ПОЧВА лесники ответы / Voprosy_32-34

4

Вопросы 32-34

ЛЕКЦИЯ 12.Общая схема почвообразовательного процесса

1. Первичное почвообразование.

2. Этапы формирования современных почв из горных пород.

3. Общая схема почвообразовательного процесса.

4. Стадийность почвообразования.

5. Генезис и эволюция почв.

6. Процессы почвообразования и их влияние на плодородие почв.

Почвообразовательный процесс или почвообразование – это сложный природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования в природных или антропогенных экосистемах Земли.

Почвообразование начинается с момента поселения живых организмов на скальных породах или на продуктах их выветривания и переотложения – водно-аккумулятивных (флювиальных), гляциальных, эоловых, гравитационных наносов.

В абиотический период развития земной поверхности в далёком геологическом прошлом Земли, выветривание протекало без почвообразования, и на земной поверхности существовали коры выветривания, но не было почв.

Разделение процессов выветривания и почвообразования и, соответственно коры выветривания и почвы как разных природных тел, очень существенно. Хотя факторы (агенты и условия) выветривания и почвообразования одни и те же в условиях земной поверхности, однако продукты этих процессов разные.

Кора выветривания горных пород – это продукт их разрушения, трансформации минеральных компонентов, потоковой, массоразмерной сортировки и переотложения – гравитационной седиментации.

Почва – это результат новообразования специфического биокосного природного тела, отличающегося от коры выветривания наличием гумуса, характеристической морфологией, иерархической структурой, глобальными функциями. Почва может возникнуть везде, где горная порода приходит в соприкосновение с органической жизнью.

Почвообразование – это один из частных процессов трансформации земного вещества в зоне гипергенеза в специфических условиях педосферы.

На первых стадиях процесса на скальных горных породах, магматических или осадочных, первичный почвообразовательный процесс по существу совпадает с выветриванием, и формирующаяся на плотной скальной породе почва физически совмещена с корой выветривания.

В дальнейшем на более зрелых стадиях развития земной поверхности выветривание и почвообразование разделяются в пространстве и времени, а почва формируется лишь в самой верхней зоне коры выветривания горных пород, часто после её образования или переотложения.

В процессе выветривания, транспортировки и переотложения горные породы приобретают ряд новых свойств, не характерных для исходных плотных пород, и имеющих существенное значение для почвообразования:

-из плотных массивных образований становятся рыхлыми, раздельно пластичными;

- приобретают порозность, а вместе с нею воздухоёмкость и водопроницаемость;

- наряду с первичными породообразующими минералами горные породы коры выветривания содержат вторичные минералы, в том числе глинистые минералы предколлоидного и коллоидного размера, являющиеся продуктом трансформации и неосинтеза и обладающие обменной поглотительной способностью;

- перераспределяются на земной поверхности по своему гранулометри-ческому, минералогическому и химическому составу;

- содержат химические элементы, как биофильные, так и токсичные, в форме доступных живым организмам соединений;

- имеют литологическую слоистость, формирующуюся в процессах выветривания, перемещения и переотложения материала.

Таким образом, уже в процессе выветривания горные породы приобретают ряд свойств существенных для формирующейся из них почвы. В процессе почвообразования накладывающегося на выветривание или следующего за ним, эти свойства получают дальнейшее развитие, трансформируясь в почвенные свойства.

Рухляк выветривания, оставшийся на месте своего образования (элювий) либо переотложенный водными и ветровыми потоками или силой гравитации, служит благоприятным субстратом для поселения низшей и высшей растительности и связанной с ней фауной, а, следовательно, и для интенсивного развития почвообразования.

Почвообразование по существу сводится к формированию в пределах выветренной либо выветривающейся толщи исходной породы специфического строения (иерархической почвенной структуры), приобретению новообразованной почвой особых свойств и функций и постоянному динамическому воспроизводству (поддержанию) этих структур, свойств и функций в общей динамике геосферных процессов на земной поверхности.

Этапа формирования современных почв из горных пород.

Начальный этап изменений горных пород, или первичный почвообразовательный процесс.

Первичный почвообразовательный процесс – это совокупность явлений, происходящих в верхней плотной массивной горной породы, изменившейся под влиянием физического и химического выветривания, или в поверхностном слое рыхлой осадочной обломочной горной породы под влиянием простейших микроорганизмов.

Простейшие организмы – первые поселенцы – бактерии и синезелёные водоросли → диатомовые водоросли → грибная микрофлора. Поверхность горной породы приобретала буроватый оттенок под влиянием органических соединений, выделяемых при жизни микроорганизмов и после отмирания и перегнивания. Часть органических соединений вступало в реакцию с минеральными веществами, образуя органо-минеральные комплексы.

Постепенно улучшались условия минерального питания живых организмов за счёт повышения доступности минеральных элементов, благодаря продолжающимся процессам выветривания и развивающейся поглотительной способности почв. В связи с изменением физического состояния горной породы улучшалось обеспечение организмов водой и создавались условия для поселения более требовательных к условиям жизни организмов – лишайников и мхов, и далее высших растений.

В настоящее время первичный почвообразовательный процесс можно наблюдать в горных областях на голых скалах или на донных морских отложениях, вышедших на поверхность в результате регрессии моря.

Второй этап изменений характеризуется дальнейшим выветриванием горных пород с образованием рыхлых осадочных пород и накоплением в них «почвенных признаков» в результате неоднократного переотложения преобразованных пород ветром, морем, реками, ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами с образованием новых рыхлых пород. На втором этапе в горной породе начинает накапливаться органическое вещество, как результат древних почвообразовательных процессов, развивалась поглотительная способность почв. Благодаря рыхлости пород, в них постоянно содержались воздух и вода, что создавало условия для активного химического выветривания минералов; формировались водные растворы различного ионного состава, которые передвигались в толще рыхлых пород, вступая в химические реакции; изменился температурный режим.

Рыхлые породы с дочетвертичными почвами в последний четвертичный геологический период подвергались очередному переотложению ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами, ветром, морем и т.д. При этом образовались новые почвообразующие породы – морена, делювий, покровные суглинки, флювиогляциальные отложения, лёссы и т.д. пород.

Завершающий этап – образование современных почв и их качественного признака – плодородия. На третьем завершающем этапе преобразование горных пород происходит под влиянием нового почвообразовательного процесса, результатом которого явилось формирование современных почв.

Общая схема почвообразовательного процесса:

- превращение (трансформация) минералов породы, из которой образуется почва, а в дальнейшем и самой почвы;

- накопление в почве органических остатков и их постепенная трансформация;

- взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений:

- накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов и, прежде всего, элементов питания;

- передвижение (миграция) продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы и по её поверхности.

В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяется комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности.

Стадия начального почвообразования (на скальных породах носит название первичного почвообразования) совпадает с началом функционирования биогеоценозов в условиях одновременного и взаимосвязанного действия пяти факторов почвообразования, характерной чертой которой является наличие специфических для почв процессов трансформации и переноса вещества, идущих в рамке биологического круговорота, при отсутствии выраженных характерных признаков твёрдой фазы субстрата, позволяющих отнести его к почве. Эта стадия обычно весьма длительна, поскольку свойства почвенного тела ещё не сформировались, мала мощность охватываемого почвообразованием субстрата, медленно происходит аккумуляция элементов почвенного плодородия, профиль лишь в слабой степени дифференцируется на генетические горизонты.

Стадия развития почвы, на которой субстрат материнской породы последовательно приобретает характерные почвенные признаки. Она протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая всё большую толщу почвообразующей породы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для неё профилем и комплексом свойств, возрастает биопродуктивность наземных экосистем и объём биологического круговорота. На данной стадии почвообразования формируется определённый фонд лабильных веществ (резервный фонд) и обменный фонд (количество элементов, необходимое для биоты). К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, вернее, приходит к некоторому равновесному состоянию, определяемому комплексом факторов почвообразования и внутренних свойств почвы. Отсутствие равновесия с факторами почвообразования на данной стадии – причина развития почвообразовательного процесса.

Стадия равновесия, или стадия сформированной (зрелой) почвы – климаксное состояние, длящееся неопределённо долго, в котором поддерживается более или менее динамическое равновесие почвы со средой, т.е. с существующим комплексом факторов почвообразования. В результате саморазвития экосистемы, в которую входит почва в качестве компонента, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования (климата, растительности, характера грунтового увлажнения, под влиянием распашки территории, орошения или осушения) климаксная стадия сменяется эволюцией почв, на которой преобладают циклические обратимые процессы. На данной стадии свойства почвы и уровни биопродуктивности соответствующих биогеоценозов относительно стабильны вследствие близости почвы к равновесию с факторами среды. В естественном биогеоценозе характерен биологический круговорот, каждый цикл которого приблизительно повторяет предыдущий, при этом в круговорот вовлекаются соединения и элементы, прошедшие ранее через циклы биологического круговорота.

Стадия эволюции может быть сопоставима со стадиями развития и ведёт к какому-то новому климаксному состоянию, при этом образуется новая почва с новым профилем и новым комплексом свойств.

Например: формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории; каштановых и чернозёмов из луговых при остепнении (степи); переход солончаков в солонцы при рассолении; оподзоливание бурозёмов; заболачивание автоморфных почв и так далее. В данном случае почва образуется не непосредственно из почвообразующей породы, а из предшествовавшего какого-то вида почвы.

Таких циклов почвообразования может быть несколько на одном и том же субстрате. В профиле таких полигенетических (полициклических) почв обычны унаследованные реликтовые черты и признаки не связанные с современным этапом почвообразования.

Эволюция почвы может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы или по пути её уменьшения; по пути засоления или рассоления; по пути деградации почвенного плодородия или его нарастания. Всё это определяется конкретными природными ситуациями.

Очередной этап эволюции – это новая почва или её новое устойчивое состояние, которые в свою очередь сменяются новыми эволюционными циклами.

Развитие и эволюция почв и почвенного покрова в целом на земной поверхности протекает не случайно, а в соответствии с общей историей ландшафта, определяемой глобальными геологическими процессами, в частности глобальными климатическими, тектоническими и морфоструктурными процессами (тектонические поднятия и опускания земной коры, глобальные изменения климата, континентальные оледенения - мощные факторы эволюции почв).

Сделать рисунок

время почвообразования

1 – начальное почвообразование

2 – развитие почвы

3 – климаксное состояние 1

4 – эволюция почвы по пути А или Б

5 – климаксное состояние 11 (А или Б)

6 – новая эволюция почвы по пути В,Г,Д,Е

7 – климаксное состояние 111 ( ??Д или Е).

Оценивая общность и различия в истории почвенного покрова континентов, В. В. Ковда пришёл к заключению о том, что имеется единый путь эволюции почв и почвенного покрова великих водно-аккумулятивных равнин мира, связанный в направлении постепенного абсолютного или относительного поднятия (формирование морских и речных террас), усилению дренированности и обсыхания, ведущего в зависимости от климатических условий к выщелачиванию, остепнению или опустыниванию почв. Отсюда родилась идея и единой эволюционной цепи почв водно-аккумулятивных равнин, проходящих в своём историческом развитии последовательные стадии гидроаккумулятивного, гидроморфного, мезогидроморфноо, палеогидроморфного, протерогидроморфного и неоавтоморфного почвообразования. На высоких первичных эрозинных равнинах и плато на начальных стадиях формируются примитивно-автоморфные, затем развитые автоморфные и, наконец, палеоавтоморфные почвы на мощной коре выветривания, составляющие свою особую эволюционную цепь.

Своеобразно развивается горно-эрозионное почвообразование на склонах высоких горных систем, где действуют свои особые факторы эволюции почв и для которых характерен в большинстве отрицательный баланс продуктов почвообразования.

Под развитием почв понимают постепенное образование из почвообразующей породы полностью сформированной (зрелой) почвы, достигшей динамического равновесия с данным комплексом факторов почвообразования.

Под эволюцией почв понимают изменение уже сформированных почв в новые типы или подтипы, связанное с эволюцией всей природной среды.

Циклы эволюции:

- цикл собственно биологический (биогенный), являющийся результатом борьбы двух противоположно направленных процессов: биологической аккумуляции веществ (биологический круговорот) и геологического выноса (геологический круговорот).

- цикл биоморфологический, в котором почва участвует вместе со всем ландшафтом в результате эволюции рельефа земной поверхности;

- цикл биоклиматический, связанный со сменой климата и природной обстановки в течение геологических эпох.

Почвообразование можно рассматривать как соотношение процессов выноса и аккумуляции, причём выносу из охваченной почвообразованием толщи подвергаются одни вещества, а аккумуляции в ней – другие.

Различают относительную и абсолютную аккумуляцию.

Абсолютная аккумуляция веществ при почвообразовании – это поступление веществ в почвообразующую породу из атмосферы или гидросферы и накопление их в формирующейся почве.

Таким образом в почве накапливается углерод (фотосинтез – создание биомассы – отмирание биомассы – разложение, - гумификация – гумусонакопление), азот (азотофиксация – потребление организмами – отмирание биомассы – нитрификация, аммонификация), водорастворимые соли, гипс, известь, соединения железа, кремнезёма.

Относительная аккумуляция веществ при почвообразовании – это остаточное накопление в результате выноса каких-то других веществ. Например: в результате выноса из выветривающейся породы соединений щелочных и щёлочноземельных металлов в ней увеличивается содержание кремнезёма и полуторных окислов; вынос щелочей и щелочных земель и кремнезёма может относительно обогатить почву оксидами алюминия.

Относительная аккумуляция веществ – это всегда следствие элювиального процесса, под которым понимается процесс нисходящего передвижения веществ в почве при промывном режиме и частичного или полного выноса в нижележащую толщу или за её пределы ряда соединений, особенно солей щёлочей, щёлочноземельных металлов.

Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании являются следствием взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ на земной поверхности, которые развиваются противоречиво и неоднозначно в разных природных условиях. Результатом биологического круговорота веществ является биологическая аккумуляция в почве углерода и азота и ряда других биофилов. Результатом геологического круговорота может быть как обеднение почвы теми или иными элементами, так и обогащение (засоление, корообразование).

Биологический круговорот веществ вырывает часть элементов на какой-то период из геологического круговорота, вовлекая их в биологические циклы, а почва служит при этом промежуточным резервуаром благодаря своим особым свойствам, предохраняя биофилы от выноса. Вследствие особой важности циркуляционных процессов почвообразование в целом определяют как сложный процесс взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ и потоков энергии в пределах коры выветривания горных пород, ведущий к образованию почвы, её развитию и эволюции.

Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращений и перемещений вещества и энергии в пределах педосферы Земли.

Взаимодействие биологического и геологического круговоротов веществ проявляется через серию противоположно направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается почвообразование. К ним относятся:

- разрушение первичных и вторичных минералов – неосинтез минералов;

- биологическая аккумуляция элементов в почве – потребление элементов организмами из почвы;

- гидрогенная аккумуляция элементов в почве – геохимический вынос элементов из почвы;

- разложение органических соединений – синтез новых органических соединений;

- поглощение ионов из раствора твёрдой фазой – переход ионов из твёрдой фазы в раствор;

- растворение веществ – осаждение веществ;

- пептизация коллоидов – коагуляция коллоидов;

- нисходящее движение растворов – восходящее движение растворов;

- увлажнение – высыхание;

- набухание – усадка;

- нагревание – охлаждение;

- окисление – восстановление;

- азотфиксация – денитрификация.

Многие из указанных противоположных процессов носят циклический характер, связанный с цикличностью природных явлений. Выделяют суточные, сезонные, годовые, многолетние, вековые циклы почвообразования, формирующие режимы почвообразования, специфичные для каждого типа почв.

Перечисленные противоположные процессы, из которых складывается почвообразование, А.А. Роде назвал общими почвообразовательными процессами, поскольку они имеют место во всех почвах, хотя в разном качественном и количественном проявлении, в разнообразных сочетаниях.

Специфические проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования А.А. Роде назвал частными почвообразовательными процессами – гумусообразование или торфообразование, засоление или рассоление, неосинтез каолинита или монтмориллонита.

Кроме того, он разделил все почвообразовательные процессы на три группы: микро-, мезо- и макропроцессы, в результате которых формируются свойства почв и их режимы, обуславливающие плодородие. Разделение почвообразовательных процессов на общие, частные, макро и микропроцессы важно в анализе почвообразования в целом, а так же в анализе генезиса почв.

Микропроцессы протекают в пределах изолированных участков почвенного профиля и специфических почвенных признаков не формируют. Под их влиянием осуществляются элементарные превращения и перенос веществ (увлажнение-высыхание, растворение-осаждение, нагревание-охлаждение, сорбция, окисление органических веществ и т.д.).

Мезопроцессы – определённые комплексы элементарных биотических и абиотических микропроцессов, воздействие которых приводит к образованию генетических горизонтов и специфических признаков и свойств в профиле почв, но не типов почв: подзолистый процесс, дерновый, солонцовый, осолоделый, оглеения и т.д.

Микропроцессы подзолистого процесса, в основе которого лежат химическое разрушение минеральной части почвы и вынос некоторых продуктов разрушения в нижнюю часть профиля и за её пределы: разложение лесного опада микрофлорой; образование фульвокислот; химическое взаимодействие фульвокислот с минералами; образование низкомолекулярных органических кислот и других органических соединений; Взаимодействие их с минеральной частью почвы; избыточное сезонное увлажнение почв; развитие восстановительных реакций; нисходящие токи почвенного раствора с выносом минеральных и органо-минеральных соединений; трансформация части соединений по пути транспорта с осаждением из почвенных растворов (Fe, Mn); развитие кислотности.

В результате подзолистого процесса формируется подзолистый горизонт под лесной подстилкой или гумусовым горизонтом, белёсого цвета, пластинчатой структуры, более мелкого гранулометрического состава, обогащён кремнезёмом, обеднён Fe, Mn, элементами питания, с повышенной кислотностью, низкой катионной ёмкостью поглощения. Под подзолистым горизонтом формируется иллювиальный горизонт или горизонт вмывания – буровато-коричневого цвета с белёсой кремнезёмистой присыпкой, тяжёлого гранулометрического состава, обогащён Fe, Mn, кислоторастворимыми формами Р и К, с высокой катионной ёмкостью.

Макропроцессы – совокупность мезопроцессов, охватывающих весь почвенный профиль. Эти процессы формируют тип почвы.

Для формирования дерново-подзолистых почв необходимо течение дернового и подзолистого процессов, а также процесса лессиважа, в условиях длительного увлажнения – процесса оглеения. В профиле почв признаки течения этих процессов хорошо выражены морфологически, а генетические горизонты имеют характерные для них состав и свойства с определённой профильной закономерностью их изменения: дерновый горизонт → подзолистый → оглиненный (лессивирванный) → оглеенный.

Признаки почв, возникшие в результате современного почвообразования, называются рецентными. Признаки, оставшиеся от материнской породы, называются остаточными.

Направленность процессов почвообразования может изменяться в связи с изменением со временем условий почвообразования (сменяется тип растительности, характер увлажнения), что приводит к появлению новых признаков, но старые ещё остаются. Такие признаки, оставшиеся от прежних почвенных процессов, называются реликтовыми.

Элементарные почвенные процессы (ЭПП). Частные почвообразовательные процессы академик И.П. Герасимов назвал элементарными почвообразовательными процессами. По И.П. Герасимову – элементарные почвообразовательные процессы (ЭПП) составляют в своей совокупности явление почвообразования, присущее только почвам и при соответствующих естественных сочетаниях друг с другом определяют свойства почв на уровне генетических типов, т. е. прежде всего строение профиля или состав и соотношение системы генетических почвенных горизонтов.

В соответствии с этим пониманием каждый генетический тип почвы (ГТП) характеризуется определённым, только ему одному свойственным сочетанием элементарного почвенного процесса, хотя отдельные элементарные почвенные процессы могут и должны встречаться (в разных сочетаниях) в различных генетических типах почвы. С другой стороны, степень развития сочетания элементарных почвенных процессов, свойственного определённому генетическому типу почвы, а так же присоединение к этому сочетанию дополнительных элементарных почвенных процессов делают возможным обоснованное разделение генетического типа почвы на подтипы, роды и виды почв.

Дополняя эту концепцию, Я. М. Годельман предложил различать комплект и комплекс элементарных почвенных процессов.

Комплект элементарных почвенных процессов – набор всех элементарных почвенных процессов, в той или иной (степени) мере составляющих общий процесс почвообразования на данной территории. Разные комплекты элементарных почвенных процессов обуславливают формирование разных почв. Но один и тот же комплект элементарного почвенного процесса тоже может привести к образованию разных почв, если в нём различна интенсивность того или иного элементарного почвенного процесса.

Комплекс элементарного почвенного процесса – это их комплект с определённым соотношением интенсивностей проявления составляющих элементарный почвенный процесс, обуславливающий формирование одинаковой почвы в пределах ареала своего воздействия. Соответственно каждому комплексу элементарного почвенного процесса отвечает свой особый почвенный индивидум.

Анализ и обобщение концепций, А.А. Роде и И.П. Герасимова позволяет заключить, что к элементарным почвенным процессам относятся те природные и антропогенные процессы, которые:

- специфичны только для почв и не характерны для других природных явлений;

- в своей совокупности составляют явление почвообразования;

- определяют образование в почвенном профиле специфических почвенных горизонтов;

- определяют строение профиля почв, т.е. состав и соотношение системы генетических горизонтов;

- имеют место в нескольких типах почв в различных сочетаниях.

Таким образом, элементарный почвенный процесс – это горизонтообразующие или профилеобразующие процессы, что отделяет их от общих почвообразовательных процессов и от микропроцессов, протекающих в почве.

В настоящее время выделяются следующие элементарные почвенные процессы (обновлённая схема по Б.Г. Розанову).

I. Биогенно–аккумулятивные элементарные почвенные процессы - группа элементарных почвенных процессов, протекающих в почве под непосредственным влиянием живых организмов, при участии продуктов их жизнедеятельности и посмертных остатков, и сопровождающихся образованием в профиле биогенных органо–аккумулятивных поверхностных горизонтов.