ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ПОЧВЫ
Факторы почвообразования. Почва образовалась под воздействием следующих основных факторов:
1) процессов физического и химического выветривания (разрушения и изменения) горных пород;
2) жизнедеятельности растительного и животного мира;
3) климата;
4) рельефа местности;
5) материнской (почвообразующей) породы;
6) возраста почвы;
7) деятельности человека.
В процессе почвообразования каждый из названных факторов влияет не только на темп и направление почвообразовательного процесса, но и друг на друга. В зависимости от условий, в которых создается почва, значение каждого из факторов почвообразования может увеличиваться или уменьшаться. Почва в свою очередь также воздействует на факторы образования, например на материнскую породу, растительный и животный мир, на климат и др.
Роль растений в почвообразовании. Процесс почвообразования по существу начинается лишь с того момента, когда на продуктах выветривания горных пород поселяются растения и микроорганизмы. Растения с глубокой корневой системой, обладающие свойством всасывать растворенные в воде нужные элементы пищи, перемещают минеральные вещества из нижних горизонтов почвы в верхние. Отмершие их части впоследствии. минерализуясь, обогащают почву питательными веществами. Биологический процесс создания и разрушения органического вещества является постоянно действующим фактором накопления питательных веществ в почве.
В верхнем слое почвы скапливаются как минеральные соли, так и органические вещества, включающие азот. Подстилающая материнская порода включается верхней своей частью в поверхностный, или, как его называют, аккумулятивный, перегнойный горизонт, имеющий огромное значение в ‘плодородии почвы. Однако роль растений в образовании почв указанным способом не исчерпывается. Корни растений и другая органическая масса растительных остатков скрепляют почву, предотвращая вымывание ее ценнейшей мелкоземистой фракции. Корневые выделения растений дают пищу многочисленным полезным микроорганизмам, участвующим в почвообразовании. Растительность изменяет климат, микроклимат и водный режим того или иного района, что влияет на почвообразование. Управление процессами создания и разрушения (т. е. минерализации) плодородия почвы — центральная задача земледелия.
Микробиологические процессы в почве. Огромное количество микроорганизмов, обитающих в почве, играет важнейшую роль в почвообразовательном процессе. Микроорганизмы разлагают корни и другие растительные остатки, образуют перегной, чем способствуют накапливанию в верхнем горизонте питательных солей, в том числе и солей азотной кислоты, изменяют физические свойства почвы и, в конечном счете, создают условия, обеспечивающие растения питательными элементами, т. е. повышают плодородие почв.
В::есте с тем в почве имеются микроорганизмы, вызывающие и вредные процессы. Поэтому, познав биологические особенности .микроорганизмов и научившись регулировать их жизнедеятельность, можно направленно изменять ход почвообразовательного процесса.
Все микроорганизмы почвы делят на три группы: 1) анаэробные бактерии; 2) аэробные бактерии и 3) грибы и актиномицеты.
Анаэробный процесс в сочетании с аэробным является важнейшим фактором плодородия. При продолжительном характере анаэробного процесса, что бывает во время длительного заболачивания, в почве накапливаются вредные для растений закисные (FeO и др.) и неокисленные (H2S, СН4 и др.), соединения, разрушаются полезные соли азотной кислоты с выделением свободного азота, который улетучивается: 5С (органического вещества)
+ 4KNO3 = 2К2СО3 + ЗСО22N2.
Аэробные бактерии живут при наличии в почве свободного кислорода. Они принимают участие в различных процессах почвообразования, в том числе вместе с анаэробными бактериями — в разложении азотсодержащих органических веществ до аммиака (аммонификация). Образующаяся при аэробном процессе гуминовая кислота превращается другими формами аэробных бактерий в зольную пищу.
По современным данным, перегной образуется главным образом в аэробных условиях.
Быстрота накопления перегноя, как и степень его минерализации, зависят от сочетания теплового, водного и воздушного режимов почвы. При достаточной обеспеченности почвы этими факторами процесс минерализации преобладает над накоплением перегноя. Так бывает в районах достаточного увлажнения на хорошо аэрируемых почвах. Если в почве не хватает какого-либо фактора, особенно водного, преобладает процесс накопления перегноя. Такие условия чаще всего складываются в черноземной полосе, где влага находится в минимуме.
Регулирование процессов накопления и минерализации перегноя происходит под влиянием частоты обработки почвы (степени ее рыхления), а также под воздействием периодического подпахивания более глубоких слоев и чередования посева различных сельскохозяйственных культур.
Растения могут питаться азотом как аммиачных соединений, так и нитратов. Большинство видов культурных растений способно усваивать азот в виде аммиачных соединений, поэтому очень важен для их питания процесс аммонификации, происходящий в почве с помощью азотобактерий.
Процесс аммонификации происходит как при аэробных, так и при анаэробных условиях, т. е. в почвах и аэрируемых (проветриваемых), и заболоченных. Аммонификация мочевины происходит при помощи уробактерий. Разложение в почве мочевины идет следующим образом:
CO(NH2)2+2Н20 = (NH4) 2CO3 = 2NH3+СО2+H2O.
Превращение аммиачных соединений в нитраты называется нитрификацией. Нитрификация — окислительный процесс, поэтому она происходит только в присутствии кислорода. Этот процесс осуществляется двумя видами аэробных бактерий: Nitrosomonas, превращающих аммиак в нитраты, или азотистую кислоту, — 2NH3+3O2 = 2HNO2+2H2O, И Nitrobacter, превращающих нитриты в нитраты, — 2HNO2+O2=2HNO3. Образованная азотная кислота, соединяясь с основаниями, дает растворимые в воде соли.
Группа азотфиксирующих бактерий обогащает почву азотом за счет поглощения его из воздуха. Азотфиксирующие бактерии делят на две группы: группу бактерий (клубеньковые) Bacterium radicicula. принадлежащую к аэробам, живущую па корнях бобовых растений, и группу, состоящую из анаэробов Clostridium pasterianmn, и аэробов Azotobaeter, живущую в почве свободно, без хозяина.
Поданным академика Д. И. Прянишникова, клубеньковые бактерии клевера ежегодно обогащают почву в среднем до 160 кс азота на I с«, клубеньковые бактерии люцерны —д0 300 кс. люпина —до 160 ко. сои —до 100 кг, вики —до 80 кг, гороха—до 60 кс на 1 са. При хороших условиях азотобактерии в год МОГУТ накапливать азота до 75 кг на 1 га.
Особые группы микроорганизмов (хемотрофные бактерии) переводят труднорастворпмые соединения фосфора и калия в формы, доступные для растений, улучшая этим их питание, окисляют железо (железобактерии), серу (серобактерии), водород. поглощая при этом из воздуха азот
.
Ученые показали, что ризосфера (прикорневая часть почвы) особенно богата микроорганизмами. В ризосфере бактерий в сотни и тысячи раз больше, чем в участках, отдаленных от корня. Объясняется это тем, что растения выделяют в почву белковые соединения (аминокислоты), органические кислоты, неорганические соединения и особые вещества типа витаминов. На этих выделениях появляются микроорганизмы, снабжающие культурные растения минеральными и особыми ростовыми веществами (ауксин и гетероауксин). Ризосферные микроорганизмы. по современным данным, способствуют образованию почвенного перегноя еще при жизни растений. Особенно много полезных микроорганизмов в ризосфере люцерны и других бобовых растений, мало полезных и много вредных микроорганизмов в ризосфере хлопчатника. На 1 га богатой, хорошо окультуренной почвы под люцерной и другими бобовыми растениями находится около 10 т полезной микрофлоры. Почвенные микроорганизмы за вегетационный период в нечерноземной полосе дают 8—12 поколений, а в южных районах—18—27.
Регулировать работу почвенных микроорганизмов можно как путем улучшения почвенных условий, так и заражением почвы соответствующими расами бактерий. Создавая благоприятные условия для жизнедеятельности полезных бактерий и микоризы, необходимо подавлять работу вредных грибов и бактерий. Благоприятные условия микроорганизмы находят в почвах, имеющих хорошие водные, воздушные, тепловые и пищевые свойства.
Роль животных в почвообразовании. Наряду с растениями и микроорганизмами в почвообразовательном процессе существенную роль играют различные животные, особенно беспозвоночные. Они измельчают органические остатки и пропускают их вместе с минеральными частицами почвы через свой пищеварительный аппарат и этим производят глубокие 14 изменения в химических и физических свойствах органических остатков. Животные обогащают почву своими экскрементами, перемешивают ее с рухляком и т. д, О значении животных организмов в почвообразовательных процессах красноречиво говорит следующий факт: только одни лишь земляные черви способны ежегодно пропустить через свой организм до 100 т почвенной массы на площади в 1 га. Благодаря деятельности массы самых разнообразных животных постоянно происходит смешивание органических веществ с минеральными и заметно повышается водо- и воздухопроницаемость почвы. Вследствие этого почва все время рыхлится, перемешивается и перемещается из одних горизонтов в другие. Все это ускоряет и усиливает процессы разложения растительных остатков, происходящие непрерывно в почве.
Роль климата в почвообразовании впервые вскрыл В. В. Докучаев. Он доказал, что почвы располагаются по земной поверхности в строжайшей зависимости от климата.
Распределив все почвы на 5 зон в соответствии с климатическими зонами, В. В. Докучаев показал, что почвенная зональность прослеживается во всем мире. Почвенные зоны бывают горизонтальные, сменяющиеся от экватора к полюсам, и вертикальные, наблюдающиеся в горах по мере поднятия вверх.
Развивая учение В. В. Докучаева о роли климата в почвообразовании, П. А. Достычев и В. Р. Вильямс показали, что и сам климат может изменяться человеком с помощью растений, агротехники и других мероприятий. Так, при наличии на значительных пространствах древесной растительности климат заметно смягчается, становится менее континентальным. Древесная растительность позволяет дольше сохранять влажность воздуха и почвы.
Рельеф местности влияет па механический состав, пищевой, тепловой и водный режимы почвы, темп и характер почвообразования.
В повышенных частях рельефа быстрее идут процессы вымывания и выдувания мелких почвенных частиц, как органических, так и минеральных, поэтому здесь преобладают более грубые, обедненные почвы. Эти почвы отличаются хорошей водопроницаемостью и проветриваемостыо. Грунтовые воды, как правило, стоят глубоко.
В пониженных местах рельефа процесс почвообразования протекает в ином направлении. В этих местах идет непрерывный процесс накопления плодородных илистых частиц за счет выноса их из верхних участков. В почвах пониженного рельефа преобладают наиболее мелкие частицы почвы — илистые и коллоидные элементы, а также скапливается много солей. Грунтовые воды стоят высоко, проветрпваемость и промываемость таких почв плохая.
Материнская порода. Отложения продуктов выветривании коры располагаются на поверхности земли и являются породами, на которых и из которых образовались; и ни называются материнскими или почвообразующими породами. От материнской породы зависят механический состав и в значительной мере реакция почвы, богатство её кальцием и другими элементами, а также скорость и направление почвообразовательного процесса. Материнская порода — важное условие почвообразования, а в отдельных случаях она преобладает над всеми остальными условиями. Объясняется это тем, что сети не считать азота, минеральная часть почвы содержит преимущественно те же элементы, которые входят в состав материнской породы. Поэтому, чем богаче материнская порода и чем лучшими физическими свойствами она обладает, тем плодороднее образующаяся на ней почва. Так, например, карбонатные породы, содержащие много кальция, образуют почвы, богатые этим элементом, с проистекающей отсюда лёссовидной микроструктурой. В лесостепной полосе на богатых карбонатных породах образуются преимущественно черноземные почвы.
На бедных кислых алюмосиликатных, особенно на песчаных породах, в умеренной зоне обычно образуются бедные почвы стороны, разной степени оподзоленности.
При преобладании в материнской породе окиси железа (Fe2O5) в глубоких слоях скопляется апокренат железа, и тогда образуется рудяковый, или ортштейновый, твердый водонепроницаемый горизонт.
На песчаной материнской породе плохо развиваются микроорганизмы и растения, поэтому образуются чаще малоплодородные почвы. На суглинистой и глинистой породах, как более богатых, и почвы образуются более плодородные.
С другой глинистая порода плохо пропускает воду, поэтому почвы, образованные на ней, при неправильной агротехнике могут подвергаться быстрому заболачиванию.
Подавляющая часть материнских пород нашей страны представляет собой валунные и безвалунные суглинки, глины, супеси и пески, преимущественно ледникового осадочного происхождения. Недалеко от морей преобладают морские отложения. Значительное место занимают лёссы, характеризующиеся большим содержанием карбонатов кальция и магния, что делает почвы, образованные на них, сравнительно пористыми, мелкоземистыми.
Наиболее богатыми материнскими породами являются ал- лювиальные (наносные) суглинки, залегающие по берегам рек, и разного рода карбонатные породы (лёссы, лёссовидные суглинки, мергелистые глины, известняки и др.); последними особенно богаты черноземные районы Российской Федерации и Украины.
Менее ценными являются бескарбоиатные суглинки, особенно песчаные отложения, и соленосные породы, которые встречаются в южном Заволжье и Средней Азии.
Возраст почвы. Существенным фактором почвообразования является возраст почвы, так как процесс почвообразования совершается во времени. Ученые-почвоведы различают абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютный возраст почв — это промежуток времени, истекший с момента образования той или пион почвы до современной стадии её развития. Несомненно, что абсолютный возраст почвы находится в неразрывной связи с возрастом страны, на территории которой образовалась данная почва. Естественно, что чем раньше сформировалась почва, тем более длительную историю она имеет, большие изменения претерпела и тем дальше зашел у нее почвообразовательный процесс. В нашей стране в результате последнего обледенения раньше всего освободились из-под ледникового покрова черноземные почвы южных степей, позже — средняя полоса и позже всего северные районы.
В разное время освободилась современная суша и от морей. Особенно молодые почвы встречаются на аллювиальных и делювиальных отложениях. Аллювиальные отложения образуются в устьях и долинах рек в половодья, а делювиальные — в результате переноса продуктов выветривания дождевыми или талыми водами. В понятие «относительный возраст почв» академик В. Р. Вильямс вкладывал различие в стадиях развития почв на конкретной территории, имеющей одинаковый абсолютный возраст.
Производственная деятельность человека. Как только в природный! ход почвообразовательного процесса вмешивается человек, его хозяйственная деятельность резко изменяет направление и темп этого процесса: чем выше производительные силы страны, тем быстрее совершается процесс почвообразования. В условиях планового социалистического производства хозяйственная деятельность человека становится решающим фактором почвообразования.
Приемы вмешательства человека в почвообразовательный процесс носят самый разнообразный характер, начиная от вырубки и сжигания лесов и кончая обработкой, удобрением, мелиорацией и многими другими мероприятиями. Так, при вырубке леса подзолообразовательный процесс резко сменяется дерновым и дерново-болотным.
В. В. Докучаев и П. А. Костычев установили, что иссушение климата наших степей, резкие колебания урожаев и их стихийность в степях обусловлены неправильной деятельностью человека, заключающейся в сплошной вырубке лесов, бессистемной распашке целины, неправильной и мелкой обработке почвы. В результате произошло иссушение, обесструктуривание и обеднение чернозёмов.