Почвообразовательный процесс

Определение "Почвообразовательный процесс" в ЭБНБ

Развитие почвы из горной породы совершается под влиянием одновременно протекающих на земной поверхности процессов выветривания и почвообразования.
При выветривании горная порода из сплошной превращается в рыхлую породу, представляющую собой пористое тело, обладающее большой проницаемостью и ничтожной влагоемкостью. Выделяющиеся в процессе выветривания растворимые соединения элементов минерального питания растений поступают в большой геологический круговорот веществ в природе (между сушей и океаном) и уносятся вместе с атмосферными осадками в реки и моря. Таким образом, конечный продукт выветривания - так называемая почвообразующая, или материнская, порода - не обладает большой и устойчивой влагоемкостью, элементы зольной пищи растений из нее совершенно вымыты, кроме того, там нет азота.
Процесс почвообразования - это биологический процесс, возникающий и развивающийся только под воздействием живых организмов, главным образом высших растений и микроорганизмов.

Корни поселившихся в горной породе растений, проникая на значительную глубину и охватывая большой объем, извлекают из почвы рассеянные элементы зольного питания (фосфор, серу, кальций, магний, калий и др.) и азот, появление которого в породе вызвано результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Используя углекислоту воздуха, воду, зольные элементы, азот и лучистую энергию солнца, растения синтезируют органическое вещество. Остатки отмерших растений, содержащие зольные элементы, откладываются на поверхности породы и в ее верхнем слое. Они служат источником пищи и энергии для микроорганизмов.

В процессе микробного разложения одна часть органических остатков превращается в новые органические вещества - гумусовые, которые медленно разрушаются микроорганизмами, накапливаясь в верхнем слое породы, другая часть минерализуется, освобождая элементы азотного и зольного питания. Последние переходят в раствор, образуя новые, менее подвижные соединения с минеральной частью породы и гумусовыми веществами, и поглощаются корнями новых поколений растений.

Таким образом, в результате почвообразовательного процесса рассеянные в породе зольные элементы, а также азот под воздействием высших растений и микроорганизмов концентрируются, проходят ряд биохимических превращений и в новой, менее подвижной форме накапливаются в верхнем слое породы. Следовательно, между растениями и горными породами, превращающимися в почвы, возникает круговорот зольных элементов и азота, вследствие которого в верхнем слое породы происходит постепенное накопление одного из факторов почвенного плодородия - элементов минерального питания

Данный круговорот веществ В. Р. Вильяме предложил называть малым биологическим круговоротом. В отличие от геологического здесь растворимые продукты выветривания и минерализации органических веществ перехватываются растениями в качестве пищи и тем самым частично или полностью задерживаются в породе, концентрируясь в ее верхнем слое. Накопление в верхнем слое породы биологически активных или жизненно необходимых элементов питания растений обусловлено присущей растительным организмам избирательной поглотительной способностью.

Малый биологический круговорот не является полностью замкнутым или сбалансированным циклом. Некоторая часть питательных элементов, освобождающихся при разложении минеральных и органических веществ, которые не использованы растениями, могут вымываться из почвы и поступать в геологический круговорот.

В процессе почвообразования верхние слои породы обогащаются не только минеральными веществами, но и органическими, богатыми химической энергией, которая представляет собой превращенную в процессе фотосинтеза лучистую энергию солнца. При разложении органических веществ отмерших растений химическая энергия расходуется на развитие процессов, которые не могли бы возникнуть без органического вещества в горной породе. Однообразная вначале минеральная масса горной породы постепенно приобретает новый состав, строение, водно - воздушные, тепловые и другие физические свойства и обособляется в особое природное тело - почву.

Основные процессы, способствующие превращению горной породы в почву, следующие:

1. выветривание горной породы и минералов, приводящее к образованию новых минералов и освобождению в доступной форме элементов зольного питания растений;
2. извлечение из материнской горной породы, а в дальнейшем из почвы элементов питания;
3. синтез и накопление в верхних слоях породы остатков растений и животных, минерализация и превращение их в гумусовые вещества (гумификация), сопровождающиеся освобождением и аккумуляцией элементов зольного и азотного питания;

Между продуктами выветривания минералов, минерализации и гумификации органических остатков непрерывно протекают сложные процессы взаимодействия, в результате чего образуются новые соединения, совершенно не характерные для рыхлой горной породы, не затронутой почвообразовательным процессом. Они играют важную роль в формировании почвы и ее плодородия. Такие соединения получаются главным образом ii результате взаимодействия минеральных веществ и гумиковых кислот.

Соли некоторых гуминовых кислот со щелочноземельными металлами, особенно кальцием, нерастворимы в воде. Осаждаясь, они обволакивают пленками минеральные части почвы, склеивают и цементируют их, накапливаются в мелких порах и полостях между частицами. При взаимодействии гуминовых кислот с солями алюминия, железа и другими компонентами минералов образуются сложные органоминеральные соединения, обладающие разной растворимостью, а следовательно, и разной способностью закрепляться на поверхности минеральных частиц.

Продукты взаимодействия минеральных и органических веществ, передвигаясь в толще рыхлой породы, осаждаются на различных глубинах. В результате однообразная материнская порода дифференцируется на ряд слоев, не одинаковых по химическому и механическому составу, физическим свойствам и внешним признакам. Эти слои называют почвенными горизонтами.

В процессе почвообразования образуется гумус. Накопление гумуса в верхних слоях почвы происходит более интенсивно, чем в нижних. В результате этого верхний горизонт приобретает черную, темно - бурую или серую окраску и рыхлость, связанную с образованием структурных комочков. С накоплением гумуса в почве увеличивается содержание питательных для растений элементов. Это происходит вследствие избирательной поглотительной способности растений. Она выражается в том, что растения усваивают не все химические элементы, содержащиеся в целом в почве или в почвенном растворе, а лишь те, которые им нужны для роста. Так, соединений кремния в почвенном растворе находится ничтожное количество, между тем в золе растений они есть. Некоторые растения (злаки, осоки, хвощи, диатомовые) характеризуются как накопители кремнезема; в злаковой растительности степей кремнезем составляет 50 - 70 % массы золы. В крестоцветных и зонтичных растениях серы в 5 - 10 раз больше,чем в других растениях. Плауны содержат алюминия до 30 % массы золы. Солянки пустынных степей и пустынь содержат большое количество хлористого натрия. Некоторые растения накапливают цинк, железо и другие элементы.

При промывании почвы водой (особенно в зонах повышенного увлажнения) почвенный раствор обедняется минеральными элементами, в том числе и кальцием, в результате чего минерально - органические гели становятся неустойчивыми, разрушаются водой и в виде илистых суспензий выносятся из верхних слоев. Почвенный горизонт обедняется, теряет характерную для рыхлых пород окраску (бурую, красно - бурую и пр.), обесцвечивается и становится светло - серым, белесым, в нем увеличивается относительное содержание более крупных почвенных частиц. Горизонт, где происходят указанные процессы, называют горизонтом вымывания, или элювиальным.

Вымываемые сверху илистые суспензии, коллоидально растворимые соединения, а также солевые продукты выветривания и почвообразования осаждаются в глубине почвы. Здесь при взаимодействии поступающих веществ может проходить вторичное образование новых минералов (в частности, глинистых). В первую очередь осаждаются частицы илистых суспензий и коллоидально растворимые вещества. Накопление их внешне выражается в изменении механического состава почвы, уплотнении и потемнении слоя, в котором происходит осаждение. Соли выносятся глубже. Выпадение солей в осадок идет в порядке уменьшения их растворимости: первыми осаждаются наименее растворимые карбонаты кальция и магния, далее следует осаждение сульфата кальция и, наконец, сульфатов, щелочей и хлоридов. Часть солей и гумусовых веществ может быть вовсе вымыта из почвы.
Минеральные соли и другие растворимые вещества могут поступать в почву также и из глубинных слоев с поднимающимися по капиллярам грунтовыми водами.
Горизонты, где осаждаются вещества, поступающие из вышележащих слоев почвы или снизу из горных пород, называются иллювиальными.

Ниже иллювиального горизонта располагается слабо затронутая почвообразованием материнская порода. Все горизонты почвенного профиля связаны между собой общностью происхождения, поэтому их называют генетическими почвенными горизонтами.

Итак, в процессе развития почва приобретает характерное для нее строение, которое выражается в чередовании различных по составу, свойствам и внешним признакам генетических горизонтов, отличных от слоев подстилающих пород. Совокупность подстилающих горизонтов образует генетический профиль почвы.

Одновременно с развитием почвы растет ее плодородие, т. е. способность обеспечивать растения пищей, водой и другими условиями. Количество питательных веществ, доступных корням растений, постепенно увеличивается за счет включения в биологический круговорот зольных элементов, освобождающихся при выветривании минералов, и азота атмосферы, ассимилируемого почвенными азотфиксирующими микроорганизмами. По мере накопления гумуса в форме различных его соединений с минеральной частью возрастает способность почвы поглощать минеральные вещества и удерживать их от вымывания. Одновременно с этим изменяются физические свойства почвы: увеличивается рыхлость, воздухо - и водопроницаемость, влагоемкость.

Из всего сказанного становится ясно, что почвообразование представляет собой сложный механический, физический, биологический и физико - химический процесс. По определению А. А. Роде, почвообразовательным процессом называется совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще.

Почвообразовательный процесс протекает непрерывно, вследствие чего также непрерывно изменяется состав и свойства почвы. Этот процесс слагается из различных и противоположно направленных явлений: синтеза и разрушения органических соединений, синтеза и разрушения минералов, аккумуляции органических и минеральных веществ, их вымывания и т. д. В каждой почве одновременно и взаимно влияя друг на друга протекают противоположно направленные процессы (синтез - разрушение, окисление - восстановление и др.), но интенсивность их в разных почвах неодинакова. Один и тот же процесс в разных горизонтах почвы может проходить с различной скоростью или идти только в одном горизонте. Вследствие этого формируются почвы с различным строением генетического профиля. На структуру и строение почвенного профиля влияют также многочисленные факторы почвообразования.