Какие факторы влияют на образование почвы. Образование почвы

На снабжение почвы органическими компонентами значительное влияние оказывают растения. Особенно это выражено в влажных тропических зонах, тогда как в пустынных, болотистых и тундровых регионах такое воздействие значительно уменьшается.

Образование почвы

Мы зачастую не осознаем важность той грязи, которую наступаем ногами, однако именно в почве происходит жизненно важный обмен минеральными веществами между биосферой и неорганическим миром. Растения извлекают воду и питательные элементы из почвы, в то время как отмирающие листья и ветки возвращаются обратно в землю, где они разлагаются, высвобождая содержащиеся в них минералы. В поверхностных слоях почвы, куда поступает самое свежее мертвое органическое вещество, обитает множество разрушителей — от бактерий и грибов до мельчайших членистоногих и червей, таких как термиты и многоножки. Их деятельность способствует развитию почвы в верхних горизонтах, в то время как физическое и химическое разрушение коренной породы осуществляется снизу.

Образовавшаяся почва продолжает находиться в постоянном динамическом состоянии. Некоторые минералы вымываются из почвы под влиянием грунтовых вод; другие элементы уносятся ветром в виде пыли или освобождаются в результате разрушения материнской породы, на которой образовалась почва. Несмотря на эти непрерывные процессы, почва в большинстве регионов мира приобретает свои характерные стабильные свойства. Эти свойства существенно варьируются в зависимости от географического положения, что оказывает влияние на распределение различных типов растительности. Основные факторы, определяющие отличия в свойствах почвы, заключаются в климате, материнской (коренной) породе, растительности, рельефе и возрасте почвы. Как правило, разрушение и выветривание породы, а также поступление органического материала в почву происходят быстрее в условиях теплого влажного климата. Таким образом, влияние материнской породы на структуру и состав почвы снижается по мере увеличения количества осадков, температуры и возраста почвы.

В засушливых областях осадки настолько редки, что химическое выветривание горных пород происходит медленно, а продуктивность растительности крайне низка, что приводит к минимальному поступлению органического детрита в почву. В таких местах мощность почвенного слоя обычно невелика, и коренная порода залегает близко к поверхности. Такие почвы часто называются литосолями (от греч. «литос» — камень) из-за их тесной связи с подстилающей коренной породой (см. рис. 4.1). Выветривание может проникать в глубину не более чем на 30 см, и иногда литосоли имеют еще меньшую мощность или вовсе отсутствуют, если материнская порода и органический детрит удаляются с такой же скоростью, с какой они образуются. Поверхности скал и валунов в верхних участках приливной зоны на морском побережье — яркий пример мест, где эрозия, будь то выдувание или смыв, предотвращает формирование почвы. Альтернативный тип почвы — аллювиальные почвы, которые не подвергаются выветриванию, так как ежегодные паводки создают новые слои или наносы. В то же время наибольшая степень выветривания отмечается в некоторых влажных тропических областях, где химические изменения материнской породы могут проникать до глубины 6 м. В умеренном поясе средняя мощность почвенного слоя достигает около 1 м.

Рис. 4.1. Профиль литосоли из округа Логан (штат Канзас), на котором иллюстрируется малая мощность почвенного слоя и слабое развитие горизонтов.

Почвенные горизонты

При строительстве новых дорог или копке котлованов иногда можно увидеть четко выраженные слои земли, которые называются горизонтами (см. рис. 4.2). Используемая почвоведами терминология для описания горизонтов при классификации почв довольно сложна и иногда противоречива. В упрощенном виде профиль почвы можно разделить на три основных горизонта: А, В и С. Самый верхний горизонт А делится на три подгоризонта. Ниже перечислены все эти горизонты, начиная с верхнего слоя почвы, с их основными характеристиками.

А0 — этот слой в основном состоит из мертвой органической подстилки, представляющей собой плодородный материал. В этом горизонте обитает большинство микроорганизмов, участвующих в процессах разложения.

Ai — гумусный горизонт, который состоит из частично разложившегося органического материала, перемешанного с минеральными компонентами почвы. Этот слой богат питательными веществами.

А2 — горизонт, в котором происходит активное вымывание минеральных ионов из почвы. Здесь сосредоточены корни растений, так как минеральные вещества, растворенные в воде, более доступны для усвоения.

В — данный горизонт содержит мало органического материала и по своему химическому составу очень похож на подстилающую породу. В этом слое иногда накапливаются минеральные ионы, вымываемые из слоя А2.

С — этот горизонт в основном состоит из слабо выветрелого материала, который имеет большое сходство с материнской породой.

Свойства почвенных горизонтов показывают, что с увеличением глубины уменьшается влияние климатических факторов, в то время как влияние материнской породы возрастает. Образовательные процессы почвы существенно усложняются за счет перемещения содержащихся в ней минеральных веществ вверх и вниз по профилю. Прежде чем углубиться в детали этого процесса, следует рассмотреть первичное выветривание коренной породы и его влияние на свойства почвы.

Какие условия влияют на формирование?

Почва представляет собой природную оболочку Земли, верхний слой суши, который покрывает поверхность нашей планеты. Процесс почвообразования продолжался на протяжении миллионов лет под воздействием внешних природно-климатических факторов на горные породы. Земля имеет уникальный состав и структуру. Почва является одной из важнейших составляющих биоценоза, так как именно в ней поддерживаются экологические связи между живыми существами и твердой, жидкой, а также газообразной оболочкой Земли.

На процессы почвообразования оказывают влияние внешние природные факторы, а также их сочетания.

Далее рассмотрим подробнее каждый элемент схемы почвообразования.

Почвообразующие породы. Весь почвенный покров на планете сформировался из горных пород, которые оказывают значительное влияние на свойства и качество земли. Для определения направления процесса почвообразования существенно важны такие характеристики материнских пород, как их плотность, пористость, теплопроводность и размеры частиц.
Климат. Воздействие климатических условий на образование почвы многообразно. Основными параметрами являются температурный режим, уровень влажности и перераспределение воздушных масс. Косвенно климат влияет и на плодородие, поскольку определяет присутствие определенных растительных сообществ.
Флора и фауна. По мере развития корневая система растений проникает в материнскую породу и позволяет доставить минеральные вещества на поверхность. Взаимодействуя с продуктами жизнедеятельности животных, эти элементы образуют органические соединения, определяющие плодородие земли.
Рельеф. Это косвенный фактор, который влияет не на сам процесс почвообразования, а на распределение тепла и влаги вокруг материнской породы. Например, в низменностях собирается вода, а на возвышенностях и холмах она уходит быстрее — уровень влаги влияет на скорость разложения растительных остатков в земле. Южные склоны обычно получают больше тепла по сравнению с северными, что также оказывает влияние на активность почвенных микроорганизмов. В высоких местах процессы выветривания выражены более явно, позволяя мельче раздробленным горным породам быстрее разрушаться.
Возраст почвы. Почвенный покров, подобно другим природным образованиям, постоянно развивается, меняя свой состав и структуру. Тот тип почвы, который мы видим сейчас, является лишь одним из этапов длительного процесса почвообразования. Даже при неизменных внешних факторах верхний слой земли продолжит менять свою структуру. Возраст почвы может быть абсолютным и относительным. Абсолютный возраст определяется как время, прошедшее с момента образования почвы до текущего состояния. Следует отметить, что многие области суши в ходе своей истории не были ей, в то время как некоторые из них образовались на месте бывших морей и океанов. Относительный возраст определяется как разница в развитии верхнего плодородного слоя на одной и той же территории.

В последнем столетии человеческая деятельность также оказала огромное влияние на почвообразование. Мелиорация, возделывание полей, вырубка лесов и выброс химических отходов вносят свой вклад в изменение структуры и химического состава почвы.

Как образуется почва?

Вопрос о том, как и в какой последовательности происходит образование почвы, интересует ученых на протяжении многих поколений. Известно, что наша планета имеет плотное ядро, окруженное раскаленной мантией с вязкой структурой. Внешняя кора Земли состоит из горных пород. Около 4 миллиардов лет назад планета начала остывать, сопровождаясь выходом магмы на ее поверхность, формируя базальты, а в глубине — граниты. На протяжении миллионов лет под воздействием внешних факторов происходил процесс синтеза новых веществ, что изменяло первичную материнскую породу.

С возникновением кислорода в земной атмосфере стартовал процесс формирования осадочного слоя. Под воздействием значительных температурных колебаний в результате сильного нагрева горных пород, днем, и ночного резкого охлаждения, происходило интенсивное выветривание. Это приводило к образованию трещин, которые со временем углублялись и расширялись. В них попадала вода, которая, замерзая, способствовала дополнительному разрушению породы. Все эти физические воздействия в конечном итоге приводили к дроблению горных пород на обломки различных размеров и их превращению в рыхлые частицы, что способствовало образованию песков, гипса, известняка и глины.

Исследования подтверждают, что в тот период на планете уже могли существовать простейшие одноклеточные организмы и бактерии. Они употребляли атмосферный азот и углерод, поглощали минеральные компоненты материнской породы и легко адаптировались к изменяющимся условиям окружающей среды.

Жизнедеятельность этих организмов была связана с выделением особых ферментов, способных растворять горные породы. Со временем на место простейших приходили мхи и лишайники, продолжавшие разрушать породы. Когда эти низшие растения отмирали, стали образовываться новые микроорганизмы, которые способствовали формированию первых плодородных горизонтов.

В этих слоях содержались микро- и макроэлементы, жизненно важные для полноценного питания высших растений, как древесных, так и травянистых. Отмирающие части растений становились пищей для животных и бактерий. В процессе их переработки выделялись дополнительные органические вещества, которые разрушали горные породы. Благодаря этому в верхних слоях земли происходило накопление перегноя. Таким образом, поступление растительных остатков в почву обогащало ее верхний слой биологически важными элементами, что способствовало окончательному превращению горных пород в почву. Этот процесс продолжается и в наши дни.

В результате биологических, физических и химических процессов происходит формирование структуры почвы — ее внутреннего строения, сооруженного из комков различной величины. Наиболее плодородные земли обладают мелкокомковатой или зернистой структурой, где размер комочков не превышает 1 см. В таких почвах образуется множество пустот, что создает благоприятные условия для поступления влаги и воздуха, стимулирующих рост числа полезных бактерий. Подобной структурой отличаются черноземные и аналогичные почвы.

Биота

Влияние биологического фактора (или живого вещества) складывается из взаимодействия живых организмов и мертвого органического вещества, как на процесс почвообразования, так и на формирование почвенного покрова. Живые организмы являются источником органической составляющей почвы, способствуют глубоким преобразованиям минеральной почвенной массы и в значительной мере определяют направление процессов почвообразования. Они формируют анизотропность почв — систему почвенных горизонтов и изменения этих горизонтов в зависимости от их горизонтального расположения относительно растения-эдификатора.

Растения. Живое вещество суши более чем на 99 % составляется из органической массы растений, которые являются основным источником органического вещества для почвы. Растения выполняют функцию организаторов экосистем, формируя их основную структуру. Тип растительной ассоциации, как правило, тесно связан с почвенным покровом, на котором она развивается, и определяет скорость, объем, характер и химический состав биологического круговорота элементов.

К основным показателям биологического круговорота веществ относятся: биомасса (фитомасса); годичный прирост (продукция); опад и подстилка; мортмасса; интенсивность разложения органического вещества; зольность.

Биомасса (фитомасса) — это запас живого растительного органического вещества в надземных и подземных частях экосистем.
Годичный прирост (продукция) — это количество органического вещества, создаваемого за год в надземных и подземных блоках экосистем.
Опад — это количество ежегодно отмирающего органического вещества. Часть опада становится подстилкой — слежавшимся на поверхности почвы слоем отмерших частей растений.
Мортмасса — это запас мертвого растительного органического вещества, включающий сухостой, валежник, подстилку и отмершие подземные органы.
Интенсивность разложения органического вещества — определяется соотношением опада зелёной части и подстилки или ежегодной продукции растительного покрова и мортмассы.
Зольность — это содержание зольных элементов в растениях и их частях.

Микроорганизмы. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов оказывают существенное разрушительное воздействие на первичные и вторичные минералы, составляющие почву, и материнскую породу, а также играют важную роль в полном разложении органических веществ. Микроорганизмы активно участвуют в процессе гумусообразования, влияют на состав почвенного воздуха и играют ключевую роль в циклах превращения азотсодержащих соединений, особенно в процессе фиксации азота.

Животные. Почва является средой обитания для большого количества животных, прежде всего для мелких беспозвоночных. Среди позвоночных наиболее активно участвуют грызуны. Животные выполняют несколько функций, таких как разрушение, измельчение и поедание органических остатков на поверхности почвы и внутри нее; накопление в своем организме питательных элементов и синтез азотосодержащих веществ, а затем возвращение накопленных веществ и энергии обратно в почву; роющая деятельность животных, что способствует улучшению пористости почвы, ее аэрации, влагоемкости и водопроницаемости.

Биота является самым зависимым фактором в процессе почвообразования; ее развитие контролируется климатом, другими природными факторами, а также изменениями структур почвы.

Почвообразующая порода

Почва образуется в результате воздействия климатических и биологических факторов на материнскую породу. Породы являются основным источником минеральной части почв, на которую приходится более 80–90 % их массы.

Когда порода выходит на поверхность, в ней начинаются процессы разрушения и формирования корки выветривания или рыхлых продуктов, образовавшихся в результате дробления плотных кристаллических или осадочных пород. Превращение породы в продукты выветривания происходит под действием организмов, т.е. под влиянием первичного процесса почвообразования.

Плотность горных пород и их фракционный состав играют важную роль в формировании почв, определяя условия дренажа и аэрации. На плотных породах почвы развиваются медленно и имеют короткий профиль. Также важна минералогическая характеристика почвообразующих пород. Процесс преобразования минерального субстрата под воздействием природных факторов приводит к образованию вторичных минералов (простых солей, гидроксидов и оксидов, глинистых минералов: унаследованных, трансформированных и новообразованных). Минералогический состав почвообразующих пород определяет их химический состав, что, в свою очередь, играет важную роль в процессе почвообразования.

Свойства и распространение почвообразующих пород, в значительной степени обусловленные их происхождением, оказывют заметное влияние на характеристики и географию почв, придавая им уникальность.

Свойства почвы

Самое важное свойство любого почвенного покрова заключается в его плодородии — способности способствовать полноценному росту и развитию растений.

К физическим свойствам почвы относятся:

кислотность;
микробный состав;
влагоемкость — способность впитывать и удерживать влагу;
механический состав — размер и плотность частиц почвы.

Какие важнейшие функции выполняет педосфера?

Почвенная оболочка планеты, т.е. педосфера, является неотъемлемой частью экосистемы, без которой существование большинства видов живых существ было бы невозможным. Основные функции почвы включают:

1) Среда обитания для животных, растений и микроорганизмов. Почва также обеспечивает источники для снабжения важными химическими элементами, влагой и питательными веществами, в то время как живые организмы и их продукты жизнедеятельности влияют на формирование почвы.

2) Энергетический резервуар. В процессе фотосинтеза растения способны улавливать солнечную энергию, преобразовывать её в органические вещества и передавать эту энергию животным и человеку. Здесь почва выступает жизненно важной средой для роста растений.

3) Взаимодействие между геологическим и биологическим круговоротами веществ на Земле. Основные химические элементы, необходимые для существования жизни, проходят через почву (углерод, кислород, азот).

4) Снабжение атмосферы и гидросферы органическими элементами и газами, что подразумевает функцию регулирования их состава.

5) Биорегуляция. Почва оказывает заметное влияние на живые организмы, как находящиеся в ней, так и сверху, регулируя не только их численность, но и производя отбор определенных видов. Также почва оказывает значительное влияние на человека — наиболее плодородные земли, пригодные для сельского хозяйства и проживания, имеют явное преимущество над регионами с менее благоприятными земельными условиями.

Какие существуют условия формирования почв и в чем заключается влияние почвообразующих факторов?

Как образуется почва? Существует множество факторов, влияющих на морфологию почв. Хотя невозможно учесть все, можно выделить основные из них, которые оказывают наибольшее влияние на структуру почвы:

1) Геологические породы.

Наиболее важным условием для образования почв является наличие определенных пород, т.е. специфического субстрата. Эти минеральные вещества составляют от 60 до 90 % массы почвы. В зависимости от того, какие виды минералов преобладают в породе, формируется соответствующий тип почвы (например, подзолистые почвы формируются из пород с высоким содержанием солей калия).

Наибольшее влияние на снабжение почвы органическими компонентами оказывают растения. В большей степени это проявляется во влажных тропических зонах, в меньшей степени – в районах пустынь, в условиях болот или тундры.

Внутрипочвенные животные организмы перерабатывают органические вещества, которые затем превращаются в органические компоненты, соли, воду и углекислый газ.

Высокое содержание бактерий, грибов, водорослей, вирусов и других микроорганизмов в почве способствует процессам разложения и преобразования как органических, так и минеральных веществ. Одним из результатов этих процессов является образование гумуса, который является ключевым компонентом, определяющим уровень плодородия почвы.

Морфологические характеристики почвы обязательно включают такие показатели, как содержание гумуса.

5) Климатические условия.

Температура, влажность, атмосферное давление и другие параметры имеют решающее значение для формирования почвы.

6) Атмосферные осадки.

Влага в виде дождевых осадков, грунтовых вод и наземных водоемов также значительно влияет на морфологические характеристики почвы.

Процесс формирования и стабилизации определенных видов почвы требует значительных промежутков времени.

Особенности рельефа создают необходимые условия для формирования почвы, в первую очередь влияя на температурные и водные режимы в определенных регионах.