1 курс / Практика / Почвенная / Почвоведение. Курс лекций

рое приводит к их химическому изменению, разрушению и образованию новых стойких к воздействию внешней среды соединений. Основными факторами хими- ческого выветривания являются атмосферная вода, углекислый газ (CO2) и кисло- род. При распаде горных пород и минералов образуются некоторые новые, более подвижные соединения, которые растворяются, а наличие в растворе углекислого газа, в свою очередь, усиливает этот процесс. Особенно интенсивно он происхо- дит в осадочных породах, в первую очередь в известняках, гипсах и других солях.

В результате химического выветривания из первичных продуктов выветривания образуются вторичные минералы.

Биологические факторы выветривания действуют на горные породы одновремен- но с физическими и особенно с химическими. Многочисленные организмы и рас- тения в процессе своей жизнедеятельности выделения во внешнюю среду различ- ные минеральные и органические кислоты, углекислый газ, кислород, которые разрушают горные породы.

При разрушении горных пород и минералов часть элементов переходит в подвижное состояние, что создает благоприятные условия для произрастания рас- тительности, которая играет ведущую роль в процессе почвообразования. Прони- зывая корнями почвообразующую породу, растения извлекают из нее питатель- ные вещества и закрепляют их в синтезированном органическом веществе, кото-

рое после отмирания растений придает почве ряд благоприятных физических свойств. При этом в процессе разрушения органического вещества образуются органические кислоты, действующие на материнскую породу и усиливающие процесс выветривания. После минерализации отмерших частей растений заклю- ченные в них зольные элементы и азот отлагаются и накапливаются в верхнем го- ризонте почвообразующей породы, формируя благоприятные условия для произ- растания новых растений. Растения в процессе жизнедеятельности сами выделя- ют различные кислоты, под действием которых труднорастворимые минеральные соединения переходят в растворимые. Таким образом, почвообразование – это

совокупность взаимно связанных явлений превращения и перемещения вещества и энергии, совершающиеся в верхнем слое земли, в результате чего образуется почва. Почвообразовательный процесс является звеном более широкого процесса- круговорота вещества и энергии, протекающего в биосфере и ее отдельных сис- темах. Связь почвообразовательного процесса и круговорота вещества и энергии выражается в том, что между почвой и смежными природными телами (грунт, ат- мосфера, живые организмы) происходит взаимный обмен веществом и энергией, сопровождаемый их преобразованием. Характерной особенностью почвообразо- вания является двухсторонний процесс перехода одной формы вещества в дру- гую: процесс синтеза и разрушения органического вещества, процесс перехода минеральных соединений в органические и обратно.

Почва – это рыхлый поверхностный слой земной коры, видоизмененный под действием биологических, физических и химических процессов, отличитель- ной чертой которого является плодородие. Почва является полидисперсной сис- темой, которая имеет в своем составе: 1) твердую фазу, состоящую из минераль- ных и органических частиц, 2) жидкую фазу, представленную почвенным раство-

ром, 3) газообразную фазу, состоящую из почвенного воздуха, 4) живую фазу, представленную живыми организмами.

На образование почв и почвообразовательные процессы непосредственное влияние оказывают те природные условия, в которых они протекают. В.В.Докучаев выделил пять природных факторов почвообразования: 1) почвооб- разующая (материнская) порода, 2) климат, 3) растительность и животный мир, 4) рельеф, 5) возраст почв. На современном этапе выделяется шестой фактор – про- изводственная деятельность человека.

Почвообразующая (материнская) горная порода - верхний слой горной породы, выходящий на поверхность, которая в процессе почвообразования пре- вращается в почву. Роль материнской породы двояка. Качество сформировавшей- ся почвы зависит как от химического состава материнской породы, так и ее фи- зических свойств, таких как пористость, плотность и теплопроводность, которые прямым образом влияют на характер почвообразующих процессов. От грануло- метрического и агрегатного состава зависят физические свойства почв. Минера-

логический и химический состав почвы оказывают влияние на ход химических процессов, протекающих в ней.

В последующем развитии почвы материнская порода не теряет своего зна- чения как фактора почвообразования, но функции ее изменяются. Она становится

подстилающей породой и ее роль на этой стадии почвообразования заканчивается в обмене газами, влагой, растворенными солями, тепловой энергией с вышележа- щими горизонтами. Разнообразие почвообразующих пород способствует форми- рованию почв с различными физико-химическими свойствами.

Климат оказывает значительное влияние на физические, химические и биологические процессы, происходящие в почвах. Основными составляющими климата, влияющими на процесс почвообразования, является лучистая энергия солнца и атмосфера. От количества поступающих в почву тепла и влаги зависит характер растительности, обогащение почвы органическим веществом, особен- ности промывного режима. Интенсивность химических процессов связана с ко- личеством поступающего в почву кислорода, при этом газообмен между атмосфе- рой и почвой происходит практически непрерывно. Многообразие макро- и мик- роклиматических условий способствует формированию значительного числа поч- венных разновидностей.

Растительный и животный мир. Растительность является ведущим фак- тором почвообразования, так как с ней связана аккумуляция питательных ве- ществ, образование легкоподвижных соединений, накопление гумуса, что опреде- ляет плодородие почвы. Растения создают и активно поддерживают различные взаимосвязанные потоки вещества и энергии, главными из которых являются: 1)

поток зольных веществ из глубоких слоев почвы на ее поверхность и в ее верхние слои; 2) поток органических веществ, синтезированных из углерода атмосферы, почвенного азота и почвенной влаги, направленной на поверхность почвы и в ее верхние слои: а) поток Н2СО3 из почвы в атмосферу; б) О2 из атмосферы в почву; в) поток влаги направленный из почвы в атмосферу. В количественном и качест-

венном отношении эти стороны почвообразовательного процесса являются самы- ми важными и имеют своим следствием возникновение почвенного плодородия.

Рельеф местности. Рельеф как фактор почвообразования оказывает кос- венное влияние на формирование почвенного покрова. Характер макро-, мезо- и микроформ рельефа способствует перераспределению на поверхности почвы ве- щества и энергии, оказывает влияние на величину влагооборота и теплооборота. От угла наклона поверхности зависит количество лучистой энергии, поступаю- щей на единицу поверхности почвы, а следовательно, величина теплообмена, температурный режим, скорость снеготаяния и т.д. Гравитационное поле Земли, действуя через рельеф, оказывая влияние на перераспределение влаги на поверх- ности почвы. Наклон поверхности служит причиной разложения силы тяжести на две составляющие: вертикальную и горизонтальную. Рельеф и земное тяготение создают условия для возникновения внутрипочвенного стока.

Возраст почв. Факторы времени в истории почвообразовательного процесса является особой категорией, от которой зависит стадия развития почвы и особен- ности протекающих в ней процессов. В.В.Вильямс различает абсолютный и отно- сительный возраст страны, а следовательно и почвы. Абсолютный возраст поч- вы – это промежуток времени, прошедший с момента возникновения почвы до настоящей стадии ее развития. Он связан с возрастом территории, где развивается почва. В соответствии с этим, в южных областях, не затронутых последними оле- денениями, почвообразование является самым древним. На севере почвы являют- ся самыми молодыми, так как эта область освободилась из-под ледников сравни- тельно недавно.

Относительный возраст – это различия в стадиях развития почв одной и той же территории. В различных условиях рельефа и на различных породах ин- тенсивность процессов почвообразования неодинакова, что будет сказываться на скорости образования почв.

Влияние природных факторов на процессы почвообразования осуществля- ются в тесной взаимосвязи и взаимодействии. Любая территория поверхности суши распадается на участки, которым присущ свой микроклимат, геологическое строение, гидрологические условия, почва, растительность, животный мир, состав микроорганизмов, возраст, что оказывает влияние на тип обмена веществом и энергией между вышеперечисленными компонентами. Эти природные компонен- ты составляют единый, непрерывно развивающийся комплекс, который по пред- ложению В.А.Сухачева называют биогеоценозом. Изменение одного компонента приводит к изменению всех других. Почвы следует рассматривать как компонент биогеоценоза. При этом сама почва в процессе развития оказывает влияние на другие компоненты и факторы почвообразования, изменяя их.

На современном этапе на процессы почвообразование большое влияние оказывает производственная деятельность человека. Процесс хозяйственного ис- пользования земель воздействует непосредственно на почву и весь комплекс ус- ловий почвообразования, что вызывает изменение морфологических свойств почв, водно-воздушого и окислительно-восстановительного режимов, химических и биологических почвенных процессов. Использование почвенного покрова с

учетом его физико-химических свойств приводит к формированию более высоко- плодородных почв, неправильное использование почв вызывает ухудшение их качества или полную деградацию.

3.Стадийность почвообразования

Впроцессе почвообразования почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяется конкретным

комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности.

Стадия начального (первичного) почвообразования обычно весьма длитель- на, свойства почв еще не сформировались, мала мощность охватываемого почво- образованием субстрата, медленно идет аккумуляция элементов почвенного пло- дородия, профиль слабо дифференцируется на почвенные горизонты. Начальное почвообразование сменяется стадией развития почвы, которая протекает с на- растающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвы вплоть до

формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, приходя к некоему равновесию между факторами почвообразования и свойствами почвы. Это – ста- дия равновесия, или климакса, которая может длиться неопределенно долго.

На каком-то этапе климаксная стадия сменяется новой эволюцией в результа- те саморазвития системы или изменения почвообразующих факторов. Стадия эволюции почвы снова приводит к некоему климаксному состоянию. Например, возможно оподзоливание буроземов, заболачивание автоморфных почв, форми- рование луговых почв из болотных при обсыхании территории и т.п.

Эволюция почвы может идти в различных направлениях: засоления или рас- соления, нарастания мощности почвы либо ее уменьшения, деградации почвенно- го плодородия или его увеличения. Эволюция почв на земной поверхности про- исходит не случайно, а в соответствии с общей историей ландшафтов, определяе- мой глобальными климатическими, тектоническими или морфоструктурными процессами.

Почвообразование в определенном смысле можно рассматривать как соот-

ношение процессов выноса и аккумуляции, причем выносу из них подвергают-

ся одни вещества, а аккумуляции (относительной или абсолютной) – другие. Абсолютная аккумуляция веществ – поступление их из атмосферы или гид-

росферы и накопление в формирующейся почве. Например, углерод (фотосинтез - создание биомассы - отмирание биомассы – разложение – гумификация - гумусонакопление). Относительная аккумуляция – остаточное накопление в ре- зультате выноса других веществ. Например, в результате выноса щелочных и ще- лочно-земельных элементов может относительно увеличиться доля кремнезема и полуторных окислов. Относительная аккумуляция веществ – всегда следствие элювиального процесса, т.е. нисходящего передвижения веществ в почве при промывном водном режиме и частичный или полный вынос веществ в нижеле- жащую толщу ряда соединений: солей щелочных и щелочно-земельных металлов,

соединений железа, алюминия, марганца, фосфора, серы, иногда кремния, или- стые частицы.

Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании являются следствием большого геологического (элювиирование, засоление, корообразование) и малого биологического круговоротов (биогенная аккумуляция биофилов) веществ на земной поверхности, которое развивается противоречиво в разных природных ус- ловиях. Биологический круговорот временно вырывает часть элементов из геоло- гического круговорота, а почва служит своеобразным промежуточным резервуа- ром, предохраняя биофилы от выноса.

Из-за высокой важности названных процессов почвообразование часто оп-

ределяют как сложный процесс взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ и потоков энергии в пределах коры выветривания горных пород, ведущий к образованию почвы, ее развитию и эволюции. Почвообразовательный процесс – совокупность явле-

ний превращений и перемещений веществ и энергии в пределах педосферы Земли.

Взаимодействие круговоротов проявляется через серию противоположно на- правленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается поч- вообразование: разрушение – новосинтез минералов; биологическая аккуиуляция

– потребление элементов из почвы организмами; гидрогенная аккумуляция – гео- химический вынос; разложение – синтез органических соединений; поглощение – выделение ионов из твердой фазы в раствор; растворение – осаждение веществ; пептизация – коагуляция коллоидов; нисходящее – восходящее движение раство- ров; увлажнение – высыхание; набухание – усадка; нагревание – охлаждение; окисление – восстановление; азотфиксация – денитрификация.

Многие из этих процессов носят циклический характер, можно выделить су- точную, сезонную, годовую, многолетнюю цикличность, специфическую для ка- ждого типа почв. Данные противоположные процессы А.А. Роде назвал общими почвообразовательными процессами, так как они встречаются во всех почвах в той или иной степени и количественном проявлении. Специфические проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразо-

вания он назвал частными почвообразовательными процессами. Это такие процессы как гумусообразование, торфообразование, засоление, неосинтез каоли- нита и т.п.

Помимо этого А.А. Роде делил все процессы на макропроцессы, охватываю- щие весь почвенный профиль, и микропроцессы, то есть органические или мине- ральные преобразования в пределах изолированных участков почвенного профи- ля.

Частные макропроцессы по И.П. Герасимову являются элементарными поч- венными процессами. В своей совокупности они составляют явление почвообра- зования, присущее только почвам. При соответствующих сочетаниях друг с дру- гом они определяют свойства почв на уровне генетических типов, то есть строе- ние профиля или систему генетических горизонтов. Каждый генетический тип почвы (ГТП) характеризуется определенным, только ему свойственным сочетани-

ем ЭПП, хотя отдельные ЭПП могут встречаться и в почвах иных типов. Сиепень развития определенных ЭПП или присоединение дополнительных делают воз- можным обоснованное разделение на подтипы, роды, виды почв. В целом ЭПП 1) специфичны только для почв; 2) в своей совокупности составляют явление почво- образования; 3) определяют образование в профиле специфических горизонтов почв; 4) определяют строение профиля; 5) имеют место в нескольких типах почв в различных сочетаниях.

По Б.Г. Розанову выделяют следующие ЭПП:

1.Биогенно-аккумулятивные ЭПП

Подстилкообразование

Торфообразование

Гумусообразование Дерновый процесс

2.Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП

Засоление

Загипсовывание

Окарбоначивание Оруднение – процессгидрогенной аккумуляции железа и марганца разной

степени гидратации с образованием болотной руды, рудяка, ортштейна Окремнение – гидрогенное накопление кремнезема с цементацией в области

циркуляции щелочных растворов Латеризация – внутрипочвенное ожелезнение

Плинтификация – гидрогенное преобразование ферралитизированного мате-

риала путем отложения из грунтовых вод оксидов железа на каолинитовой основе Олуговение – аккумулятивный процесс воздействия пресных грунтовых вод

при хорошем дренаже без заболачивания, то есть дерновый процесс при пе-

реувлажнении и хорошем дренаже Тирсификация – образование черного гидроморфного гумуса в слабодрени-

рованных депрессиях аридных территорий при аккумуляции монтморилло-

нитовых глин в почвообразующей породе Кольматаж – накопление взмученного материала на поверхности почвы и в

порах верних слоев при затоплении мутной водой

3.Метаморфические ЭПП

Сиаллитизация – внутрипочвенное выветривание первичных минералов с на-

коплением вторичной сиаллитной глины Монтмориллонитизация – внутрипочвенное выветривание первичных мине-

ралов с накоплением вторичной монтмориллонитовой глины Гумуссиаллитизация – преобразование минеральной массы под воздействием нейтральных и слабокислых гумусовых веществ с формированием дернинно- гумусированного глинисто-щебнистого профиля под горно-(степно)-луговой

растительностью Ферралитизация – внутрипочвенное выветривание первичных минералов с

накоплением вторичной ферралитной глины

Ферсиаллитизация – накопление подвижных соединений железа на фоне ог- линения, обусловленного декарбонатизацией Рубефекация (ферритизация) – процесс необратимой коагуляции и кристал-

лизации коллоидных гидрооксидов железа в результате интенсивного перио-

дического просыхания после привноса их во влажный период Ожелезнение – процесс высвобождения железа из решеток минералов при

выветривании и осаждение по трещинам и порам с побурением (покраснени- ем) породы Оглеение – процесс метаморфического преобразования минеральной почвен-

ной массы при постоянном или длительном переувлажнении почвы с интен- сивным развитием восстановительных процессов, иногда сменяемых окисли-

тельными Оливизация – процесс приобретения оливковой окраски горизонта вследст-

вие периодического переувлажнения и просыхания глинистых минералов, содержащих трехвалентное железо в шестерной координации (нонтронит, глауконит, хлорит)

Слитизация –

Оструктуривание

Отвердевание

Мраморизация

4.Элювиальные ЭПП

Выщелачивание

Оподзоливание

Лессивирование

Псевдооподзоливание

Псевдооглеение

Осолодение

Сегрегация

Отбеливание Ферролиз (элювиально-глеевый процесс)

Элювиально-гумусовый процесс Al-Fe-гумусовый процесс

Коркообразование

5.Иллювиально-аккумулятивные ЭПП

Глинисто-иллювиальный Гумусо-иллювиальный Железисто-иллювиальный Алюмогумусо- иллювиальный

железистогумусоиллювиальный подзолисто-иллювиальный карбонатно-иллювиальный солонцово-иллювиальный Al-Fe-иллювиальный

6.Педотурбационные ЭПП

Самомульчирование

Растрескивание

Криотурбация

Вспучивание

Пучение

Биотурбация Ветровальная педотурбация

Гильгаиобразование (вертисолизация)

Агротурбация

7. Деструктивные ЭПП

Эрозия

Дефляция

Стаскивание

Погребение

4. Классификация почвообразующих пород

Породы, из которых состоит литосфера, по своему происхождению распре- деляются на три группы: 1) магматические, или изверженные, 2) осадочные, 3) метаморфические.

Магматические (или массивно-кристаллические) породы составляют

95% литосферы. Они образуются при остывании расплавленной жидкой магмы, составляющую следующую за литосферой внутреннюю оболочку Земли. В зави-

симости от условий остывания магмы магматические породы имеют более или менее выраженное кристаллическое строение. При медленном остывании на глу- бине образуются интрузивные (или глубинные породы), которые состоят из крупных, хорошо различимых кристаллов (например, гранит). Когда при вулка- нических извержениях магма достигает дневной поверхности и быстро и нерав- номерно остывает, образуются эффузивные горные породы. Они имеют вид плотной массы, включающие иногда отдельные и крупные кристаллы (например, порфиры).

В зависимости от состава магмы и условий ее остывания магматические по- роды различаются между собой по химическому и минералогическому составу. По содержанию кремнезема различают кислые, средние, основные и ультраос- новные породы (табл.4.1).

Липарит - кислая излившаяся порода, очень близкая к граниту. Отличается тонкой кристаллической массой, в которую вкраплены кристаллы ортоклаза, кварца и слюды, иногда роговой обманки. Залегает небольшими массивами.

Трахит - средняя излившаяся порода серого цвета, не имеет свободного квар- ца. В его состав входят: ортоклаз, роговая обманка, слюда.

Андезит - средняя излившаяся порода темного цвета. Не содержит свободно- го кварца, состоит из плагиоклазов, роговой обманки и авгита.

Базальт - основная излившаяся порода мелкокристаллического строения, темно-серого цвета, распадающаяся на многогранные вытянутые столбики. Со- держит: плагиоклаз, авгит и оливин. Свободного кварца нет.

Пирит - ультраосновная мелкая порода зелено-черного цвета. Состоит из оливина, роговой обманки, биотита с небольшой примесью вулканического стек- ла.

Гранит - глубинная порода серого, розоватого, красно-буроватого цвета. Наиболее распространенная извергаемая порода. Обычно состоит из кварца, ор- токлаза, слюды с примесью роговых обманок и некоторых других минералов.

Сиенит - глубинная средняя порода с резко выраженной зернисто- кристаллической структурой, серовато-желтовато-красноватая окраска. В состав входят: ортоклаз, роговая обманка, слюда. Распространен меньше, чем гранит.

Диорит - безкварцевая средняя порода зернисто-кристаллического строения, темно-серо-зеленоватого цвета. В состав входят: плагиоклаз, роговая обманка, магнитный железняк. Встречается по берегам Черного моря.

Габбро - глубинная основная порода, черно-серо-зеленоватой окраски, зерни- сто-кристаллической структуры. Состоит из полевого шпата, авгита и оливина с примесью магнитного железняка.

Пироксенит - глубинная, ультраосновная зернисто-кристаллическая порода, серо-зеленого цвета. Состоит из полевого шпата, авгита и оливина с примесью магнитного железняка.

По минералогическому составу, условиям залегания, твердости, и окраске магматические породы можно приближенно определить даже в полевой обста- новке. Они в большинстве случаев на 60% состоят из полевых шпатов, 20% - ор- то-и метасиликатов, 10-12% кварца, 3%-слюды, 3% - магнезита и гематита, 1% - апатита. Если учесть объемы атомов, входящих в состав изверженных пород, то оказывается, что кислород занимает 92%, и только 8% атомы других элементов.

В настоящую геологическую эпоху магматические породы выходят на днев- ную поверхность главным образом в горных областях. Поэтому они и продукты их выветривания являются материнскими породами для почв в редких случаях.

Осадочные породы. Первичные магматические породы, попав на дневную поверхность, подвергаются разрушению, разрыхлению, разной степени измельче- ния и последующего переноса и переотложения. В результате этого образуются осадочные породы. Они залегают непосредственно на поверхности Земли и зани- мает приблизительно 75% ее площади. Осадочные породы делятся на: 1) обло- мочные, 2) химические, 3) органогенные (табл.4.2).

Таблица 4.2.

Классификация осадочных горных пород.

Часть осадочных пород представляет собой результат механического дробле- ния магматических пород или нерастворимые продукты их химических превра- щений. К ним относятся брекчии, конгломераты, щебень, пески, песчаники, гли- ны, илы и т.д., объединяемые под названием механических или обломочных по- род. В некоторых случаях они бывают сцементированными растворимыми солями и образуют плотные породы (кремнистые, известковые песчаники).

Растворимые продукты выветривания в виде хлоридов, сульфатов, карбона- тов, фосфатов и других простых солей образуют такие породы как каменная соль, гипс, известняк, доломит, железистые туфы, фосфориты. Их возникновение свя- зано с осаждением из растворов морских и континентальных вод.

К осадочным породам химического происхождения относятся также карбо- натные породы и кремнистые сланцы. Карбонатные породы имеют различное происхождение. Они могут образовываться в морях частично путем выпадения из воды углекислой кальциевой соли. Однако химически чистые отложения углеки- слого газа встречаются довольно редко и небольшими залежами. Как правило, они встречаются в смеси с торфом (известковые туфы). Некоторые карбонатные породы образуются с участием организмов, содержащих значительное количество углекислого кальция (водоросли, кораллы, ракообразные, моллюски и др.)