Страница 8 из 26
1.3. Почвы и почвенное плодородие
1.3.1. Почвы и их роль в природе
Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку – педосферу.
Педосфера – это слой литосферы, в котором происходят почвообразовательные процессы. Является частью террабио-сферы, она состоит из почвы и лежащих под ней подпочвы и коры выветривания. В образовании педосферы принимают участие литосфера, атмосфера и живое вещество биосферы.
На рис. 1.3 показано место педосферы в системе земных геосфер.
Рис. 1.3. Место педосферы в системе земных геосфер (Ковда, Розанов, 1988)
По В.И. Вернадскому, почва – это биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных (неорганических) тел – минералов, воды, воздуха, органических остатков.
В современном представлении почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени (Ковда, Розанов, 1988).
Таким образом, почва является многофазной системой, включающей твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от всех других природных тел.
Почва играет огромную роль в функционировании и формировании биосферы, так как обладает рядом глобальных экологических функций.
1. Почва обеспечивает существование жизни на Земле – вся биомасса живого вещества биосферы создается в конечном счете за счет элементов питания и воды, находящихся и поступающих в биосферу из почвы.
2. Почва обеспечивает постоянное взаимодействие малого биологического и большого геологического круговоротов вещества и энергии на земной поверхности.
Первичные горные породы подвергаются выветриванию, в верхней части коры выветривания формируется собственно почва, аккумулирующая элементы минерального питания и воду, необходимые для развития живых организмов. Эти элементы используются живой компонентой почвы и через ряд промежуточных трофических циклов (растения – животные – микроорганизмы) снова возвращаются в почву. Этот процесс формирует малый биологический круговорот.
Именно из почвы минеральные элементы частично выносятся атмосферными осадками в гидрографическую сеть, в зоны аккумуляции и в конечном счете в Мировой океан, где дают начало образованию осадочных горных пород, как за счет седиментации в донных грунтах, так и за счет аккумуляции в живых организмах. В дальнейшем эти осадочные горные породы могут либо снова выйти на поверхность, либо подвергнуться глубинному метаморфизму. Таков большой геологический круговорот вещества.
Таким образом, почва является связующим звеном и регулятором взаимодействия двух основных жизнеобеспечивающих процессов на планете.
3. Почва регулирует химический состав атмосферы и гидросферы.
Известно, что почвенное «дыхание», фотосинтез и дыхание живых организмов играют основную роль в создании и поддержании необходимого для земной жизни состава приземного слоя атмосферного воздуха и атмосферы в целом.
Почва как природное образование создавалась тысячелетиями. Например, возраст черноземов и темно-каштановых почв составляет 2500–3000 лет; светло-каштановых, серых и бурых лесных – 800–1000 лет; торфяно-глеевых, горно-луговых, лугово-каштановых – 500–800 лет; подзолистых почв – 1500 лет.
В.В. Докучаевым выделены следующие факторы почвообразования: климат, рельеф, время, хозяйственная деятельность человека, материнские породы, растительный и животный мир. Косвенным фактором является рельеф, влияющий на изменение воздействия на почву климатических условий, зависящих в значительной мере от высотных отметок почвенного слоя.
К числу важнейших факторов, оказывающих прямое влияние на почвообразование, относится климат. С ним связаны тепловой и водный режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы.
Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе «приземный слой воздуха – почва – почвообразующая порода». Тепловой режим обусловливает процессы переноса и аккумуляции теплоты в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.
Водный режим почвы в основном определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года, их формой (при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока).
Климатические условия оказывают влияние на такие факторы почвообразования, как почвообразующие породы, растительный и животный мир и др. С климатом связано распространение основных типов почв.
Рельеф – один из факторов перераспределения по земной поверхности теплоты и воды. С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С особенностями рельефа связаны характер влияния на почву грунтовых, талых и дождевых вод, миграция водорастворимых веществ.
К числу факторов почвообразования относится время – необходимое условие для любого процесса в природе. Абсолютный возраст почв Восточно-Европейской равнины, Западной Сибири, Северной Америки и Западной Европы, определенный радиоуглеродным методом, – от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.
Существенным фактором почвообразования, особенно в последнее время, является также хозяйственная деятельность человека.
Процесс почвообразования тесно связан с физическим и химическим выветриванием горных пород. При выветривании горных пород создается элювий – кора выветривания различной мощности, состава, условий залегания и степени влажности. В этом длительном процессе кроме физических и химических факторов важную роль играют также биологические факторы.
Кора выветривания является исходным субстратом для почвообразования, которое начинается с момента поселения на этом субстрате микроорганизмов. В результате жизнедеятельности микроорганизмов извлекаются минеральные компоненты из субстрата и выделяются органические кислоты, что создает условия для поселения пионеров растительности – лишайников. Не требовательные к условиям жизни лишайники продолжают функционировать и обогащать подстилающие минеральные горизонты органическими соединениями. На обогащенной питательными веществами почве заселяются высшие растения и животные. В результате их жизнедеятельности в почве постепенно накапливаются специфические органические вещества, обеспечивающие ее плодородие, в частности гумус.
Важнейшим свойством почвы является плодородие, т. е. способность обеспечивать условия для продуцирования растениями органического вещества. Плодородие почв обусловлено их физическими, химическими и биологическими свойствами.
К физическим свойствам почвы относятся гранулометрический состав, относительная рыхлость структуры, водопроницаемость, аэрируемость, отсутствие света, малая амплитуда колебания температуры, незначительный объем почвенного воздуха.
Химические свойства почвы обусловлены наличием минеральных веществ, реакцией среды, засоленностью.
Биологические свойства почвы определяются наличием различных живых организмов в пахотном слое почвы.
Почва состоит из хорошо выраженных слоев, обычно различающихся по цвету, которые называются почвенными горизонтами. Они образуются и развиваются в результате сложнейшего взаимодействия растений, животных, микроорганизмов и элювинированных (выветренных) горных пород.