Почвообразовательный процесс. Факторы почвообразования. Часть 1: Методические указания к практическим работам

Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству Камчатский государственный технический университет

УДК 631.42 ББК 30.1 К89 Рецензент:

Кафедра биологии и химии

А.С. Латкин, доктор технических наук, профессор

Кузякина Т.И.

ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ Часть 1 Методические указания к практическим работам по дисциплине «Почвоведение» для студентов технологического факультета

К89

Почвообразовательный процесс. Факторы почвообразования. Ч. 1. Методические указания к практическим работам по дисциплине «Почвоведение» для студентов технологического факультета. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2003. – 26 с. Методические указания составлены в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки специалиста государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры биологии и химии (протокол № 7 от 27 января 2003 г.). Рекомендованы к изданию на заседании ученого совета КамчатГТУ (протокол № 8 от 25 апреля 2003 г.).

УДК 631.42 ББК 30.1 © КамчатГТУ, 2003 © Кузякина Т.И., 2003

Петропавловск-Камчатский 2003 2

ПРЕДИСЛОВИЕ Почва является неотъемлемой, важнейшей составной частью биосферы как по пространственному положению, так и по многочисленным процессам, входящим в биогеохимические круговороты и определяющим условия сохранения и нормального протекания жизни на Земле. В то же время почва – исключительно сложное природное образование как по составу, так и по процессам, определяющим связи и взаимодействия ее с растительностью, атмосферой, природными водами и биосферой в целом. Очень многие свойства почвы как составной части биосферы, механизмы почвенных процессов, их организация и взаимосвязи в пространстве и во времени изучены еще недостаточно, что существенно сдерживает разработку научно обоснованных систем рационального природопользования. Большинство исследователей считает, что жизнь на нашей планете появилась в океане. Почвы возникли с распространением различных жизненных форм, прежде всего растительности, на суше. Однако в процессе эволюции биосферы почва стала не только следствием, но и важнейшим, необходимым условием дальнейшего существования и развития жизни на Земле.Биологический фактор всегда признавался ведущим в почвообразовании. Одной из задач современного генетического почвоведения является установление связи между строением, составом, свойствами почвы и факторами почвообразования. В ряде случаев однозначное установление такой связи не достигается, то есть не удается дать исчерпывающее объяснение строения и свойств почвы действием факторов, которое осуществлялось на протяжении всего периода формирования данного почвенного профиля. Возникающие сложности при разработке почвенно-генетической концепции связаны с изменением факторов (климата, растительности), происходящими во время формирования почвы, существенными различиями между современными почвенными процессами и процессами, происходящими на начальных этапах почвообразования, а также другими причинами. Однако данный пробел в знаниях не мешает констатировать и изучать характерные особенности строения и свойств различных типов почв и происходящие в них процессы. 3

Студенты (курсанты) должны получить представления о почвообразовательном процессе и факторах почвообразования. В результате проработки методических указаний студенты будут располагать основным блоком знаний по следующим разделам почвоведения: – Схема почвообразовательного процесса – Факторы почвообразования – Взаимодействие почвы с объектами биосферы: атмосферой, природными водами, растительным и животным миром. Современному специалисту, призванному решать очень важные и сложные проблемы рационального природопользования, необходимо умение использовать полученные знания для решения почвенно-экологических и природоохранных задач.

1. ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС Почвы образуются из горных пород. Но горные породы в отличие от почв бесплодны или характеризуются лишь зачатками плодородия. Между тем наиболее важным свойством почвы является ее плодородие, то есть способность удовлетворять произрастающие на ней растения элементами питания, водой и другими факторами жизни. Следовательно, для образования почвы, прежде всего, необходимо, чтобы в горной породе накопились элементы плодородия. От горной породы почва отличается и другими особенностями, о которых будет сказано ниже. Горная порода превращается в почву в результате двух совместно протекающих процессов – выветривания и почвообразования. В процессе выветривания горных пород и минералов, их слагающих, элементы питания растений переходят в растворимое состояние и становятся доступными для растений. Однако переход питательных веществ в растворимое в воде состояние подчиняет их большому геологическому круговороту веществ. Вода, выпадающая на сушу в виде осадков, пропитывает кору выветривания, растворяет все, что может раствориться, и уносит растворенные в ней вещества в моря, океаны или внутриматериковые бессточные области. В результате этого некоторая часть питательных веществ отчуждается из горной породы и, транспортируясь с 4

суши в океан, участвует в образовании осадочных горных пород. Должны пройти целые геологические эпохи, пока осадочные породы выйдут на дневную поверхность и вновь подвергнуться процессам выветривания, а содержащиеся в них питательные вещества будут использованы растениями, произрастающими на суше. Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Эти явления, или слагаемые почвообразовательного процесса, характеризуются тем, что каждому из них противостоит другое, противоположное по своей сущности. Они имеют разнообразную природу – биологическую, химическую, физическую, физико-химическую – и протекают в тесном взаимодействии друг с другом. К наиболее важным слагаемым почвообразовательного процесса можно отнести следующие: 1) создание органического вещества и его разрушение; 2) аккумуляция органических и неорганических веществ и их вынос; 3) распад минералов (первичных и вторичных) и синтез новых; 4) поступление влаги в почву и возврат ее в атмосферу в результате транспирации и испарения; 5) поглощение почвой лучистой энергии солнца, сопровождаемое нагреванием почвы, и излучение энергии, сопровождаемое охлаждением, и т. д. В самом верхнем горизонте литосферы выветривание протекает совместно и одновременно с почвообразованием (если эти два процесса и разделяют, то исключительно для удобства изучения). В основе почвообразовательного процесса лежит малый биологический круговорот веществ, который протекает в результате жизнедеятельности высших растений, животных и микроорганизмов. Под биологическим круговоротом веществ понимают поступление из почвы, горных пород и атмосферы в организмы химических элементов, синтез органического вещества и возращение химических элементов в почву (с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами) и атмосферу. Современное представление о биологическом круговороте веществ основано на научных идеях В.И. Вернадского о роли живого вещества в биогеохимических процессах на нашей планете. Учение о биологическом круговороте веществ в почве разработа-

но В.Р. Вильямсом. Высшие и низшие растения, поселяясь на выветривающейся горной породе, а затем в почве, извлекают из нее химические элементы, в том числе и важнейшие питательные вещества, концентрируют их в себе, предохраняя тем самым от вымывания и вовлечения в большой геологический круговорот. Наряду с процессами создания органического вещества в природе одновременно и непрерывно протекают процессы его разрушения. В почве разрушение органических остатков осуществляется главным образом микроорганизмами. Если бы не было этого второго процесса, то все легкоподвижные элементы скоро были бы связаны в органическом веществе и жизнь должна была бы прекратиться. Однако этого не происходит. Высвобождающиеся при минерализации органического вещества элементы зольной и азотной пищи становятся доступными для следующих поколений растений, которые вовлекают в биологический круговорот и новое количество питательных веществ из горной породы. Особенно важная роль в биологическом круговороте принадлежит зеленым растениям. В зависимости от их особенностей и физико-географических условий биологический круговорот веществ протекает по-разному, что проявляется в количественном и качественном различии синтезированного органического вещества и вовлеченных в круговорот минеральных веществ. Луговые степи создают на 1 га 250 ц биомассы, в сухих степях и полукустарничковых пустынях эта величина значительно уменьшается, а в субтропических пустынях составляет всего 10-15 ц на 1 га. В арктических тундрах биомасса находится на уровне пустынных сообществ, а в кустарничковых тундрах достигает уровня луговых степей. Наибольший ежегодный прирост наблюдается в тропических и субтропических лесах (325 и 245 ц на 1 га), а наименьший в пустынях, арктических тундрах и в растительных сообществах солончаков (6 ц на 1 га). Наибольшая доля подземных органов (корней) в биомассе наблюдается в степях (70-88 %), наименьшая в лесах (18-26 %). В результате биологического круговорота в почве накапливаются углерод, азот, фосфор, сера и некоторые другие химические элементы. Такие важные элементы питания растений, как азот и фосфор, в большом количестве содержатся в самых верхних гори-

5

6

зонтах почвы, где сосредоточена наибольшая масса органического вещества. Зеленые растения концентрируют в созданном в процессе фотосинтеза органическом веществе энергию солнечных лучей. Отмершие части растений, попадая в почву, не только обогащают ее органическими и минеральными веществами, но и увеличивают ее энергетические ресурсы. Это способствует более активному обмену веществ и энергии как в самой почве между ее твердой, жидкой и газообразной фазами, так и между почвой, растительностью, атмосферой и космосом. При разложении органических остатков синтезируется и новое органическое вещество тел микроорганизмов, а также образуются специфические гумусовые вещества и вторичные минералы почвы (нитраты, сульфаты, фосфаты, карбонаты, окислы кремния, железа и алюминия и, возможно, некоторые глинистые минералы). Следует также отметить, что в процессе почвообразования часть химических элементов может вымываться из почвы и таким образом вовлекаться в геологический круговорот веществ. Поэтому в зависимости от того, насколько глубоко промачивается почва и каков ее водный режим, аккумуляция веществ в почвенных горизонтах может идти с различной интенсивностью. В результате биологического круговорота веществ и процесса образования и разрушения органического вещества почвообразующая порода находится в непрерывном взаимодействии с растениями и животными, с продуктами их жизнедеятельности, а также с продуктами разложения и минерализации органических остатков. Это и составляет сущность почвообразовательного процесса.

природных факторов почвообразования: 1) почвообразующая (материнская) порода; 2) климат; 3) растительность и животный мир (биологический фактор); 4) рельеф; 5) возраст. К пяти факторам почвообразования позже были добавлены факторы: воды (почвенные и грунтовые), производственная деятельность человека, а в районах активной вулканической деятельности влияние вулканизма. Учение о факторах почвообразования является краеугольным камнем почвообразования. Функциональную зависимость между почвой и факторами почвообразования можно выразить в виде формулы (Добровольский В.В., 1999). П = ƒ (П.П., Р.О., Ж.О., Э.К., Р., В., Д.Ч.). t где П – почва; П.П. – почвообразующие породы; Р.О. – растительные организмы; Ж.О. – животные организмы; Э.К. – элементы климата; Р. – рельеф; В. – воды; Д.Ч. – деятельность человека; t – время. 2.1. Почвообразующие породы

Почвы образуются в результате многообразных и беспрерывных изменений верхних горизонтов горных (почвообразующих) пород под воздействием растительных и животных организмов. Однако образование почв зависит и от ряда других природных условий. Условия, под воздействием которых протекает почвообразовательный процесс и формируются почвы, называются факторами почвообразования. В.В. Докучаев выделил следующие пять

Почвообразующими, или материнскими, породами называются поверхностные горизонты горных пород, из которых образуются почвы. Горные породы, слагающие земную кору, по происхождению подразделяются на три группы – магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы образуются при остывании расплавленной жидкой массы внутри земной коры (глубинные, или излившиеся, или эффузивные). Все эти породы имеют кристаллическое строение. Магматические породы, составляя 95% литосферы, имеют, однако, ограниченное распространение в качестве почвообразующих пород и встречаются главным образом в горных областях (Кавказ, Урал, Камчатка и т.д.). Осадочные породы образовались на земной поверхности путем выветривания и переотложения продуктов выветривания магматических и метаморфических пород или из отложений остатков различных организмов. Осадочные породы делятся на три группы: 1) обломочные; 2) глинистые; 3) породы химического и органического происхождения.

7

8

2. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Обломочные, или кластические, породы представляют собой продукты механического разрушения различных пород. По величине и форме обломков и степени цементации они разделяются на грубообломочные (псефиты), песчаные (псамиты) и алевритовые породы. Грубообломочные породы по размерам и формам составляющих отдельностей разделяются не несколько групп (табл. 1). Таблица 1 Классификация грубообломочных пород Величина обломков в мм 100-1000 и более 10-100 < 10

Окатанные рыхлые сцементированные Валуны Конгломераты Галька Гравий

Неокатанные рыхлые сцементированные Глыбы Брекчии Щебень Хрящ (дресва)

Песчаные породы делятся по сложению на рыхлые – пески и сцементированные – песчаники, образующие в результате цементации песчинок различными веществами (железистыми соединениями, известковыми, кремнистыми и др.). Алевритовые породы, или алевриты, состоят из тонкозернистых частиц размером от 0,1 до 0,01 мм. К ним относятся супеси, суглинки и лёссы. Они занимают промежуточные положение между песками и глинами. Глинистые породы (пелиты) – это группа осадочных пород, состоящая преимущественно (до 75%) из частиц размером < 0,01 мм, среди которых преобладают частицы < 0,001 мм. Окраска глин зависит от наличия в их составе тех или иных минералов и примесей. Плотные, часто очень твердые глинистые породы, образовавшиеся в результате уплотнения, дегидратации и цементации пластичных глин, называются аргиллитами. Метаморфические породы образуются из осадочных и магматических пород в глубоких слоях земной коры под воздействием высокой температуры и большого давления. К ним относятся гнейсы, разнообразные сланцы (глинистые, слюдяные, кремнистые), мраморы (образующие из известняков); кварциты (образующиеся из песчаников). Продукты выветривания метаморфиче9

ских пород редко служат материнскими породами для почв; встречаются они, так же как и магматические, преимущественно в горных областях. По генезису почвообразующие породы разделяются на следующие основные категории: элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, озерные, ледниковые, эоловые, морские. Элювиальными породами, или элювием, называются продукты выветривания исходных горных пород, залегающие на месте своего образования. Современный элювиальный покров часто называют корой выветривания, в применении к которому термины «элювий» и «кора выветривания» употребляются как синонимы. Элювиальные породы наиболее развиты на плоских водораздельных пространствах, то есть там, где процессы денудации не наблюдаются или они сильно ослаблены. На склонах элювий или отсутствует, или крайне слабо развит. Элювий на рыхлых породах мало отличается по составу и свойствам от исходной породы. Элювиальные образования на плотных породах большей частью неоднородны по механическому и минералогическому составу. Они обычно содержат различной величины обломки исходных пород. Окраска элювия сильно варьирует и зависит от исходных пород и характера выветривания. Характерными признаками элювия являются тесная генетическая связь продуктов выветривания с исходной породой и постепенность перехода к ней при наблюдении на вертикальном разрезе. Делювиальными отложениями, или делювием, называются наносы, образующиеся на нижних частях склонов в результате смывания дождевыми и снеговыми водами продуктов разрушения пород с верхних частей этих склонов и частично водоразделов. Признаками делювиальных отложений являются слоистость и некоторая сортированность слагающих его механических частиц: более крупные оседают выше по склону, наиболее мелкие – у подножья склона. Может, однако встречаться делювий неслоистый и несортированный. Делювий бывает разнообразного механического состава – песчаного, супесчаного, суглинистого и глинистого. Это зависит от механического состава пород, подвергающихся смыву, и от степени сортировки их делювиальными потоками. Во всех случаях делювий более мелкозернист, чем исходная 10

порода. Делювиальные отложения часто залегают в форме шлейфов у основания склона; постепенно разрастаясь в ширину, сливаясь с соседними шлейфами и, постепенно нарастая и поднимаясь вверх по склону, делювий местами достигает водораздела, где смыкается с близкими к нему по составу элювием. В местах, где трудно провести границу между делювием и элювием, их объединяют общим названием – элювиальноделювиальные образования. Пролювиальные отложения. В горных областях временные потоки (селевые) обладают такой силой, что вместе с мелкоземом сносят значительное количество несортированного крупнообломочного материала и отлагают его у подножия гор, в межгорных долинах, в устьях речных долин и овражно-балочных систем, образуя характерные «конусы», или «веера выносов». Отложения, образуемые этими потоками, называются пролювием или пролювиальными отложениями. Петрографический состав пролювиальных отложений разнообразен. В них могут встречаться обломки пород, принесенные с других территорий. Нередко встречаются смешанные пролювиально-аллювиальные отложения, характеризующиеся неясно выраженной слоистостью с относительно повышенным содержанием илистой фракции в составе мелкозема. Делювиальные и пролювиальные отложения широко распространены в горных и предгорных областях, в районах с мелкосопочным рельефом и служат материнской породой для различных почв. Аллювиальные отложения представляют собой осадки проточных вод и пойменные наносы, отлагаемые при разливе рек. К аллювиальным также относятся донные отложения проточных озер и дельтовые отложения рек. Все разновидности аллювия различного механического состава отличаются заметной, часто хорошей сортировкой материала по крупности частиц. Нередко среди этих отложений встречаются линзы торфа, включения остатков растительных и животных организмов, пресноводных и наземных моллюсков, иногда кости позвоночных. Аллювиальные отложения отличаются горизонтальной или косой слоистостью, связанной с периодичностью наносов. В толще аллювия обычно наблюдаются ржаво-охристые, коричневые, сизые и другие прожилки либо целые прослойки оглеенных

или оруденелых горизонтов. Различается несколько типов аллювия – русловый, пойменный, старичный. Эти типы аллювиальных отложений проявляются по-разному, в зависимости от гидрологического характера водного потока. В реках равнинных территорий развиты все типы аллювия, в горных реках развит русловый аллювий. Аллювиальные наносы служат материнской породой для различных пойменных почв, обычно обладающих высоким плодородием. Озерные отложения выполняют понижения древнего рельефа и отличаются тяжелым механическим составом с большим содержанием илистой фракции. Обычно они имеют горизонтальную или слегка волнистую, тонкую пластинчатую слоистость. В озерных отложениях постоянно наблюдаются органогенные прослойки (линзы сапропелита и торфа). В некоторых озерах осадки бывают засоленными, оглеенными и т.д. Характер озерных образований тесно связан с физико-географическими условиями зоны, в которой находятся озера. Различают осадки пресноводных озер и осадки солоноватых и засоленных озер. Главное различие между ними заключается в том, что в соленых озерах отлагаются соли и озерные отложения становятся засоленными. Химические осадки могут отлагаться и в пресных озерах (карбонаты, лимонит), но при этом не происходит засоления озерных осадков, так как вода озера остается пресной и после их выпадения. Ледниковые отложения представлены моренами, флювиогляциальными и ледниково-озерными осадками. Моренами называются отложения рыхлого обломочного материала, перенесенные движущимся ледником. Морены характеризуются неоднородным механическим составом и состоят из смеси глинистых частиц, песка, гравия, щебня и валунов различного размера. Выделяют основные и краевые, или конечные, морены. Первые покрывают бывшее ложе ледника и в областях материкового оледенения распространены на огромных пространствах, достигая иногда мощности нескольких десятков метров. Среди основной морены различают поверхностную, образовавшуюся из обломков горных пород, скопившихся на поверхности ледника; внутреннюю, образовавшуюся из пород, находившихся в массе ледника, и донную, образовавшуюся из пород,

11

12

подстилающих ледник. Материал поверхностных и внутренних морен мало или совсем не подвергался обработке льдом, и, наоборот, донная морена претерпевала сильное механическое воздействие ледника. Поэтому нижние части основной морены отличаются более тяжелым механическим составом и представлены главным образом валунными глинами. Конечные морены образуются на окраине ледника при длительной его остановке. Они представляют собой мощные нагромождения в виде разрозненных гряд, валов и холмов. Часто морены уничтожались эрозией, особенно интенсивной во время массового таяния льда. В этом случае единственным свидетелем оледенения служат блуждающие валуны, позволяющие установить границы оледенения в прошлом. По петрографическому составу валунов различают три типа морен: 1) основную (фенно-скандинавскую), с валунами из гранитов; 2) местную (локальную), часто карбонатную, с валунами из палеозойских пород (известняков, мергелистых глин, песчаников м др.) 3) смешанную, с валунами из магматических, метаморфических и осадочных пород. Количество валунов зависит от характера коренных пород, по которым прошел ледник: в песчаной морене их больше, чем в суглинистой и глинистой; конечная морена изобилует валунами; в основной морене их меньше. Окраска морены зависит от коренных пород и характера выветривания и почвообразования. Для таежно-лесной зоны характерна красно-бурая и желто-бурая окраска, в лесостепной зоне она становится буро-желтой с белесыми пятнами углекислого кальция и других цветов, в зависимости от состава местных пород. Водноледниковые, или флювиогляциальные, наносы отлагаются в краевой зоне ледников, за пределами, из текучих ледниковых вод. Состав их различный (чаще песчаный), в зависимости от состава морены и условий отложения. Вертикальный профиль этих отложений характеризуется косой или диагональной слоистостью. Озерно-ледниковые отложения представлены ленточными глинами и ленточными супесями. Они образовались в приледниковых озерах, заполнявших плоские, часто весьма обширные понижения рельефа. Для них характерна горизонтальная слоистость

с ритмическим чередованием тонких песчаных прослоек и более мощных глинистых. Эоловыми породами называются наносы, образовавшиеся в результате отложения частиц, принесенных ветром. В составе эоловых отложений преобладают хорошо отсортированные песчаные частицы размером от 0,05 до 0,25 мм. Встречаются и слабо отсортированные пески, характеризующиеся неоднородным механическим составом, содержащие до 8-10% частиц крупнее 0,25 мм. Минералогический состав отсортированных песок однороден на больших пространствах, в его составе преобладает кварц. Минералы, неустойчивые к дроблению и истиранию, представлены в небольшом количестве. Эоловые пески слагают особые формы рельефа (дюны, барханы, бугры). Морские четвертичные отложения характеризуются ясной горизонтальной слоистостью и хорошей послойной отсортированностью. Механический состав их разнообразен, что связано с условиями выпадения. В прибрежной полосе преобладают песчаные, нередко грубые (галечные) отложения, в отдаленных от береговой линии зонах и в лагунах – глинистые отложения. Морские отложения отличаются сильным засолением (например, «шоколадные глины» – отложения Хвалынской трансгрессии Каспийского моря.) Они встречаются по побережью Северного Ледовитого океана, в окрестностях Аральского и Каспийского морей; местами выходят на поверхность, и на них образуются почвы засоленного ряда. Большое распространение и важное значение в качестве почвообразующих пород имеют покровные суглинки и глины, а также лёссы и лёссовидные породы. Покровные суглинки широко распространены в зоне ледниковых отложений, покрывая морену на водоразделах слоем мощностью на несколько метров. Они не содержат валунов, не слоисты, по механическому составу – тяжелые, средние и легкие пылеватые суглинки, однородного строения, плотные, крупноореховатой и призматической структуры, буро-желтой окраски. Покровные суглинки могут быть карбонатными и бескарбонатными. К категории покровных пород геологи относят большую группу отложений лессовидного характера, имеющих генетическую общность с лессовыми породами. В эту группу они включают и «сыртовые глины», представляющие собой глинистые и тя-

13

14

желосуглинистые, обычно карбонатные отложения лессового характера, образовавшиеся, вероятно, в результате выветривания различных пород. Лёсс представляет собой пористую тонкозернистую карбонатную осадочную породу пылевато-суглинистого механического состава, в которой преобладают (50% и более) частицы крупной пыли (0,05-0,01 мм). Илистые частицы содержатся в небольшом количестве, а песчаные частицы крупнее 0,25 мм обычно отсутствуют. Большинство частиц, из которых состоит лёсс, представлено обломками кварца, второе место занимают полевые шпаты и слюды, встречаются глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит и др.). Лёсс имеет палевый или желто-палевый цвет, обладает высокой пористостью (до 50%). При малой естественной влажности лёсс довольно прочен, о чем свидетельствует его способность сохранять устойчивыми вертикальные откосы высотой 10 м и более. Повышение влажности лёсса сопровождается уменьшением его прочности и образованием просадок, блюдцеобразных понижений глубиной до 2-2,5 м. В толще лёсса, достигающей мощности десятков метров, обнаруживаются погребенные почвы, остатки растений и животных, свидетельствующие об условиях его образования. Согласно эоловой гипотезе, лёсс представляет собой отложение пыли, принесенной ветром из пустынных областей в послеледниковый период, или пыли, образовавшейся при раздувании моренных и зандровых отложений ветрами – фенами, переносившими эту пыль во внеледниковую область. В настоящее время против эоловой гипотезы выдвинуто много возражений. Согласно водноледниковой гипотезе, которую разделяют многие почвоведы, лёсс представляет собой осадок большой массы пылеватых, глинистых частиц и карбонатов, отложенный мощными водноледниковыми потоками в приледниковых районах. Согласно почвенной гипотезе, получившей широкое распространение и признание среди геологов, лёсс и лёссовидные породы образуются из наносов различного происхождения – делювиальных, аллювиальных, флювиогляциальных и др. – в результате выветривания и почвообразования в условиях сухого климата и при наличии карбоната кальция. Таким образом, лёссовые породы представляют своеобразную кору выветривания, являясь продуктом геохимического преобразования мелкозернистых карбонат-

ных пород разного состава и генезиса. Почвообразующие породы оказывают большое разнообразное влияние на формирование и свойства почв. Минеральная часть любой почвы тесно связана с минералогическим и химическим составом почвообразующей породы. В почве присутствуют минералы почвообразующей породы, устойчивые к выветриванию. Химический и механический состав почвообразующих пород оказывает большое влияние на физические и химические свойства почв и уровень их плодородия. От механического и химического состава материнских пород зависит интенсивность почвообразовательного процесса. На породах легкого механического состава формируются менее гумусные и более выщелоченные почвы, нежели на породах тяжелого механического состава. На породах тяжелого механического состава сильнее выражены неоднородность почвенного покрова, засоленность и солонцеватость почв. Всестороннее изучение почвообразующих пород имеет первостепенное значение для определения генезиса и многих существенно важных генетических и агропроизводственных свойств почв.

В почвообразовании принимают участие высшие зеленые растения микроорганизмы, высшие позвоночные животные и мелкие беспозвоночные животные (членистоногие, моллюски, черви, простейшие). Наиболее видная роль в почвообразовании из перечисленных групп организмов принадлежит растительности и особенно высшим зеленым растениям. Только высшие растения и некоторые микроорганизмы (фотосинтезирующие бактерии и почвенные водоросли) являются первичным источником органического вещества в почве. Все остальные организмы, являясь генеротрофами, живут за счет готового органического вещества, перерабатывая его в процессе своей жизнедеятельности. Высшие растения оказывают влияние на почвообразование как в период своего роста и развития, так и после отмирания, когда их надземные и корневые остатки попадают на поверхность или в толщу почвы. Растения совместно с животными активно осуществляют и поддерживают превращения и передвижения веществ и энергии.

15

16

2.2. Растительный и животный мир

Распространение микроорганизмов в почве зависит от многих условий, из которых наиболее важное имеют наличие органического вещества и элементов пищи, влажность, температура, реакция среды, окислительно-восстановительный потенциал и др. В силу того что разные типы почв формировались в различных природных условиях (климат, растительность, рельеф, материнские породы и др.) и характеризуются неоднородностью химического состава и свойств, то понятно, что они представляют собой весьма различную среду для жизнедеятельности микроорганизмов. В разных же почвенных условиях и развивающаяся микрофлора имеет известные различия как по качеству представленных групп, так и по количеству встречающихся организмов. Велика роль почвенных микроорганизмов при синтезе и распаде гумуса почвы, в создании почвенной структуры и других почвенных процессах. Почвенная фауна весьма многочисленна и разнообразна. К животному миру, принимающему активное участие и в жизни почвы, относятся различные представители простейших, беспозвоночных и позвоночных животных. В почве наряду с микрофлорой довольно широко распространены различные представители простейших животных организмов, обозначаемые общим термином Protozoa. К ним относятся жгутиковые (Flagellata), корненожки (Rhizopoda) и инфузории (Ciliata). По способу питания простейшие большей частью являются гетеротрофами. Широта распространения простейших необычно велика, они обнаружены во всех почвах независимо от типа и географического местонахождения. Являясь аэробными организмами, простейшие более широко представлены в верхних горизонтах почвы. Среди беспозвоночных животных особенно большая роль в процессах почвообразования и создания плодородия почвы принадлежит дождевым червям. Количество дождевых червей на гектар почвы колеблется от сотен тысяч до нескольких миллионов. Большая численность дождевых червей наблюдается в верхних гумусовых и пахотных горизонтах почвы. В почвах, обогащенных продуктами жизнедеятельности дождевых червей – капролитами, значительно повышается содержание гумуса, увеличивается сумма обменных оснований, снижается кислотность почв. Почвы, содержащие капролиты червей, обладают и более водопрочной структу-

рой. Таким образом, дождевые черви улучшают не только физические свойства и структуру почвы, но и ее химический состав. Насекомые (муравьи, жуки и др.) разрыхляют и улучшают ее физические и водные свойства. Насекомые, принимая активное участие в переработке растительных остатков, способствуют обогащению почвы гумусом и минеральными веществами. Среди позвоночных, принимающих активное участие в процессах почвообразования, наибольшая роль принадлежит грызунам. Все грызуны роют в почвенной толще норы, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли. Некоторые из них образуют в почве так называемые кротовины – ходы, засыпанные массой почвы или породы.

17

18

2.3. Элементы климата Участие климата в почвообразовании проявляется в воздействии на почву и заселяющие ее организмы выпадающих осадков, газов атмосферы (O2, N2, CO2), паров H2O и др. и притекающей солнечной энергии. Климат оказывает прямое и косвенное влияние на почвообразовательный процесс. Прямое влияние сказывается в непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы влагой атмосферных осадков и ее промачивание; нагревание и охлаждение). Наличие морозного периода обусловливает промерзание почвы, прекращение биологических и резкую подавленность физикохимических процессов. Косвенное влияние климата проявляется через его воздействие на растительный и животный мир. Климатические условия земного шара закономерно изменяются от экватора к полюсам, а в горных странах – от подножия к вершине. В этом же направлении закономерное изменение испытывает состав растительности и животных. Взаимосвязанные изменения столь важных факторов почвообразования влияют на распространение основных типов почв. Следует подчеркнуть, что влияние элементов климата, так же как и всех других факторов почвообразования, проявляется лишь во взаимодействии с другими факторами. Так, например, в условиях высокогорной альпийской зоны количество осадков примерно такое же, как в условиях таежной зоны, однако одинаковое количество в первом и во втором случаях не обусловливает одинаковый тип почв: в альпийской

зоне развиты горно-луговые, а в таежной – подзолистые почвы. 2.4. Рельеф Для правильного понимания роли рельефа в почвообразовании необходимо различать три группы рельефа – макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф. Под макрорельефом понимают самые крупные формы рельефа – равнины, плато, горные сооружения. Все они оказывают влияние на движение воздушных масс и формирование климата. В горах возникает вертикальная зональность климата, растительности и почв вследствие понижения температуры воздуха с высотой. Воздушные массы, приближаясь к горам, медленно поднимаются и постепенно охлаждаются, что способствует выпадению осадков. Перевалив через горы, те же воздушные массы, опускаясь, нагреваются и становятся сухими. Возникновение макрорельефа связано главным образом с тектоническими явлениями в земной коре. Под мезорельефом понимают формы средних размеров – увалы, холмы, лощины, долины, террасы и т.д. Они выступают прежде всего как фактор, перераспределяющий влагу атмосферных осадков на земной поверхности и регулирующий соотношение вод, стекающих по поверхности и просачивающихся в почву. Далее они определяют направление просачивания и стока внутрипочвенных вод, который на плоских участках направлен вертикально, а на склонах иногда параллелен их поверхности. Мезорельеф оказывает также влияние на распределение тепла. Поверхности разного наклона и разной экспозиции получают через прямое лучепоглощение разное количество солнечной радиации. Это особенно заметно в условиях холодного климата. Наконец, мезорельеф определяет развитие почвенно-эрозионных процессов. Образование мезорельефа связано в основном с экзогенными геологическими процессами (денудационные процессы, образование континентальных отложений), на которые оказывают большое влияние медленные поднятия и опускания отдельных участков суши. Особенно большое влияние оказывает мезорельеф на формирование водного режима почв. В настоящее время различают по положению в рельефе и по определяемому им перераспределению атмосферных осадков 19

следующие группы почв, которые называются также рядами увлажнения. Автоморфные почвы, формирующие на ровных поверхностях и склонах, в условиях свободного поверхностного стока вод, при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 6 м). Полугидроморфные почвы, формирующиеся при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м (капиллярная кайма может достигать корней растений). Гидроморфные почвы формируются в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы). Эти подразделения очень важны при мелиорации почв и учитываются их классификации. Под микрорельефом понимают мелкие формы рельефа – бугорки, понижения, западины, возникающие на ровных поверхностях рельефа вследствие просадочных (суффозионных) явлений, мерзлотных деформаций или других причин. На склонах микрорельеф иногда определяется сползанием почвенно-грунтовых масс и почвенно-эрозионными процессами. Образование микрорельефных форм в какой-то степени сопряжено с явлениями почвообразования, в то же время они сами влияют на формирование почв, обусловливая значительное перераспределение влаги, скопление ее в западинах и глубокое промачивание, часто до грунтовых вод. Даже самые мелкие западины резко дифференцируют увлажнение. Различие в увлажнении вызывает изменение пищевого и солевого режимов по элементам микрорельефа. Все это приводит к развитию различной растительности к существенным различиям в синтезе и разложении органического вещества и в конечном счете к образованию разных почв на элементах микрорельефа. Поэтому микрорельеф служит причиной образования почвенных комплексов, когда на очень близком расстоянии (один или несколько метров) возникают почвы различных типов, часто чередующиеся друг с другом. 2.5. Возраст 20

Материнская порода превращается в почву только при длительном проявлении почвообразовательного процесса. Следовательно, время, в течение которого идет этот процесс и формируется та или иная почва, то есть ее возраст, является существенным фактором почвообразования. Возраст данной почвы исчисляется с момента начала почвообразовательного процесса. В.В. Докучаев рассматривал в качестве особого фактора почвообразования время. По современным взглядам время имеет более общее значение. Оно является всеобщей координатой развития всех процессов и явлений в природе и обществе. 2.6. Воды Вода является средой, в которой протекают многочисленные химические и биологические процессы в почве. Для большей части почв на междуречных пространствах основным источником воды служат атмосферные осадки. Однако там, где грунтовые воды расположены неглубоко, они оказывают сильное воздействие на почвообразование. Под их влиянием меняется водный и воздушный режимы почв. Грунтовые воды обогащают почвы химическими соединениями, которые в них содержатся, в отдельных случаях вызывают засоление. В переувлажненных почвах содержится недостаточное количество кислорода, что обуславливает подавление деятельности некоторых групп микроорганизмов. 2.7. Деятельность человека От всех остальных факторов резко отличается влияние на почву человека, точнее человеческого общества. Если влияние природных факторов на почву проявляется стихийно, то человек в процессе своей хозяйственной деятельности действует на почву направленно, изменяет ее в соответствии со своими потребностями. С развитием науки и техники, с развитием общественных отношений использование почвы и ее преобразование усиливаются. Производительная деятельность человека – специфический мощный фактор воздействия на почву – (обработка, удобрения, мелиорация и т.д.) на весь комплекс окружающих условий развития почвообразовательного процесса (растительность, элементы кли21

мата, гидрологию). 2.8. Вулканизм Влияние вулканической деятельности на почвообразование многообразно. Различают прямое и косвенное влияние. Прямое воздействие – периодическое поступление рыхлого пирокластического материала и других продуктов вулканических извержений на земную поверхность. Периодически повторяющиеся циклы мощных вулканических извержений сопровождаются засыпанием поверхности слоем вулканических песков и пеплов мощностью от нескольких сантиметров до метров. Происходит «омоложение» почв, погребение генетических горизонтов. Мощность почвенного профиля под влиянием пеплопадов непрерывно нарастает, образуется сложный полигенетический профиль. Косвенное влияние вулканической деятельности проявляется через другие факторы: рельеф, растительность, климат. Частые и обильные пеплопады способны полностью уничтожить растительность на больших площадях. Вокруг вулканов образуется вулканическая пустыня с «мертвыми» лесами. Гибель растительности вызывается химическим, механическим и термическим путем. Многообразна рельефообразующая роль вулканизма. Формируются специфические вулканогенные формы рельефа – вулканические конусы, кальдеры, лавовые поля. Пеплопады вызывают раннее снеготаяние и влияют на химический состав осадков. Вулканизм является мощным фактором почвообразования в районах, где извергались и извергаются вулканы.

2.9. Роль и взаимосвязь факторов почвообразования Факторы почвообразования, как видно из приведенного изложения оказывают специфическое воздействие на образование почв и не могут быть заменены друг другом. Каждый из них играет свою роль в процессах обмена материей и энергией между почвой 22

и окружающей ее средой. От солнечного излучения почва получает тепловую энергию, из атмосферы – воду, кислород. Рельеф вследствие различной экспозиции склонов трансформирует поступление солнечной энергии и под влиянием силы тяжести обусловливает перераспределение влаги и передвижение почвенного раствора. Почвообразующие породы определяют состав минеральной массы почвы на первых этапах ее развития. Биологические факторы вносят в почву высокомолекулярные органические соединения, влияют на водный, газовый и тепловой режимы и обусловливают течение в почве сложных биохимических реакций. Развитие в почве биологических и биохимических процессов позволяет рассматривать почву как особое естественноисторическое тело. В этом смысле биологическим процессом в почвообразовании принадлежит особая, ни с чем не сравнимая роль. Факторы почвообразования в природе тесно связаны друг с другом, и их раздельное рассмотрение является в известной степени научной абстракцией, необходимой для понимания элементарных явлений почвообразования. На самом же деле они сочетаются в природные комплексы, обусловленные сопряженным развитием. Выделяются два главных комплекса (или цикла) развития в жизни природной среды – биоклиматический и биогеоморфологический. Биоклиматический цикл развития обусловлен общепланетарными, или космическими, причинами; растительность и почвы в этом цикле эволюционируют вместе с климатом. Биогеоморфологический цикл развития связан с геологическими процессами, и в нем растительность и почвы эволюционируют вместе с развитием рельефа. 3. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 3.1. Основное свойство почвы и отличие ее от горной породы. 3.2. Что такое почвообразовательный процесс? 3.3. Слагаемые почвообразовательного процесса. 3.4. Что лежит в основе почвообразовательного процесса? 3.5. В чем сущность почвообразовательного процесса? 23

3.6. Перечислить факторы почвообразования. 3.7. Функциональная зависимость между почвой и факторами почвообразования (формула). 3.8. Почвообразующие породы. 3.9. Магматические породы. 3.10. Метаморфические породы. 3.11. Осадочные породы. 3.12. Три группы осадочных пород. 3.13. Классификация грубообломочных пород. 3.14. Элювиальные породы. 3.15. Делювиальные отложения. 3.16. Пролювиальные отложения. 3.17. Аллювиальные отложения. 3.18. Озерные отложения. 3.19. Ледниковые отложения. 3.20. Флювиогляциальные наносы. 3.21. Озерно-ледниковые отложения. 3.22. Эоловые породы. 3.23. Морские четвертичные отложения. 3.24. Покровные суглинки. 3.25. Лёсс. 3.26. Влияние климата на почвообразование. 3.27. Влияние растительности на почвообразование. 3.28. Влияние микроорганизмов на почвообразование. 3.29. Влияние животного мира на почвообразование (простейшие, беспозвоночные и позвоночные животные). 3.30. Влияние на плодородие почвы дождевых червей. 3.31. Влияние рельефа на почвообразование. 3.32. Группы форм рельефа. 3.33. Характеристика форм рельефа. 3.34. Группы почв по положению в рельефе. 3.35. Возраст почвы как фактор почвообразования. 3.36. Влияние атмосферных осадков и грунтовых вод на почвообразование. 3.37. Влияние производственной деятельности человека на почвы. 3.38. Вулканизм и почвообразование. 3.39. Прямое и косвенное влияние вулканизма на почвообразование. 3.40. Взаимосвязь факторов почвообразования. 24

СОДЕРЖАНИЕ ЛИТЕРАТУРА 1. Глазовская М.А. Почвы мира. Т. I, II. – М.: Высшая школа, 1974. 2. Дербенцова А.М., Ивлев А.М. Эрозия и мелиорация на Дальнем Востоке. – Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1986. 3. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. – М.: Изд. центр «ВЛАДОС», 1999. 4. Зонн С.В., Карпачевский Л.О., Стефин В.В. Лесные почвы Камчатки. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. 5. Ивлев А.М. Сто вопросов – сто ответов. Все о почвах. – Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1995. 6. Классификация и диагностика почв СССР. – М.: Колос, 1977. 7. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса. Кн. 2. – М.: Наука. 1973. 8. Почвоведение / Под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. – М.: Высшая школа, 1989. 9. Практикум по почвоведению / Под ред. проф. И.С. Кауричева. – М.: Колос, 1980. 10. Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении. – Новосибирск: Наука, 1971. 11. Розанов Б.Г. Генетическая морфология почв. – М.: МГУ, 1975. 12. Соколов И.А. Вулканизм и почвообразование. – М.: Наука, 1973. 13. Таргульян В.О. Почвообразование и выветривание в холодных гумидных областях. – М.: Наука, 1971.

25

Предисловие………………………………………………….

3

1. Почвообразовательный процесс………………………….

4

2. Факторы почвообразования………………………………

7

2.1. Почвообразующие породы…………………………

8

2.2. Растительный и животный мир……………………

16

2.3. Элементы климата………………………………….

18

2.4. Рельеф……………………………………………….

19

2.5. Возраст………………………………………………

21

2.6. Воды…………………………………………………

21

2.7. Деятельность человека…………………………….

21

2.8. Вулканизм…………………………………………..

22

2.9. Роль и взаимосвязь факторов почвообразования...

23

3. Вопросы для самопроверки……………………………….

24

Литература……………………………………………………

25

26

Кузякина Тамара Ивановна ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ Часть 1 Методические указания к практическим работам по дисциплине «Почвоведение» для студентов технологического факультета В авторской редакции Компьютерный набор Кондрич Л.В. Верстка, оригинал-макет Бабух Е.Е. Лицензия ИД № 02187 от 30.06.00 г. Подписано в печать 04.07.2003 г. Формат 61*86/16. Печать офсетная. Гарнитура Times New Roman Авт. л. 1,18. Уч.-изд. л. 1,37. Усл. печ. л. 1,94 Тираж 25 экз. Заказ № 124 Редакционно-издательский отдел Камчатского государственного технического университета Отпечатано полиграфическим участком РИО КамчатГТУ 683003, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35

27

28