Лекция 1. Почва как многофазная система.
Почвообразовательные процессы
Первое научное определение почв дано В.В. Докучаевым, согласно которому почвой называется природно-историческое тело, сформировавшееся под воздействием природных факторов: горных пород, климата, живых и мертвых организмов, рельефа местности и возраста страны. Позднее к этим пяти факторам был добавлен еще один – антропогенный, который в настоящее время оказывает на почвообразовательный процесс первостепенное влияние (мелиорации, внесение органических и минеральных удобрений, агротехнические приемы).
Предмет исследования в почвоведении – почвы: их жизнь, состав, свой-ства, генезис, географическое распространение. Согласно В.В. Докучаеву, почва состоит из четырех взаимосвязанных фаз.
Первая фаза – твердая, это полидисперсная органоминеральная система, состоящая из первичных и вторичных минералов, органических веществ растительного и животного происхождения, а также продуктов их взаимодействия. Эта среда наименее динамичная и является каркасом для других фаз; она характеризуется такими признаками как минералогический, гранулометрический и химический состав.
Вторая фаза – жидкая (почвенный раствор), которая является источником питания растений. Источниками почвенных растворов являются атмосферные осадки, вода водоносных горизонтов и конденсационная влага. Концентрация, состав и свойства почвенных растворов характеризуются динамичностью, так как изменяется их сезонное взаимодействие с твердой, газовой и жидкой фазами почв, а также в связи с колебанием влажности почвы. Обновляется в течение суток.
Третья фаза – газообразная (почвенный воздух), наиболее динамичная составная часть почвы. Она служит источником кислорода для дыхания корней растений, аэробных микроорганизмов и почвенной фауны. Состав почвенного воздуха: N - от 78 до 80 %, О2 - 20,9-0,01%, СО2 - 0,03-20,0%, а также летучие органические соединения, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов. Скорость обновления продуктов функционирования газовой среды в целом сопоставима со скоростью обновления жидкой фазы.
В почве существует также четвертая фаза – живая. Это совокупность всех живущих в почве живых организмов: микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), мелких беспозвоночных (простейшие, черви, насекомые и их личинки, паукообразные и моллюски). Число микроорганизмов в 1 дм3 почвы измеряется миллионами в общей массе, при этом они составляют только 5% суммарного количества органических соединений. Кроме того, к этой фазе относят позвоночных животных, постоянно живущих в почве.
Процессы почвообразования
В основе почвообразовательного процесса лежит совокупность процессов взаимодействия почвенных фаз (твердой, жидкой, газовой и живой), а также обмен веществом и энергией между почвой и другими природными телами (растительность, атмосфера, грунтовые воды, почвообразующие породы). По определению А.А. Роде, почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще.
Высшие растения через свой опад вовлекают в процесс почвообразования радиационную энергию солнца, трансформируя ее в процессе фотосинтеза в химическую. Живая фаза в процессе разложения растительных остатков высших растений и превращения продуктов этого распада создает органические кислоты, которые играют ведущую роль при разложении первичных и вторичных минералов и в мобилизации продуктов этого разрушения.
Обмен веществом и энергией между почвой и другими природными объектами (атмосфера, литосфера и т.д.) является причиной возникновения взаимосвязанных почвенных процессов. Всю совокупность почвенных процессов называют почвообразовательным процессом (генезисом). Они подразделяются на 3 группы.
1-я группа. Процессы обмена веществами и энергией между почвой и другими природными телами (поступление в почву и вынос из нее): обмен газами и влагой в системе атмосфера – почва – растение – грунтовые воды – почвообразующие породы; обмен радиацией; обмен тепловой энергией в системе атмосфера – почва – горные породы; обмен зольными веществами и азотом; одностороннее поступление в почву органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза, и частичный вынос его с поверхностными и грунтовыми водами.
2-я группа. Процессы превращения веществ и энергии, происходящие в почвенной толще: разложение органических веществ растительного и животного происхождения и их синтез почвенными микроорганизмами; распад первичных и вторичных минералов и синтез вторичных; процессы замерзания, оттаивания, испарения и конденсации почвенной влаги; изменение состава почвенного воздуха.
3-я группа. Процессы передвижения и аккумуляции веществ и энергии в почвенной толще: передвижение влаги внутри почвы (восходящие, исходящие и боковые процессы); передвижение и аккумуляция органоминеральных веществ и простых солей; передвижение воздуха, водяного пара, почвенной массы (деятельность роющих почвенных животных, эрозионные процессы и т.д.).
Характерной чертой перечисленных процессов является их цикличность - суточная, годовая, многолетняя и вековая. В связи с цикличностью возникает тенденция обратимости и противоположной направленности почвенных процессов: синтез – разрушение, поступление – вынос и т.д. Все эти процессы получили название микропроцессов, присущих всем почвам.
Определенная совокупность микропроцессов образует частные почвообразовательные процессы или элементарные почвенные процессы. Элементарные почвенные процессы присущи только почвам, каждый тип почв характеризуется определенным набором, свойственным только ему, элементарных почвенных процессов. Элементарные почвенные процессы формируют отдельные горизонты и характерный для каждого типа почв почвенный профиль.
Основными частными почвообразовательными процессами являются: образование поверхностных органогенных горизонтов (степной войлок, лесная подстилка, моховой очес), сопровождаемое аккумуляцией в них зольных элементов и азота; гумусово-аккумулятивный процесс (образование гумусового горизонта), сопровождаемое аккумуляцией в них зольных элементов и азота, образованием и накоплением гумусовых веществ; засоление – накопление водорастворимых солей; оруднение – накопление оксидов железа и марганца (ортштейны, болотная руда); лессиваж (лессивирование) – процесс пептизации, отмывки илистых частиц с поверхности более крупных и вынос их за пределы горизонта или почвенного профиля без разрушения; оподзоливание – гидролиз первичных и вторичных минералов кислыми продуктами почвообразования (фульвокислоты) и вынос про-дуктов гидролиза за пределы горизонта или почвенного профиля; иллювиальный - процесс аккумуляции продуктов выноса в средней и нижней части почвенного профиля; оглеение – процессы восстановления оксидов железа и марганца при переувлажнении.
Можно выделить следующие почвенные процессы, формирующие горизонты или почвенные профили, возникающие при вовлечении почв в сельскохозяйственное производство: освоение – распашка целинных почв; окультуривание – процесс улучшения агрономических свойств путем проведения целенаправленных агрономических мероприятий (внесение органических и минеральных удобрений, обработка, мелиорации и т.д.); ускоренная эрозия – процесс поверхностного смыва или размыва почв сельскохозяйственный угодий под действием стока атмосферных осадков; дефляция (ветровая эрозия) – процесс разрушения почвы сельскохозяйственных угодий под действием ветра; дегумификация – снижение содержания гумуса в результате процессов минерализации в почвах, занятых в сельском хозяйстве; обесструктуривание – разрушение структуры почвенных агрегатов под действием обработок; переуплотнение – уплотнение почвы выше оптимальных значений под воздействием сельскохозяйственной техники; почвоутомление – процесс накопления в почве вредителей, фитопатогенной микрофлоры, корневых выделений, угнетающе действующих и нарушающих экологическое равновесие в системе почва-растение.