Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
|
ф акт о р п о ч во образования bПо классификации компонентов биосферы В.И. Вернадского, почвы относятся к биокосному веществу — природным образованиям, представляющим собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов. В почвообразовании участвуют три группы организмов растения, животные и микроорганизмы, образующие сложные биоценозы. В результате их непосредственного воздействия на почву, а также воздействия продуктов жизнедеятельности осуществляются все важнейшие слагаемые почвообразовательного процесса. Роль организмов как фактора почвообразования заключается в том, что они осуществляют следующие процессы синтез и разрушение органического вещества, избирательная концентрация биогенных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и аккумуляция веществ и др. В результате именно организмы определяют формирование важнейшего свойства почвы — плодородия. Круговорот веществ в экосистемах, осуществляемый при участии живых организмов называется биологическим круговоротом. При этом химические элементы из почвы, воды и атмосферы поступают в живые организмы, образуют в них новые сложные соединения и вновь возвращаются в почву, воду и атмосферу в процессе жизнедеятельности живых организмов или после их смерти. Основные показатели биологического круговорота веществ: Биомасса — масса организмов определенной группы или сообщества в целом. Фитомасса — общее количество живого органического вещества в надземной и подземной частях растительного сообщества. Продуктивность — прирост биомассы, созданной за единицу времени. Различают первичную продукцию (биомасса, созданная за единицу времени продуцентами) и вторичную (биомасса, созданная за единицу времени консументами Часть. Об рА Ю вдн и Е почв b181iМертвое органическое вещество — количество органического вещества в отмерших, ноне упавших на почву растениях, торфе, лесной подстилке, степном войлоке и др. Годичный прирост — количество органического вещества, образовавшегося за год в надземной и подземной частях растительного сообщества. Опад — количество органического вещества, отмершего за год. Интенсивность разложения органического вещества — отношение подстилки к опаду зеленой части. Зольность — содержание зольных элементов в растениях (в Главный источник органического вещества в биосфере — растительные организмы, образующие широкое географическое многообразие природных зон, ландшафтов и биогеоценозов. Фитоценозы — основа всей остальной жизни на планете. Преобразование географической оболочки Земли, круговорот веществ в биосфере условно имеют начало от фотосинтеза бесчисленной гаммой органических веществ. Ландшафтно-зональное строение окружающей нас природной обстановки прежде всего связывается с анализом состояния, функционирования и с экологическими последствиями воздействия на природные компоненты растительной биомассы, продуктов жизнедеятельности фитоценозов и веществ, остающихся после жизни растений. В сферу исследований прежде всего включаются следующие показатели фитомасса, мертвое органическое вещество, годичный прирост, опад, интенсивность разложения органического вещества, химический состав и др. (табл. Наибольшее накопление органического вещества происходит в деревянистых растительных формациях. В бореальном и суббореальном климате биомасса лесов 1—4 тыс. ц га. Еще большая масса органического вещества образуется во влажных тропических лесах — более тыс. ц га. Травянистые растительные формации характеризуются несравненно меньшей биомассой даже в высокотравных тропических саваннах биомасса не достигает масштабов северотаежных лесов. Невелика биомасса тундровых и сухостепной растительности. Следует отметить, что большая часть биомассы лесов сосредоточена над землей. В травянистых формациях и пустынях основная часть биомассы заключена в почве (Поданным В. А. Ковды, отношения надземной части к корням характеризуется следующими величинами тайга 4:1; дубравы 2:1, 5:1; Почвоведение bчерноземные степи 1:9, 1:12; горные луга 1:3, 1:40. Общее правило большую часть своей биомассы травянистые растения концентрируют в корневых системах. Образно говоря, травы живут в почвенных горизонтах. Мертвое органическое вещество в современных фитоценозах представлено на поверхности почвы, в лесной подстилке и степном войлоке, а также в отмерших корневых системах. Значительная масса мертвого органического вещества сосредоточена в залежах торфа. Таблица Показатели продуктивности растительности в различных природных зонах, ц/га сухого вещества (по Родину и Базилевич) Природная зона Биомасса Еже годный при рост Ежегод ный опад Запасы органических остатков в подстилке и степном войлоке общая корней Тундра кустарничковая 280 231 24 Ельники центральной тайги 600 70 50 Сосняки южной тайги 636 61 47 Леса буковые 950 130 90 дубовые 960 90 65 Болота сфагновые 40 34 25 Степи луговые 205 112 112 сухие 85 42 42 Полупустыни полукустарниковые 104 95 субтропические 35 25 Саванны высокотравные 666 39 120 115 сухие 113 73 Леса субтропические 820 245 210 гилеи 900 ^ 325 250 20 Часть. Об рл зов Ани Е почв bbШbМертвого органического вещества в 4 раза больше, чем живого, а при учете органического вещества древних биосфер — враз больше. В современной биосфере 80% мертвого органического вещества сосредоточено в полярном и бореальном поясах, наименьшие — в тропическом. Это связано с усилением от полюсов к экватору интенсивности процессов минерализации органического вещества, биологической активности биоценозов. Величина годового прироста в травянистых формациях в ряде случаев выше, чем прирост в лесах, несмотря на столь большую разницу в количестве биомассы лесных и травянистых сообществ. Небольшим приростом характеризуются сухие степи, пустыни, тундра. Величина опада у нормально развивающихся сообществ немо жет превышать величину их прироста. В травянистых формациях величина опада равна величине прироста, ау лесных сообществ опад меньше прироста. Нет прямой связи между величиной опада и биомассой. Лесные формации с огромной биомассой имеют опад часто меньше, чем травянистые. Не вся масса органического вещества, составляющая годовой опад, подвергается преобразованию. Об интенсивности кругооборота можно судить по величине неразложившегося органического вещества, сохраняющегося на поверхности почвы. Так, в тайге количество мертвого органического вещества враз больше опа да, в широколиственном лесу — в два раза, в степи — примерно одинакова, а во влажных тропиках опад разлагается в считанные недели. Об интенсивности обращения химических элементов или интенсивности биологического круговорота веществ судят по отношению массы мертвого надземного органического вещества (лесная подстилка, степной войлок) к ежегодному опаду. Это отношение имеет следующие величины: заболоченные леса > 50; кустарниковые тундры — 20—50; темнохвойная тайга — 10—17; широколиственный лес — 3—4; степи — 1—1,5; субтропический лес — 0,7; саванны — влажный тропический лес <0,1. 184 ПОЧВОВЕДЕНИЕ Несмотря на громадную биомассу и соответственно массу опада, способность тропического леса разлагать органическое вещество в десятки раз превышает его поступление. Неоднороден химический состав биомассы различных биоцено зов (табл. 33). Тайга — это обилие клетчатки, дубильных веществ, смол, незначительная зольность, мало белковых соединений. В лиственных лесах зольность увеличивается, несколько повышается количество белков, меньше углеводов. В травянистых формациях резко увеличивается содержание белков, зольность опада. И особенно воз- Таблица 33 Зольность и химический состав органических остатков на сухую беэзольную массу Организмы Зола, % Белки и родственные им веще ства Углеводы Лигнин Липиды, дубильные ве щества гемицел люлозы, пектиновые веще ства Целлю лоза Бактерии 2-10 40-70 Есть Нет 0 Водоросли 10-15 50-60 5-10 Лишайники кустистые и пластинчатые 3-5 60-80 5-10 8—10 Мхи 5-10 30-60 Папоротникообразные 4-5 20-30 20-30 20-30 Хвойные древесина ОД-1 0,5-1 15-25 45-50 25-30 хвоя 3-8 15-20 15-20 20-30 Лиственные древесина ОД-1 0,5-1 20-30 40-50 20-25 листья 4-10 10-20 15-25 20-30 Многолетние травы злаки 5-12 25-35 25-40 15-20 бобовые 10-20 15-25 25-30 15-20 2-10 Часть. Об рл эо вА ни Е поч врастает белковое содержание в растительных остатках у пустынных растительных формаций. Функционирование и географическое распределение зооценозе на суше в решающей степени определяются свойствами растительного покрова. Зеленые растения (продуценты) лежат в основе всего экологического разнообразия животных. Видовое разнообразие консументов, их численность и биомасса зависят от следующих свойств фитоценозов: объем, масса продуцируемого органического вещества, способность удовлетворять пищевые потребности растительноядных животных особенности химического состава или пищевая ценность растительного материала. С учетом этих экологических особенностей на Земле можно выделить два основных растительных сообщества — деревянистая и травянистая растительность. Леса, несмотря на обилие биомассы, значительную часть органического вещества накапливают непоедаемой животными части растений. В травянистых же сообществах в естественных условиях весь годичный прирост и его полное поедание животными служило основой нормального функционирования биогеоценоза. Численность же травоядных регулировалось годовым объемом произрастающих растений. В современных степных заповедниках для более или менее приближенного к естественным условиям существования биогеоценоза роль травоядных частично заменяют систематическими укосами. Различен и пищевой состав деревянистых и травянистых растений. Травы отличаются большим содержанием протеинов и зольных элементов, те. большей пищевой ценностью, чем деревья. Таким образом, травянистая растительность является более благодатной основой для обитания животных. Их видовой состав и биомасса во многом определяются продуктивностью травянистых сообществ, которая зависит от климатических условий. Совершая вертикальные миграции в почве, животные заносят растительные остатки в глубокие горизонты и перемешивают органические и минеральные частицы. Передвижения животных способствуют улучшению условий аэрации почвы, что в свою очередь стимулирует аэробные процессы разложения органических остатков. Беспозвоночные играют важную роль в разложении и минерализации остатков позвоночных животных 1 8 Почвоведение bБольшинство микроорганизмов почвы относятся к редуцентам, осуществляющим минерализацию органических веществ, замыкая биологический круговорот веществ. При анализе биомассы микроорганизмов учитывают бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли. Жизненный цикл короткий. Усваивая из окружающей среды необходимые элементы для построения своих тел, микроорганизмы вскоре отмирают и разлагаются. Этим обусловливается быстрое обращение элементов в биологическом круговороте. Актуальная масса микроорганизмов невелика. Однако при учете продуктивности микробной массы она равна либо превышает фитомассу в 1,5—2,0 раза. Например, в черноземах микробная масса достигает 20—50 т /га/го д . * V 2 .1 .4 . Почв о образующие bbп о роды bbк а к ф акт о р ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В почвоведении используется следующие понятия кора выветривания, почвообразующая или материнская порода, подпочва и подстилающая порода. К оравы вет ривания — верхние горизонты горных пород, в которых протекают процессы физического, химического и биологического выветривания. Почвообразование приурочено к верхней части коры выветривания или полностью занимает ее при формировании почв на каменистых геологических субстратах. Различают два основных типа коры выветривания сиаллитную, распространенную в регионах с умеренно-влаж ным бореальными суббореальным климатом, для нее характерны образование глинистых минералов, преимущественно монтмориллонитовой группы и гидрослюд, сохранение наиболее устойчивых первичных минералов аллитнуЮу формирующуюся в условиях влажного субтропического и тропического климата, для которой характерно господство вторичных минералов группы гидроокисей железа и алюминия, почти полное разрушение первичных минералов (кроме кварца, вынос оснований и кремнезема в составе глинистых минералов преобладают каолинит или галуазит. Такой состав кор выветривания наследуется почвенным покровом ландшафтов соответствующих поясов Часть II. ОбрлэовлниЕ почв 187 П очвообразую щ ая (или материнская) порода это та часть коры выветривания, из которой образовалась почва. Вполне приемлема и другая интерпретация определения под материнскими или по чвообразующими породами следует понимать геологические породы, находящиеся у дневной поверхности, из которых образовалась почва в результате жизнедеятельности поселившихся на них организмов. Подпочва— часть коры выветривания, на которой залегает почва. На рыхлых горных породах подпочва, как правило, совпадает с материнской породой. Подстилающими породаминазываются те геологические образования, на которых залегают материнские породы и подпочвы. В случае формирования почв на каменистых породах почва может залегать непосредственно на подстилающей породе. По происхождению почвообразующие породы подразделяют на две группы четвертичные — молодые осадочные породы, и дочет- вертичные, или коренные, — древние массивно-кристалические, метаморфические и осадочные породы, образовавшиеся до четвертичного периода. В качестве почвообразующих пород могут выступать следующие типы четвертичных отложений элювиальные породы, или элювий, — продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования делювиальные породы, или делювий, — представляет собой наносы, отложенные на склонах дождевыми или талыми водами в виде пологого шлейфа пролювий формируется в горных странах временными водными и селевыми потоками значительной силы аллювиальные породы, или аллювий представляет собой осадки речных водных систем озерные ленточные отложения накапливались в озерных депрессиях древнего происхождения ледниковые моренные отложения — продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледниковыми массами флювиогляциальные, или водно-ледниковые наносы песчаного состава, образованные потоками воды тающих ледников покровные суглинки и глины — отложения, остающиеся на месте тающих масс льда 1 8 8 fcito*;* Поч ВОВЕ ДЕНИ E • лессы и лессовидные породы — суглинки и глины вне ледниковых равнин различного генезиса, расположенные в субборе- альном и субтропическом поясах вне лесных зон эоловые пески образуются ветром в рельефных формах бугров, дюн, барханов морские отложения, часто засоленные, формируются в результате поднятия и выхода на поверхность морского дна а также дочетвертичные древние коры выветривания чаще всего аллитного типа. Все четвертичные отложения как почвообразующие породы имеют свою особую генетическую природу, специфический минералогический состав, химические, физические свойства и морфологическое строение. Это отражается насущности почвообразовательных процессов ив конечном итоге на особенностях почв и их плодородии. Твердая фаза минеральной части почвы на 90—99% наследуется от материнской породы. Минералогический, химический и гранулометрический состав почвы зависит от исходной почвообразующей породы, но может несколько изменяться в процессе почвообразо вания. Свойства исходных пород определяют условия произрастания растений, оказывают большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, заболачивание, засоление и другие процессы. Так, карбонатность пород в таежно-лесной зоне создает нейтральную реакцию среды, способствует формированию гумусового горизонта, его оструктуренности. Повышенное содержание водорастворимых солей приводит к образованию засоленных почв. Породы различаются по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы и т. д. В крупномасштабных классификационных построениях всегда указывается материнская порода как таксономическая единица на уровне разряда. Например, чернозем на покровном суглинке, чернозем на лессовидной глине, подзол на моренном суглинке, дерново- подзолистая почва на озерной ленточной глине и т. д. Подчеркнем основные закономерности почвообразования в связи с особенностями материнских пород. Типичное зональное почвообразование во внетропических областях происходит на суглинистых и глинистых материнских породах Часть II. ОбрдзовАНИЕ почв 189 различного происхождения, сиаллитного состава, не осложненных соленакоплением и слитогенезом. Чаще всего это лессовидные отложения, покровные и моренные породы, аллювиальные, в том числе древнеаллювиальные наносы и т. д. Зональный спектр почвообраакь вания приурочен именно к этим почвообразующим породам. Любая материнская порода претерпевает изменения в направлении, определяемом биоклиматическими особенностями почвообразования, которые в конечном итоге приводят к образованию соответствующих зональных почв или их интразональных составляющих в связи с особенностями минералогии и химизма пород, рельефа местности и гидрологического режима территорий. Особенно велико влияние свойств материнской породы на характер почвообразования на первых стадиях развития. Молодые слаборазвитые почвы водной и той же физико-географической обстановке резко контрастны по своим свойствам на разных почвообра зующих породах. С наступлением зрелости почвенных образований, вхождением почвенных масс в климаксное равновесное состояние с окружающей средой почвенная контрастность значительно ослабевает и почва приобретает типичные зональные черты, хотя и сохраняет до некоторой степени особенности характера почвообразующей породы. Сохранность исходных свойств материнских пород в процессе почвообразования зависит от биоклиматической напряженности экологической ситуации ив первую очередь, от условий увлажнения и термических факторов среды. Во влажных тропиках гилеи почвы и коры выветривания почти полностью теряют свою исходную геологическую природу, сохраняя в неизменном виде практически только минералы кварца (S i0 2). 5. Все суглинистые и глинистые материнские породы в той или иной степени несут в себе некоторые следы древних почвообразовательных процессов в виде вторичных глинистых минералов, остаточных количеств гумусовых веществ, микроморфологических почвенных новообразований (окислы железа и марганца, карбонаты и др, следов проявления биологической активности и т. д. Почвообразую щим породам присущи начальные признаки плодородия почв. Наиболее экологически приемлемыми для растений считаются лессы и лессовидные суглинки. Продуктивная реакция различных растений на особенности почвообразующих пород неодинакова 190 Почвов! |