Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
|
ОбрлзовАниЕ почв 205 ляции карбонатов в почвообразующих породах черноземной полосы. Карбонаты включаются в элементарный почвообразовательный процесс выщелачивания и формируют иллювиально-десуктивный горизонт новообразований, который рассматривается как существенная черта строения профиля черноземов. В некоторых местах предгорий Северного Кавказа наблюдаются древнеферраллитные коры выветривания третичного времени, являющиеся почвообразующими породами современных бурых и коричневых лесных почв 2.2. ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ .2 .1 . Концепция процессов почвообразования В ОБЩЕЙ ТЕОРИИ генезиса почв Почвообразовательный процесс представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, формирующих самостоятельное биокосное тело в поверхностном слое земной коры — почву. Почвообразование совершается под влиянием солнечной энергии при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада скорой выветривания, содержащей воду и воздух. Сущность почвообразовательного процесса определяют два противоположных и взаимосвязанных комплекса биохимических, химических, физических, физико-химических процессов — поглощение живыми организмами минеральных веществ из окружающей среды и воздействие на окружающую среду живых организмов, продуктов их жизнедеятельности и распада. В порядке усложнения и генетической результативности почвообразовательные процессы объединяются в следующие три группы простейшие микропроцессы; — элементарные почвенные процессы (ЭПП); — общие (тотальные) макропроцессы. Простейшие микропроцессы представляют, как правило, различные противоположно направленные явления. Главная черта этих процессов они не оставляют в почвах в данный момент заметных морфологически выраженных признаков. Можно назвать следующие пары явлений, свойственных генезису почв: Поглощение живыми организмами из почвы минеральных соединений и синтез органического вещества. Выделение живыми организмами в почвенный покров и почвенную атмосферу органических и минеральных соединений Часть II. ОбрАэовдниЕ почв 205 Разложение и минерализация органических остатков. Синтез из органических и минеральных соединений гумусовых веществ по чвы. Подкисление почвенных растворов органическими кислотами, про дуцируемыми организмами при жизни, освобождающимися после отмирания и образующимися при гумификации. Нейтрализация почвенных растворов при обменных реакциях водорода органических кислот с основаниями, освобождающимися при минерализации органических остатков и разложении первичных минералов. Разрушение первичных минералов почвообразующей породы. Синтез вторичных минералов и органо-минеральных комплексов. Коагуляция органических, органо-минеральных и минеральных коллоидов, образование устойчивых агрегатов. Пептизация почвенных коллоидов, разрушение агрегатов. Гидратация минеральных соединений. Дегидратация этих со единений. Окислительные процессы, идущие при свободном доступе кислорода в почвенную толщу или при отсутствии дефицита кислорода в почвенных водах. Восстановительные процессы при постоянном или периодическом застое влаги и недостатке кислорода. Движение растворов вверх и накопление подвижных соединений в верхней части профиля. Движение растворов вниз, растворение и вынос подвижных соединений. Поглощение элементов органогенов живыми организмами и биогенное их накопление в верхних горизонтах почв. Растворение ивы нос элементов биогенной аккумуляции. Адсорбция почвенными коллоидами и живущими в почве живыми организмами газов почвенной атмосферы. Десорбция газов, их выделение в процессе дыхания и при разложении растительных остат ков. Дифференциация почвенного профиля и формирование различных по составу и свойствам генетических горизонтов. Нарушение строения почвенного профиля при физико-механических деформациях в результате деятельности почвенных животных и перемещениях почвенной массы. Элементарные почвообразовательные процессы (ЭПП) представляют сочетание взаимосвязанных биологических, химических и Почвоведение физических явлений, протекающих в почвах и являющихся главными составляющими почвообразования в целом. Это конкретные явления, механизмы и процессы, приводящие к образованию того или иного признака почвы, например, гумусового горизонта, солонцеватости почвы, горизонтов карбонатных новообразований или гипса и т. д. По своей сущности ЭПП является проявлением многолетнего суммирования веществ и энергии простейших микропроцессов. До настоящего времени нет четкой классификации элементарных почвообразовательных процессов. Разные авторы неодинаково представляют их содержание по объему и сущности явлений. Часто вызывает нарекания термин элементарные. Его следует понимать не в смысле элементарной простоты, а как составляющий компонент (элемент) более сложных тотальных явлений, формирующих почвенное тело, целостное самостоятельное природное образование. Общие (тотальные) макропроцессы формируют определенные почвенные индивидуумы (типы, подтипы и др. В почвоведении они рассматриваются как черноземообразование, подзолообразование, бу- роземообразование, солонцеобразование и т. д. Чернозем, подзол или солонец образуются в результате определенного совместного воздействия нескольких элементарных почвообразовательных процессов. Прецессионный подход к генезису почв позволяет глубже познать их производственно-генетические возможности. При рассмотрении конкретного почвенного профиля внимание концентрируется на двух-трех ведущих элементарных почвообразовательных процессах, которые формируют тип (подтип) почвы и поддерживают его в равновесии с окружающими внешними факторами. Развитие почвенного типа (подтипа) происходит под воздействием нескольких элементарных процессов, и эти процессы являются главными, определяющими генезис конкретной почвы. Главные процессы могут сочетаться с сопутствующими подчиненными явлениями, нехарактерными для данного почвообразования. Главенство процессов не абсолютно. В зависимости от типов почв и конкретных условий главное может стать второстепенным, подчиненным. Любой почвенный профиль не формируется только каким-либо одним ЭПП. Поэтому явления подзолообразования, черноземообра- зования, буроземообразования, солонцеобразования и другие представляют совокупность ЭПП, приводящих к формированию соответствующих почв Часть II. ОбрдзовдниЕ почв .2 .2 . Преобразование bbиbbн а коп лени е о р га ни чески х в еще ст в в п о ч в ах Органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза и появляющиеся за счет потребления животными и микроорганизмами растительной органики, поступают в почву как продукты жизнедеятельности компонентов биоценоза. Вместе с растительными и животными остатками почвы получают энергию, консервированную фотосинтетическим путем, биогенные элементы, аккумулированные телами растений, а также исходные вещества для образования гумуса. В различных природных зонах объем органического вещества естественных биоценозов, обусловливающих биологический круговорот, неодинаков. Вещества органических остатков в сложнейших процессах превращения претерпевают изменения по двум главным направлениям — минерализации и гумификации. М инер али зац ия. В процессе минерализации сложные органические соединения при участии различных групп микроорганизмов превращаются в простые химические вещества — воду, углекислый газ, соли в виде различных катионов и анионов. В минерализацию вовлекается большая часть органических остатков — до 80—90%. Продукты минерализации попадают в почвенные растворы ив значительной степени становятся источником питания растений, а значит, вновь включаются в биологический круговорот веществ. Скорость минерализации и характер образующихся при этом продуктов зависит от химического состава растительных остатков и условий, в которых происходит разложение. Гум и ф ика ц ия — процесс образования гумусовых веществ. Они образуются из обломков биологических макромолекул или их мономеров, которые оказываются в почве благодаря ее живому населению. Это те же сахара, аминокислоты, белки, целлюлоза, лигнин и другие химические соединения растительных остатков, а также корневые выделения живых растений, которые, попадая в почву, могут подвергнуться полной минерализации, а могут стать источником синтеза гумуса. Гумификация — глобальный процесс, встречающийся во всех без исключения почвах. Это главная и всеобщая черта почвообразования, отражение биологического круговорота веществ в свойствах почв. Если интенсивность разложения растительных остатков слабее, чем их 2 0 Почвоведение поступление, тов верхней части почвы образуются органогенные горизонты лесная подстилка (Ад, степной войлок (Ао), торфяной (Ат. При оптимальном сочетании процессов минерализации и гумификации в результате гумусообразования в почвах формируются гумусово-ак кумулятивные горизонты различного типа и мощности. Разнообразие определяется разнокачественным характером гумификации и сочетанием аккумуляции гумуса с другими процессами. В черноземах и каштановых почвах гумусовый профиль представлен горизонтами А, АВ. Серые лесные почвы характеризуются следующим выбором почвенных гумусовых горизонтов At, AtA2i, AiBti. Подтипы бурых лесных почв неодинаковы по характеру горизонтов кислые и насыщенные почвы — At, A ^ti; лессивированные почвы — Аи Эти гумусовые горизонты являются основой плодородия почв, кладовой их богатства. Гумус — понятие не только химическое и биологическое, но и экологическое в очень широком понимании, от требования отдельного растения до формирования гумосферы Земли. В процессе эволюции жизни при почвообразовании возникло сложное и целесообразное единство растений и почвенных условий, а в более узком смысле — растений и гумуса, с которыми неразрывно связаны многие свойства и явления в почвах. Торф ообразование — процесс накопления медленно гумифи цирующихся и почти не минерализующихся растительных остатков, протекающий в анаэробной среде при избыточном увлажнении. Накопление торфа как одно из важнейших явлений болотного почвообразования может развиваться в разнообразных гидрологических условиях, создающих различный качественный состав конечного продукта, его количество и объем. Торфяные слои формируются прирезком недостатке элементов минеральной пищи (сфагновые верховые болота) и при подтоке грунтовых вод различной минерализации (низинные зеленомховые болота. Особые болота формируются при эвтрофиче- ском зарастании водоемов. Торфообразование наблюдается во всех термических поясах Земли, но наиболее оно выражено и изучено в бореальном влажном климате таежных лесов .2 .3 . Преобразование bbп о ч вен ной bbм асс ы Первичное почвообразование это развитие почвообразовательного процесса на обнаженной горной породе. Оно понимается Часть II. ОбрдзовАниЕ почв 209 как сложный комплекс одновременно протекающих биологических, физических и химических процессов. Воздействие нагорные породы организмов и продуктов их жизнедеятельности стимулирует физические и химические явления. В начальных стадиях первичный почвообразовательный процесс связан с развитием бактериальных и акти- номицетных форм, которые способны разлагать первичные и вторичные минералы с образованием хелатов. При накоплении в первичных почвах органического вещества количество актиномицетов уменьшается и постепенно замещается бактериальной и грибной микрофлорой, развивающейся в соответствии с условиями среды. В результате первичного почвообразования идет разрушение горных породи составляющих их первичных минералов с образованием мелкозема и накоплением элементов — органогенов, а также веществ почвенного гумуса. Формируются почвы с маломощным профилем — литосоли, рендзины, регосоли, ареносоли, пелосоли. Их профиль определяют горизонты АС (Ао — АС) на рыхлых породах и Ад — Д Ад — АД) на плотных породах. Литосоли формируются на плотных массивно-кристаллических бескарбонатных породах (граниты, базальты, диабазы и др, а рендзины — на плотных карбонатных породах (известняки, мергели и др. На рыхлых породах образуются регосоли (суглинистые наносы, ареносоли (песчаные наносы, пелосоли (глины). Изучение процессов первичного почвообразования предоставляет исследователю ценный материал о скорости и этапах развития почвы. Впервые изучение начальных этапов почвообразования было сделано В. В. Докучаевым на древних стенах Староладожского монастыря. Дальнейшее развитие маломощных почв предполагает их эволюцию в зональные. Вместе с почвами развивается и материнская порода увеличивается мощность ее рухлякового слоя. Период формирования полноразвитой климаксной почвы составляет 500—1500 лет. Д ер новый процесс предполагает накопление гумуса и приобретение почвой комковато-зернистой структуры под воздействием травянистой растительности. При этом происходит аккумуляция вверх них горизонтах азота и зольных элементов питания растений, приобретение почвами благоприятных водно-физических, химико-физи ческих свойств. Дерновый процесс связан прежде всего с жизнедеятельностью травянистой растительности и сопутствующей ей разнообразной биотьь Почвоведение Следует признать первостепенное значение дернового процесса как фактора, создающего агрономическое эффективное плодородие почвы. Именно дерновый процесс обусловливает высокое потенциальное плодородие почв и создает благоприятную экологическую обстановку для большинства сельскохозяйственных растений. Из всех растений только травы уникальны как создатели нужного земледельцу плодородия почвы. Причина заключается в их эко- лого-биологической сущности. Травы на 60—90% своей биомассы находятся в почвенных горизонтах, и для них характерно ежегодное поступление всего этого органического вещества в биологический круговорот, в процессы гумификации и минерализации. Велико значение физической разрыхляющей способности корневых систем травянистой растительности, ее структурообразующих функций. Благодаря травам в результате дернового процесса почвенная масса значительно увеличивается в объеме. Например, на черноземах лессовидный суглинок имеет плотность 1,45—1,50, а дерновый горизонт залежной почвы 1,05—1,15. В результате дернового процесса почва как бы растет вверх. В проявлении дернового процесса важную роль играют вещественные химические особенности травянистых биоценозов. Травы богаты азотом и фосфором и отличаются высокой зольностью. О глинивание. Под оглиниванием понимается процесс образования вторичных глинистых минералов типа монтмориллонита, гидрослюд, каолинита, вермикулита, аллофана и других, составляющих илистую фракцию почв. Эти высокодисперсные минералы образуются из первичных минералов путем изоморфных замещений, а также из продуктов распада как первичных, таки вторичных минералов. Применительно к почвам употребительны следующие синонимы оглини- вания: сиаллитизация, оглинение, метаморфизация, внутрипочвенное выветривание, неосинтез глин. В почвах с невыраженными элювиаль но-иллювиальными явлениями в отношении алюмосиликатной части оглинивание обнаруживается по накоплению илистых частиц. Для всех почв большое значение имеет сравнительное изучение минералогического состава ила исходной материнской породы и почвенных горизонтов, а также микроморфологические исследования. Увеличение глинистости почвенной массы является главным генетическим итогом оглинивания. Оглиненные горизонты называются текстурными, или метаморфическими, и обозначаются Bt, ABt. * Часть II. ОбрлэовАниЕ почв 211 Оглинивание — биогеохимический процесс. Наиболее интенсивно он протекает при непосредственном контакте минеральной массы с биологическими системами. Изучение выветривания мусковита, биотита, микроклина под действием корней древесной растительности, почвенных микроорганизмов и грибов показало, что живые организмы способны извлекать К, Mg, Fe из кристаллической решетки первичных материалов. Биологическое выветривание сопровождается изменением типа минерала, например, биотит трансформируется в вермикулит. Кроме биологических факторов при оглини- вании немаловажную роль играют химические и физико-химические процессы замещения катионов, окисления, гидролиза, гидратации, образования осадков, комплексов, и т. д. Поэтому необходимые условия оглинивания — господство положительных температур и достаточного увлажнения, а интенсивность внутрипочвенного выветривания возрастает от полярных областей к тропикам. В аридных условиях и при отрицательных температурах преобладает физическое разрушение пород. Минералы же остаются относительно устойчивыми. В каждой почвенной зоне оглинивание направлено к формированию определенного типа коры выветривания, который представляет завершающую стадию развития, находится в равновесии с окружающими ее компонентами и условиями природного ландшафта и характеризуется типичным минералогическим составом. Зональность процессов выветривания впервые отмечена в работе В. В. Докучаева о зональности в минеральном царстве. Представление о зрелых корах выветривания, характерных для каждой почвенной зоны, обобщил В.М. Фридланд. Для каждой почвенной зоны В.М. Фридланд выделяет различные типы стадийно-незрелых неустойчивых переходных кор выветривания, которые в завершающей стадии развития дают продукты выветривания, значительно более близкие между собой, чем исходные породы. Для большинства почв России характерен сиаллитный (Si-Al-lito) тип оглинивания. При этом типе преобразования минералов коренных пород происходит накопление вторичных глинистых минералов типа гидрослюд, каолинита и монтмориллонита. Преобразование минеральной части почв по сиаллитному типу характерно для черно земов, каштановых почв, серых и бурых лесных почв, дерново-кар бонатных и др Почвоведение Во влажных субтропиках Черноморского побережья тип оглини- вания — аллит-сиаллитный. Здесь происходит обогащение почв минералами окислов железа и алюминия. Почва и материнская порода — самостоятельные тела природы, вместе составляющие кору выветривания. Оглинивание ив почве, ив материнской породе протекает по общему направлению. Почвы всегда развиваются в толще коры выветривания, располагаясь в верхней ее части. При маломощных щебнистых корах выветривания почвенный профиль полностью занимает объем этих кор. Мощные, например тропические аллитные, коры выветривания во много раз превосходят объем почвенной массы. Наблюдаемые современные почвы и приуроченные к ним коры выветривания в решающей степени определяют минералогический состав почвы и направление внутрипочвенного оглинивания. В тоже время почвенные процессы оказывают непосредственное влияние на ход выветривания коры, особенно при проникновении в них почвенных растворов в условиях промывного водного режима. Вопрос о различиях и сходстве в составе минералов между почвами и материнскими породами имеет значение в смысле констатации неодинаковой скорости развития этих природных тел. В зрелых корах выветривания и приуроченных к ним зональных почвах различия в минералогическом составе будут минимальными. В толще коры выветривания скорость процесса оглинивания, те. интенсивность образования вторичных глинистых минералов, неодинакова. Обычно она выше в биологически активных почвенных горизонтах, причем в самой почве характерно обособление более огли- ненного метаморфического текстурного горизонта Bt. Оглинивание наиболее интенсивно в незрелых щебнистых корах выветривания, обогащенных первичными минералами. При высоком содержании в почвах потенциальной части, те. первичных минералов, происходит быстрое накопление глинистых частиц и оглинивание становится важнейшей частью почвообразования. Оглинивание ослабевает, замедляется в почвах и материнских породах тяжелого механического состава, обогащенных вторичными минералами. Отмечено слабое развитие процесса внутрипочвенного выветривания в горизонтах коры выветривания, достигшей зональной зрелости. В этом случае огли нивание не представляет решающего качественного компонента почвообразования . Часть |