С чего начинается процесс почвообразования

Почвообразование – это сложный природный процесс образования почвы из горной породы под воздействием факторов почвообразования в пределах биогеосферы Земли.

Процессы почвообразования

Почвообразование – важное звено в процессе геологического и биологического круговорота вещества и энергии. Геологический круговорот – это процесс переноса веществ с суши в океан и обратно. Биологический круговорот – это совокупность процессов обмена веществом и энергией между почвой, материнской горной породой, атмосферой и биотой.

Почвообразование – это специфический биосферный процесс, в результате которого почва приобретает ряд специфических характеристик, отсутствующих в материнской почвообразующей породе и отличающих почву от всех других компонентов биосферы. К числу наиболее существенных характеристик такого рода относят наличие в почве специфического органического вещества – почвенного гумуса и биофильных элементов. Биофильные элементы – это элементы, которые живые организмы поглощают из геохимической среды организмами и используют их в процессах обеспечения жизни. К ним относятся: макроэлементы — N, С, О, Н, Са, Mg, Na, К, Р, S, Cl, Si, Fe и микроэлементы — Сu, Со, Mn, Zn, V, Ni, Mo, Sr, В, Se, F, Br, I.

В результате почвообразования почва приобретает специфическое строение. Почвенный профиль представляет собой систему горизонтов, более или менее параллельных дневной поверхности, формирование которых обусловлено механизмами почвообразования (рис. 2.1).

Рисунок 2.1. Почвенный профиль (фотобанк «Геофото»)

2.1.1. Основные факторы почвообразования

Почвообразовательный процесс протекает под влиянием внешних по отношению к почве природных условий – факторов почвообразования. Факторы почвообразования следует разделить на два типа: природные (естественные) и антропогенные (искусственные).

Природные (естественные) факторы.

Выделяют шесть природных факторов почвообразования:

1. материнские, или почвообразующие горные породы;

4. растения и живые организмы;

5. земное тяготение

Все природные факторы являются равнозначными. Каждый из них оказывает свое специфическое влияние на почвообразование и без участия какого-либо из них почвообразование невозможно.

Почвообразующая порода является той основой, из которой формируется почва. Минеральная часть в подавляющем большинстве почв составляет 90 –95% почвенной массы. Выделяют две основные функции материнской горной породы в почвообразовании: формирование состава почвенных масс и подстилающей породы. Состав горных пород определяет химический, минералогический, гранулометрический состав будущих почв (рис. 2.2.), например, наиболее богатые почвы формируются на карбонатных суглинках, а на песках они беднее, однако теплее и лучше аэрированы. Порода в значительной степени определяет и скорость почвообразования. Материнские породы на территории России большей частью представлены четвертичными осадочными смешанными горными породами.

Рисунок 2.2. Функции и роль почвообразующей горной породы в формировании почв.

Климатический фактор определяет обеспеченность почвообразования влагой (атмосферные осадки) и энергией (солнечная радиация – свет и тепло). Климат на различных широтах земного шара различен. Различают арктический, субарктический, умеренный, субтропический и тропический климат. В соответствии с климатическими условиями различают и растительные зоны, отличающиеся количеством растительного органического вещества, и, соответственно, скоростью и продолжительностью биологического круговорота и тип процесса почвообразования. Благоприятные для жизни гидротермические условия обеспечивают протекание в почве процессов, влияют на сообщества растительных и животных организмов, увеличивая их продуктивность, что в конечном итоге влияет на интенсивность почвообразования. Известно, что при повышении температуры на 10 о С скорость химических реакций увеличивается в 2–4 раза (правило Вант-Гоффа) (табл. 2.1.).

Таблица 2.1. Суммы активных температур в различных географических поясах

*Сумма активных температур – показатель, характеризующий количество тепла и выражающийся суммой средних суточных температур воздуха или почвы, превышающий определённый порог: 0, 5, 10 о С или биологический минимум температуры, необходимой для развития растения. Например, потребность некоторых культур в тепле: яровая пшеница 1200–1700; овёс –1000÷1600; просо – 1410÷1950; гречиха – 1200÷1400; кукуруза – 1100÷2900; картофель – 1200÷1800.

Водный режим географических поясов определяют по отношению среднегодовой суммы осадков к годовой испаряемости – так называемый коэффициент увлажнения (КУ) Г.Н. Высоцкого-Н.Н. Иванова. Он является наиболее объективным показателем атмосферного увлажнения. При КУ >1 увлажнение избыточное (наблюдается в высоких широтах – примерно к северу и к югу от 50-й параллели), а при КУ

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 10783 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Научная электронная библиотека

3. Процессы почвообразования

Почвообразование или почвообразовательный процесс – совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, формирующих самостоятельное биокосное тело – почву.

Первичное почвообразование – развитие почвообразовательного процесса на обнаженной горной породе, сложный комплекс одновременно идущих физических, химических и биологических процессов.

Почвообразовательные процессы объединяют в три группы: общие (тотальные) макропроцессы, элементарные почвенные процессы (ЭПП), микропроцессы.

Общие (тотальные) почвообразовательные макропроцессы – подзолообразование, черноземообразование, буроземообразование, они формируют конкретные почвенные индивидуумы.

Элементарные почвообразовательные процессы (ЭПП, частные, признакообразующие, специфические) – сочетание взаимосвязанных биологических, химических, физических явлений, приводящих к образованию конкретного признака почвы, простые элементы общего процесса и типовых микропроцессов.

Элементарные почвообразовательные процессы

Биогенно-аккумулятивные процессы – накопление в верхней части профиля веществ, прежде всего органических.

Биогенный синтез глинных минералов – вторичное глинообразвание, результат взаимодействия освобождающихся при разложении остатков простых соединений или ионов.

Гумусообразование – разложение растительных остатков на месте их отмирания (in situ) и последующего новообразования гумуса без его перемещения по профилю.

Гумусонакопление – аккумуляция гумуса в верхних горизонтах и постепенное пропитывание им почвенного профиля.

Дерновый процесс – интенсивное гумусообразование и гумусонакопление под действием травянистой растительности. Происходит накопление гумуса, биогенная аккумуляция азота и зольных элементов в верхнем слое. Почвы приобретают благоприятные физико-химические свойства, формируется водопрочная зернисто-комковатая структура

Подстилкообразование – формирование на поверхности лесной подстилки или степного войлока.

Торфообразование (оторфовывание, оторфянивание, торфонакопление) – 1) накопление медленно гумифицирующихся и почти не минерализующихся растительных остатков. Процесс протекает в анаэробной среде при избыточном увлажнении; 2) консервация отмерших органических остатков при незначительной гумификации.

Иллювиально-аккумулятивные почвообразовательные процессы – аккумуляция веществ ниже элювиальных горизонтов, отложение, преобразование, закрепление привнесенных сверху веществ.

Глинисто-, железисто-, карбонатноиллювиальные процессы – соответственно накопление глинистых, железистых, карбонатных частиц.

Солонцово-иллювиальный процесс – иллювиальное накопление глинистых частиц и аморфных полуторных окислов, гумуса.

Гидрогенно-аккумулятивные почвообразовательные процессы связаны с влиянием грунтовых вод на формирование почвенного профиля.

Засоление – накопление водорастворимых солей в профиле почвы.

Загипсование – вторичная аккумуляция гипса при его отложении из минерализованных грунтовых вод.

Латеритизация – формирование железистых и железисто-кварцевых каменных конкреций, слоев (панцирей) в мелкоземистой толще почв под действием притока соединений Fe и АI с кислыми водами. Широко проявляется в условиях сезонно-влажных тропиков.

Окарбоначивание – вторичная аккумуляция карбонатов в почвенном профиле при его отложении из минерализованных грунтовых вод.

Элювиальные почвообразовательные процессы связаны с разрушением или преобразованием минеральных и органических компонентов в элювиальном горизонте и выносом образованных продуктов.

Оглинивание (сиаллитизация, оглинение, метаморфизация, внутрипочвенное выветривание, неосинтез глин) – образование вторичных глинистых минералов и других компонентов илистой фракции из первичных, а также из продуктов распада минералов.

Слитогенез. Слитые почвы – плотные образования, в сухом состоянии обладают очень высокой твердостью, во влажном – низкой твердостью и высокой пластичностью. Слитые почвы склонны к сильному растрескиванию при высыхании.

Оглеение. Термины «глей» и «глеевый процесс» ввел Г. Н. Высоцкий. Под глеем понимали не очень плотную породу серого цвета с зеленоватым оттенком, формирующуюся в условиях длительного переувлажнения.

Глееобразование – сложный биохимический восстановительный процесс (маслянокислое брожение), протекающий в анаэробных условиях при обязательном присутствии органического вещества и участии анаэробных микроорганизмов. Сущность процесса – под воздействием неспецифических гетеротрофных анаэробных микроорганизмов Fe свободных окисных соединений восстанавливается до закисного 2-х валентного, вступает в комплексные связи с органическими соединениями и алюмосиликатами.

Аллитизация (ферраллитизация) – совокупность явлений почвообразования и выветривания, результатом которых является накопление в почвах окисных минералов Fe и АI (гетит, гидрогетит, лимонит, гидрогелит, гиббсит), вторичного алюмосиликата каолинита, а также потеря кремнезема и остальных окислов.

Выщелачивание – обеднение горизонта почвы основаниями в результате их выхода из кристаллической решетки минералов или органических соединений, растворения и выноса (вымывания) за пределы почвы и коры выветривания простых солей щелочных и щелочноземельных металлов (Na, К, Са, Mg).

Солончаковый процесс – накопление легкорастворимых солей в верхней части профиля. Проявляется в условиях с КУ менее 1.

Солонцовый процесс (осолонцевание) связан с внедрением обменного Na в почвенно-поглощающий комплекс (ППК). Свойства солонцеватости: пептизация коллоидов, обесструктуривание, появление в почвенном растворе Nа2СО3, NаНСО3, щелочная реакция.

Осолодение (щелочной гидролиз) проявляется в степных депрессиях, западинах в условиях лесостепи, степи, сухой степи при близком залегании слабоминерализованных грунтовых вод или при периодическом передвижении растворов водами поверхностного стока. Ион натрия вытесняется из ППК, затем разрушается кристаллическая решетка минералов и происходит аккумуляция кремнезема. У почв рН слабощелочная

Подзолистый процесс (оподзоливание), кислотный гидролиз – формирование осветленного белесого горизонта. Среди образующихся органических соединений преобладают фульвокислоты, уксусная, муравьиная и другие вещества, агрессивные к большинству минералов почвы. Органические кислоты, фильтрующиеся из лесной подстилки, в условиях кислой рН, разрушают минералы. Промывной режим – важнейшее условие развития процесса.

Лессиваж (иллимеризация, лессивирование) – процесс пептизации, отмывки илистых частиц (перенос) с поверхности зерен грубозернистого (песчаного и крупно пылеватого) материала или из микроагрегатов и выноса в неразрушеннном состоянии из элювиального горизонта без изменения их химического состава, проявления гидролиза, растворения.

Микропроцессы – наиболее простые и многочисленные процессы и явления в почвах, идущие на молекулярном, ионном, атомном уровнях (Апарин и др., 2006). Это различные противоположно направленные явления. Их отличие: микропроцессы не оставляют видимых морфологических следов в почвах.

1. Поглощение живыми организмами из почвы минеральных соединений и синтез органического вещества. Выделение живыми организмами в почву и почвенную атмосферу органических и минеральных соединений.

2. Разложение и минерализация органических остатков. Синтез из органических и минеральных соединений гумусовых веществ.

3. Подкисление почвенных растворов органическими кислотами, выделяемыми организмами при жизни и освобождающимися после их отмирания, а также образующимися при гумификации. Нейтрализация почвенных растворов при обменных реакциях водорода органических кислот с основаниями, освобождающимися при минерализации органических остатков и разложение первичных минералов.

4 Разрушение первичных минералов породы. Синтез вторичных минералов и органо-минеральных комплексов.

5. Коагуляция органических, органо-минеральных и минеральных коллоидов, образование устойчивых агрегатов. Пептизация почвенных коллоидов, разрушение агрегатов.

6. Гидратация минеральных соединений. Их дегидратация.

7. Окислительные процессы, идущие при свободном доступе кислорода в почву. Восстановительные процессы идут при постоянном или периодическом застое влаги и недостатке кислорода.

8. Движение растворов вверх (восходящий ток влаги) и накопление подвижных соединений в верхней части профиля. Движение растворов вниз (нисходящий ток влаги), растворение и вынос подвижных соединений.

9. Поглощение элементов-органогенов живыми организмами и биогенное их накопление в верхних горизонтах почв. Растворение и вынос элементов биогенной аккумуляции.

10. Адсорбция почвенными коллоидами и живыми организмами газов почвенной атмосферы. Десорбция газов, их выделение в процессе дыхания и при разложении растительных остатков.

11. Дифференциация почвенного профиля, формирование различных по составу и свойствам генетических горизонтов. Нарушение строения профиля при физико-механических деформациях в результате деятельности биоты и перемещениях почвенной массы.

Источник

Почвообразование

Преобразование горной породы в почву происходит в результате одновременно идущих процессов – выветривания и почвообразования. Они тесно связаны между собой, но обычно первый процесс предшествует. Физическое и химическое выветривание подготавливают породу к почвообразованию – доводят до состояния рухляка, в котором может содержаться некоторое количество влаги и элементов питания в доступной форме.

Общая схема почвообразования состоит из следующих основных стадий:
1) привнесение химических элементов и соединений с атмосферными осадками, почвенными животными и растениями в почвообразующую породу;
2) элементарные процессы содействуют преобразованию, перемещению и аккумуляции химических элементов по профилю почвы и формированию генетических горизонтов;
3) частичный вынос химических элементов за пределы почвенного профиля с участием атмосферных осадков.

1 стадия – привнесение химических элементов и соединений с атмосферными осадками, почвенными животными и растениями в почвообразующую породу. Почвообразование начинается с поселения на продуктах выветривания горной породы микроорганизмов, растений, животных. Сначала поселяются одноклеточные организмы (фото- и хемосинтезирующие авторофы), микроскопические водоросли. Они добывают из породы труднодоступные элементы и связывают азот – тем самым создают условия для поселения более сложных растительных организмов. Зеленые растения поглощают из породы необходимые химические элементы, осуществляют фотосинтез и создают органические вещества. Органические остатки отмерших организмов разлагаются микроорганизмами. Из большей части остатков, после их частичного разложения, синтезируется новое стойкое вещество – гумус, а остальная часть полностью минерализуется до конечных продуктов разложения – СО2, Н2О, ионы. Гумус постепенно накапливается в верхней части породы, придавая ей темную окраску и новые свойства. Одновременно с образованием гумуса идет и процесс его разложения микроорганизмами.

В результате постоянно идущих процессов синтеза и разложения органического вещества происходит круговорот углерода, азота и элементов зольного питания в системе почва – растение – почва. Его обычно называют малым или биологическим круговоротом веществ. Благодаря биологическому круговороту в верхних слоях почвы накапливаются элементы питания растений N, К, Р, Са, S, и др. В результате порода приобретает качественно новое свойство – плодородие.
Вместе с малым круговоротом веществ в природе имеет место и так называемый большой, или геологический, круговорот веществ. С ним связан процесс выноса из почвы взмученных и растворенных веществ в ручьи, реки, моря, океаны с образованием на дне водоема осадочных пород.
В результате геологических изменений земной коры они вновь могут выйти на дневную поверхность и попасть под влияние континентального выветривания. Очевидно, что для поддержания плодородия почвы необходимо стремиться содействовать проявлению биологического круговорота веществ и ограничивать геологический.

Отличительной чертой почвообразовательного процесса является синтез минеральных соединений – глинистых минералов, солей под воздействием организмов, продуктов их распада, атмосферных факторов. Одновременно идут и процессы разрушения минералов. В итоге минералогический состав почвы может существенно отличаться от минералогического состава материнской породы.

2 стадия – преобразование, перемещение и аккумуляция химических элементов по профилю почвы и формирование генетических горизонтов.
Почвообразование сопровождается взаимодействием минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений.

Характерная черта почвообразовательного процесса – перераспределение части минеральных и органических веществ по вертикальному профилю с помощью воды и корневых систем растений и возникновение генетических горизонтов.
В начальной фазе образования почвы возникают фрагментарные почвенные горизонты. В период зрелой фазы формируется почвенный профиль и устанавливаются показатели состава и свойств почв.

3 стадия – частичный вынос химических элементов за пределы почвенного профиля с участием атмосферных осадков. Эта стадия начинается когда почва уже сформирована (наличие почвенного профиля, определенного состава и свойств почвы).

В результате общей схемы почвообразования формируется новая регулирующая, открытая биокосная система, для которой характерны цикличный и поступательный характер почвообразования. Скорость почвообразования зависит от величины используемых энергетических ресурсов. Поэтому почвообразование во влажных экваториальных лесах в девять раз происходит быстрее, чем в зоне тундры. Использование энергии на почвообразование в тундре составляет 8 МДж/см2 почвообразования в год, а в тропиках – 240–280 МДж/см2 в год. Соотношение энергии, используемой на процессы следующие: 100 частей идет на испарение, одна часть – на биохимические процессы, 0,01 части – на выветривание.

Источник

Понятие о почвообразовательном процессе

Преобразование рыхлых горных пород в почву осуществляется в процессе межфазного взаимодействия минеральной матрицы с водой, воздухом, растительностью, живыми организмами и продуктами их метаболизма (жизнедеятельности) при переменных значениях температуры, осадков и испарения.

Бесконечное множество сочетаний факторов почвообразования в пространстве и времени обусловливает громадную вариацию почвенных процессов, разную интенсивность и направление развития почвообразовательного процесса. Вследствие этого образуется огромное разнообразие почвенных форм.

Совокупность почвообразовательных процессов

Почвообразовательный процесс представляет собой совокупность многочисленных разнородных процессов: разрушения и синтеза минерального и органического вещества; взаимодействия между твердой, жидкой, газовой и живой фазами почвы (межфазные взаимодействия); выноса, аккумуляции и перераспределения вещества и энергии, в результате которых образуется особое природное тело — почва.

Уровни почвообразовательных процессов

Первый, высший уровень представляет собой профилеобразующий процесс, объединяющий результаты всех почвенных процессов, управляемых, в первую очередь, радиационным и, следовательно, тепловым балансом территории. Это интегральный процесс, определяющий специфическое строение всего профиля почвы, ее принадлежность к определенному типу почв и почвенно-климатической зоне. К профилеобразующим процессам относятся подзолистый, болотный, бурозёмный, чернозёмный, солонцовый, солончаковый и др. Каждый профилеобразующий процесс состоит из разных комбинаций горизонтообразующих процессов, представляющих собой процессы второго уровня.

Горизонтообразующие процессы зависят, как правило, от водного баланса, с которым связаны определенные особенности состава и свойств генетических горизонтов и последовательное расположение их в профиле. К горизонтообразующим процессам относятся органо-аккумулятивный, элювиальный, иллювиально-гумусовый, текстурный, глеевый, метаморфический и др.

Третий уровень представлен элементарными почвенными процессами (ЭПП). Это базовые специфически почвенные процессы, главные составляющие процесса формирования почвы в целом. Выделяют следующие основные группы элементарных почвенных процессов (ЭПП): метаморфизм (преобразование) органического и минерального вещества, переорганизация почвенной массы, оглеение, миграция, сегрегация и цементация вещества. Примерами ЭПП являются минерализация органического вещества, гумификация, дезинтеграция, оструктуривание, криотурбации, засоление, осолонцевание, альфегумусовая миграция, карбонатная цементация, сегрегация железа и марганца и др. Определенное сочетание ЭПП обусловливает специфику каждого горизонтообразующего процесса.

Четвертый уровень в иерархической системе почвообразующего процесса составляют неспецифические для почвы процессы: механические, физические, физико-химические, химические, биологические. Примерами могут служить такие процессы, как флотация, растворение, окисление, гидратация, восстановление, гидролиз. Неспецифические процессы входят во все ЭПП и участвуют в формировании всех почвенных горизонтов, однако их сочетания, интенсивность, степень проявления и роль различны в разных почвенных процессах в соответствии с условиями среды и почвенными режимами.

Стадии почвообразования

При постоянстве или слабой изменчивости среднемноголетних величин осадков и температуры для формирования полнопрофильной зрелой почвы требуется много столетий.

Почвы являются постоянно развивающимися системами. Весь жизненный цикл почвы состоит из нескольких стадий. На разных этапах развития свойства и состав почв изменяются. Принято выделять четыре этапа, или стадии, в развитии почвы в естественных условиях.

Первый этап продолжается от момента начала образования почвы до появления характерных морфологических признаков и свойств, которые позволяют идентифицировать тип профилеобразующего процесса. В этот период под действием почвенных процессов происходит дифференциация почвообразующей горной породы на горизонты, рост их мощности, формирование в соответствии с зональным типом почвообразования типоморфных свойств и режимов.

Второй этап почвообразования — это период формирования всех устойчивых типоморфных признаков почвы соответствующего типа почвообразования. К типоморфным признакам относятся морфологическое строение профиля, содержание и групповой состав гумуса, кислотно-щелочная характеристика, окислительно-восстановительные условия, состав почвенно-поглощающего комплекса. На этом этапе почвообразования завершается формирование зрелой полнопрофильной почвы.

Третий этап почвообразования представляет собой период устойчивого функционирования зрелой почвы, когда она находится в динамическом равновесии с климатической нормой почвообразования данного типа почвы и развитым на ней биоценозом. Это так называемое климаксное состояние почвы. Продолжительность климаксной стадии почвообразования может составлять многие тысячи лет. Этот период может закончиться вследствие изменения факторов почвообразования либо из-за вмешательства человека и естественным путем перейти в новый виток почвообразования — в стадию эволюции.

Стадия эволюции вызывается изменением характера и направления развития почвы. Причинами эволюции могут стать саморазвитие почвы (например, прогрессивное заболачивание глеевых подзолов при постепенном нарастании мощности органогенного горизонта), а также устойчивое изменение климата или степени дренированности территории. Сплошная вырубка древостоя на подзолистых глеевых почвах и осушительная мелиорация переувлажненных лесных почв также могут привести к коренному изменению процесса почвообразования.

Естественный ход развития почвы может нарушиться в результате процессов эрозии, дефляции, солифлюкции или антропогенной деятельности. При этом происходит полное или частичное разрушение почвенного профиля (например, при эрозии), полное погребение почвенного профиля (например, вулканическим пеплом или делювиальными наносами). На измененном профиле целиком или частично формируется новый почвенный профиль.

Каждый профилеобразующий процесс в конкретном ландшафте всегда распространяется на свойственную ему определенную глубину материнской породы, создавая собственную комбинацию горизонтов. Его можно рассматривать как модель естественного преобразования горной породы в почву. Такая модель почвообразования неуклонно реализуется и на нарушенных почвах. Вследствие этого в почвенном профиле могут сочетаться признаки и свойства разных стадий почвообразования, свидетельствующие о полигенетичности почвы. Так же как и на первой стадии, почва на этапе эволюции находится в неустойчивом состоянии и стремится к достижению равновесия с изменяющейся средой. Стадии формирования почв характеризуются траекторией развития почвы.

Возраст почвы

Почва, как и другие природные тела, имеет возраст.

Различают абсолютный и относительный возраст почв. Под абсолютным возрастом почвы понимается период ее развития с начала почвообразовательного процесса по настоящее время. Время стабилизации поверхности суши и начала почвообразовательного процесса на разных территориях не совпадало, следовательно, современный почвенный покров образован разновозрастными почвами, находящимися на разных стадиях развития.

Совсем молодые почвы встречаются на аллювиальных наносах в речных долинах, на свежих вулканических выбросах пепла или лавы, отвалах горных пород, образующихся при добыче полезных ископаемых, или на открытых поверхностях с почвенным покровом, нарушенным при проведении строительных работ. Глубина и степень преобразования материнской породы при прочих равных условиях связана с длительностью процесса почвообразования, т. е. с возрастом почвы.

Для определения абсолютного возраста почвы используется радиоуглеродный метод ( 14 C). Этим методом был определен абсолютный возраст зрелых чернозёмов. Он составил около 7—8 тыс. лет.

Относительный возраст почв характеризует степень развития, молодость или зрелость почв в соответствии со стадиями их развития.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник