленые растения, образующие на суше сложные биоценозы. При
совместном воздействии организмов в процессе их жизнедеятельности, а также за
счет продуктов жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья
почвообразования – синтез и разрушение органического вещества, избирательная
концентрация биологически важных элементов, разрушение и новообразование
минералов, миграция и аккумуляция веществ и другие явления, составляющие
сущность почвообразовательного процесса и определяющие формирование главного
свойства почвы – плодородия.
Вместе с тем функции каждой из этих групп живых организмов различны.
Микроорганизмы. Микроорганизмы разнообразны по составу и биологической
деятельности. Распространены бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли,
простейшие. Численность микроорганизмов измеряется миллиардами в 1 г почвы. В
целом для планеты масса почвенных микроорганизмов составляет 0,01 % - 0,1 % от
всей биомассы суши.
Бактерии – это одноклеточные организмы размером в несколько микрометров.
По характеру поглощения углерода выделяют автотрофные бактерии, усваивающие
углерод из воздуха, и гетеротрофные, получающие углерод из готовых
органических соединений.
Автотрофные бактерии поглощают углерод из углекислоты; этот процесс
эндотермический, требующий затраты дополнительной внешней энергии. В качестве
94
таковой бактерии используют энергию окисления некоторых минеральных
соединений. Этот процесс получил название хемосинтеза.
Определенные группы бактерий обладают способностью поглощать
молекулярный азот из воздуха. Этот процесс получил название фиксации азота.
Нехватка азота в почве сдерживает развитие растительности, ограничивает
возможности сельскохозяйственного использования почвы. Значение
азотофиксирующих бактерий чрезвычайно велико, так как, только благодаря их
деятельности, для всей остальной массы живых организмов становится доступным
атмосферный азот.
Гетеротрофные бактерии поглощают необходимый углерод из готовых
органических соединений, разлагая сложные соединения на простые. Благодаря их
деятельности осуществляется грандиозный процесс разрушения колоссального
количества мертвого органического вещества, ежегодно поступающего в почву, и
освобождение химических элементов, прочно связанных в составе органических
остатков.
Актиномицеты – лучистые грибы. Их используют в качестве источника
углерода разнообразные органические соединения. Они могут разлагать клетчатку,
лигнин, перегнойные вещества почвы. Участвуют в образовании гумуса.
Актиномицеты лучше развиваются в почвах с нейтральной и слабощелочной
реакцией.
Грибы. Среди почвенных микроорганизмов исключительно важное значение
принадлежит грибам. Грибы разрушают клетчатку и лигнин, участвуют в разложении
белков. При этом образуются органические кислоты, увеличивающие почвенную
кислотность и влияющие на преобразование минералов. Так же как актиномицеты,
грибы преимущественно являются аэробами.
Водоросли распространены во всех почвах, главным образом в поверхностном
слое. Содержат в своих клетках хлорофилл. В болотных почвах и на рисовых полях
водоросли улучшают аэрацию, усваивая растворенный СО2 и выделяя в воду
кислород. Водоросли активно участвуют в процессах выветривания пород и в
первичном процессе почвообразования.
95
Лишайники не относятся к микроорганизмам, но поскольку они представляют
собой сложное симбиотическое образование гриба и водоросли, целесообразно
рассмотреть их участие в почвообразовании. Лишайники поселяются как на
органическом веществе, так и на горных породах. Особый интерес представляет их
деятельность на горных породах. Воду и углерод лишайники получают из атмосферы,
а другие химические элементы – за счет разрушения минералов.
Беспозвоночные животные. Почву населяют разнообразные беспозвоночные:
дождевые черви, энхитреиды, членистоногие (клещи, ногохвостки) и другие. Они
играют исключительно важную роль в процессах превращения растительных
остатков, используя последние в качестве пищи и существенно ускоряя
биологический круговорот.
Среди беспозвоночных животных особенно большая роль в процессах
почвообразования и создания плодородия почвы принадлежит дождевым червям. Их
деятельность разнообразна. Проделывая многочисленные ходы и норки, они
улучшают физические свойства почвы: повышают ее пористость, аэрацию,
влагоемкость и водопроницаемость. В почвах, обогащенных продуктами
жизнедеятельности дождевых червей – значительно возрастает количество гумуса,
увеличивается сумма обменных оснований, снижается кислотность.
Насекомые. В почве живет значительное количество насекомых (жуки, муравьи
и др.), которые оказывают существенное влияние на почвообразовательный процесс.
Проделывая в почве многочисленные ходы, они разрыхляют почву и улучшают ее
физические и водные свойства. Насекомые, активно участвуя в переработке
растительных остатков, обогащают почву гумусом и минеральными веществами.
Позвоночные животные. Среди позвоночных, активно участвующих в
процессах почвообразования, значительная роль принадлежит грызунам.
Все грызуны роют в почвенной толще норы, перемешивая и выбрасывая на
поверхность огромное количество земли. Некоторые из них образуют в почве ходы,
засыпанные массой почвы или породой.
В степных районах землерои настолько сильно перемешивают верхние
горизонты с нижними, а также выбрасывают наверх почву нижних горизонтов, что на
96
поверхности образуется своеобразный микрорельеф, особенно характерный для
степи. Иногда степень перерытости так велика, что почву характеризуют как
перерытый «кротовинный» чернозем, перерытую каштановую почву или перерытый
чернозем.
Роль растительности в почвообразовании. На суше ежегодно образуется
биомасса, синтезируемая зелеными растениями за счет СО2 атмосферы, солнечной
энергии, воды и минеральных соединений, поступающих из почвы. Часть этой
биомассы в виде корневых остатков и наземного опада ежегодно возвращается в
почву. Зеленые растения, таким образом, - единственный первоисточник
органических веществ в почве, и основной функцией их как почвообразователей
следует считать – биологический круговорот веществ – поступление из почвы
элементов питания и воды, синтез органической массы и возврат ее в почву после
завершения жизненного цикла.
Следствие биологического круговорота – аккумуляция потенциальной энергии
и элементов азотного и зольного питания растений в верхней части почвы,
обусловливающая постепенное развитие почвенного профиля и основного свойства
почвы – ее плодородия. Зеленые растения участвуют в трансформации минералов
почвы – разрушение одних и синтез новых, в формировании сложения и структуры
всей корнеобитаемой части профиля, а также в регулировании водно-воздушного и
теплового режимов почв. Характер участия зеленых растений в почвообразовании
различен в зависимости от типа растительности и интенсивности биологического
круговорота.
4.6 Рельеф и время как факторы почвообразования
Характеристика рельефа основывается на изучении его генезиса. Различают три
группы форм рельефа: макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф.
97
Под макрорельефом понимают самые крупные формы рельефа, определяющие
общий облик территории: равнины, плато, горные системы. Возникновение
макрорельефа связано главным образом с тектоническими явлениями в земной коре.
Мезорельеф – формы рельефа средних размеров: увалы, холмы, лощины,
долины, террасы и их элементы – плоские участки, склоны разной крутизны.
Возникновение мезорельефа связано в основном с экзогенными геологическими
процессами, на которые оказывает большое влияние медленные поднятия и
опускания некоторых участков суши.
Под микрорельефом понимают мелкие формы рельефа, занимающие
значительные площади, с колебаниями относительных высот в пределах одного
метра. Сюда относятся бугорки, понижения, западины, возникающие на ровных
поверхностях рельефа из-за просадочных явлений, мерзлотных деформаций или по
другим причинам. На склонах микрорельеф иногда определяется сползанием
почвенно-грунтовых масс или почвенно-эрозионными процессами.
Широко развиты склоновые формы рельефа, которые принято характеризовать
по крутизне, формам и экспозиции. Значение рельефа в формировании почв и
развитии почвенного покрова велико и разнообразно. Рельеф выступает как главный
фактор перераспределения солнечной радиации и осадков в зависимости от
экспозиции и крутизны склонов и оказывает влияние на водный, тепловой,
питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы.
Элементы мезо- и микрорельефа и особенно склоны разной крутизны прежде
всего перераспределяют влагу осадков на земной поверхности и регулируют
соотношение вод, стекающих по поверхности, просачивающихся в почву,
накапливающихся в понижениях. Поверхности разного наклона и экспозиции
получают неодинаковое количество солнечной радиации, что отражается на условиях
температурного и водного режима. Различия в увлажнении вызывают изменения
питательного, окислительно-восстановительного и солевого режимов.
Все это приводит к поселению и развитию различной растительности, к
существенным отличиям в синтезе и разложении органического вещества,
98
превращении почвенных минералов и в конечном счете к образованию разных почв
в различных условиях рельефа.
В настоящее время выделяют по положению в рельефе и по определяемому им
перераспределению осадков следующие группы почв, которые называются рядами
увлажнения.
Автоморфные почвы – формируются на ровных поверхностях и склонах в
условиях свободного стока поверхностных вод, при глубоком залегании грунтовых
вод (глубже 6 м).
Полугидроморфные почвы – формируются при кратковременном застое
поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м.
Гидроморфные почвы – формируются в условиях длительного поверхностного
застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м.
Рельеф оказывает большое влияние на развитие эрозионных процессов. В
условиях склоновых форм рельефа возможно проявлении водной эрозии, т. е. смыва
и размыва почвы. В равнинных районах благоприятствуют ветровой эрозии.
Процесс почвообразования протекает во времени. Каждый новый цикл
почвообразования (сезонный, годичный, многолетний) вносит определенные
изменения в превращения органических и минеральных веществ в почвенном
профиле. Поэтому фактор времени имеет огромное значение в формировании и
развитии почв.
Различают понятия абсолютный возраст и относительный возраст.
Абсолютный возраст – время, прошедшее с начала формирования почвы до
настоящего времени. Он колеблется от нескольких лет до миллионов лет.
Наибольший возраст имеют почвы тропических территорий, не претерпевших
различного рода нарушений (водная эрозия, дефляция). Относительный возраст –
скорость почвообразовательного процесса, быстрота смены одной стадии развития
почвы другой. Он связан с влиянием состава и свойств пород, условий рельефа на
скорость и направление почвообразовательного процесса.
99
4.7 Антропогенное воздействие на почвенный покров
Производственная деятельность человека – специфический мощный фактор
воздействия на почву (обработка, удобрение, мелиорация) и на весь комплекс
окружающих условий развития почвообразовательного процесса (растительность,
элементы климата, гидрологию). Это фактор сознательного, направленного
воздействия на почву, вызывающий изменение ее свойств и режимов значительно
быстрыми темпами, чем это происходит под воздействием природного
почвообразования.
Производственная деятельность человека в современную эпоху становится
решающим фактором почвообразования и повышения плодородия почвы на
значительных пространствах земного шара. При этом характер и значимость почвы
зависят от социально-экономических производственных отношений, уровня развития
науки и техники.
Систематическое применение мероприятий по повышению плодородия почв с
учетом их генетических свойств и требований возделываемых культур приводит к
окультуриванию почвы, т. е. формированию почв с более высоким уровнем
эффективного и потенциального плодородия.
Неправильное использование почв без учета их свойств, условий развития, с
нарушением научно обоснованных рекомендаций применения того или иного приема
приводит не только к отсутствию необходимого эффекта в повышении плодородия
почв, но и может вызвать существенное их ухудшение (эрозия, вторичное их
засоление, заболачивание, загрязнение почвенной среды и т. д.).
Таким образом, факторы почвообразования оказывают специфическое
воздействие на образование почв и не могут быть заменены друг другом. В этом
смысле они равнозначны. Каждый из них играет свою роль в процессах обмена
материей и энергией между почвой и окружающей ее природной средой.
100
Вместе с тем всю сложную совокупность процессов, характеризующих
почвообразовательный процесс как следствие взаимодействия факторов
почвообразования, можно объединить в 3 группы:
- протекающие в результате деятельности живых организмов;
- развивающиеся за счет продукции жизнедеятельности живых организмов и
явления абиотического характера;
- не связанные непосредственно с первыми двумя.
При этом первые две группы охватывают самые существенные стороны
процесса почвообразования и именно их следствием являются возникновение и
развитие специфического свойства почвы – плодородия. Поэтому в природном
почвообразовании биологический фактор следует считать ведущим.
Факторы почвообразования в природе в то же время тесно связаны, и
приведенное выше их разделение в известной степени абстрагировано для понимания
элементарных явлений почвообразования. На самом деле они сочетаются в природе
в экологические комплексы, обусловленные сопряженным развитием их
компонентов. Докучаев подчеркивал, что почва образуется в результате
взаимодействия факторов почвообразования. При взаимодействии факторов они
влияют друг на друга и, как результат этого влияния и взаимодействия, развиваются
микро-, мезо- и макропроцессы почвообразования. Под их воздействием
формируется почва с набором генетических горизонтов и конкретными свойствами.
4.8 Трансформация химических веществ в почве
Загрязняющими биосферу веществами могут быть соединения практически
всех элементов периодической системы Д. И. Менделеева.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]