Разнообразные органические и минеральные компоненты

При жизни растений в почву попадают разнообразные органические и минеральные компоненты. Корневые системы растений выделяют в окружающую среду органические кислоты, ионы OH, H, HCO3, углекислый газ. Заметное количество химических элементов вымывается атмосферными осадками из живых надземных частей растений. В основном это катионы кальция, Mg и K.

Прижизненные выделения вещества из растений в почву имеют обменную основу. То есть в системе растения-почва постоянно осуществляется биологический круговорот вещества (БИЛЕТ 2.4.г), в котором растения выступают инициаторами и активными участникам. +емкость биокруговорота.

 Высшие растения влияют на передвижение влаги в почвах.

❷ При нагревании надземной части растений с их поверхности испаряется влага транспирация). Внутри растений создается всасывающее давление. Корни начинают поглощать влагу из почвы. Это приводит к возникновению восходящих токов влаги (из нижних слоев к верхним)

❸Также растения затеняют поверхность почвы, участвуя в формировании микроклимата, ослабляют силу ветра у земли, препятствуют эрозии и дефляции почв. С корнями растений связанно формирования структуры почв.

 

2.4.б Микроорганизмы

Весьма многообразны почвообразовательные функции микроорганизмов, основная масса которых приурочена к верхнему слою. Самая обильная и разнообразная группа почвенных микроорганизмов – бактерии. Содержание других групп микроорганизмов – актиномицетов, грибов, водорослей – гораздо меньше.

Одна из главнейших функций микроорганизмов в почвах – разложение растительности и животных остатков. В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы выделяют различные ферменты-катализаторы, способствующие превращению органики в гумусовые кислоты и в простые соединения типа H2O, H2S, CO2. При участии микроорганизмов в почвах происходит процесс окисления и восстановления Fe и марганца. Гидролиз и полный распад минералов.

С другой стороны, микроорганизмы синтезируют разнообразные новые минеральные образования в почвах путем непосредственного захвата микроорганизмами минеральных веществ и построения скелета (который остается в почве в виде особых биогенных минералов – биолитов). Ряд вторичных минералов (гидроксиды Fe, Mn) концентрируются в результате жизнедеятельности микроорганизмов в микробных колониях.

Важной функцией микроорганизмов-азотофиксаторов является фиксация и накопление атмосферного азота – одного из главнейших элементов минерального питания растений.

 

 

2.4.в Животные

Животные, населяющие почву, также разносторонне действуют на нее: ускоряют разложение органических остатков, перемешивают и разрыхляют почву, способствуют образованию зоогенной структуры.

В почве обитают тысячи видов животных. Они представлены:                                                    

Нанофауна	Простейшие
Микрофауна	Мельчайшие насекомые (ногохвостки, клещи)
Мезофауна	Мокрицы, пауки, многоножки
Макрофауна	Муравьи, молюски, черви
Мегафауна	Змеи, крабы, грызуны

В цепи внутрипочвенных превращений органических остатков фауна выполняет важную функцию разрушения и измельчения растительной массы и остатков животного вещества. При прохождении через кишечный тракт животных почвенная масса подвергается обработке ферментами, ускоряющими гидролиз и окисление. Также они подготавливают материал для последующей обработки микроорганизмами.

По типу питания делятся:

Фитофаги	Ткани живых растений	Грызуны
Сапрофаги	Ткани мертвых растений	Черви
Некрофаги	Трупы животных	Жуки мухи
Хищники	Живые особи	Клещи
Капрофаги	Выбросы других организмов	Мухи

Многочисленные животные мигрируют в почве, тем самым пе ремешивая ее, создавая в ней пустоты. Благодаря роющей деятельности они о структуривают почвы, способствуют образованию пористости.

2.4.г Биологический круговорот

Биологический круговорот вещества – наиболее универсальное явление, характеризующее взаимоотношения различных живых организмов с почвой как средой их обитания.

Биокруговорот веществ включает в себя следующие звенья:                                  1) поглощение живыми организмами из окружающей среды химических элементов и их соединений;                                                                                           2) построение из поглощенных соединений живых тканей;                                      3) отмирание организмов, минерализация органических остатков и возврат элементов в окружающую среду

В почвах наблюдается сложная система биологических круговоротов химических элементов, в которых участвуют микроорганизмы, почвенная фауна и высшие растения

Микроорганизмы поглощают из почвы и отдают ей самые разные химические элементы (диатомные водоросли поглощают кремний, железобактерии – марганец и железо, бактерииазотофисаторы –азот). На следящих этапах круговорота все эти элементы возвращаются в почву. Высокая скорость обмена веществ в этих процессах компенсирует относительно невысокую емкость в каждый отдельный момент времени. Обитающие микроорганизмы быстро размножаются и отмирают.

Животные, обитающие в почвах и на ее поверхности, имеют более длительные по сравнению с микроорганизмами жизненные циклы. Но вследствие их большей массы емкость процессов, вызываемых ими, достигает значительных величин. (дождевой червь затаскивает растительный опад внутрь почв, поедает его вместе с минеральной массы и пропускает эту сместь через кишечник)

Очень динамичен биокруговорот, осуществляемых в почвах высшими растениями. В биокруговороте веществ в системе почва – живые растения – опад – почва можно выделить два основных звена:                                      а) поглощение растениями веществ из почвы;                                                          б) возврат растениями веществ в почву

Растения поглощают химические элементы весьма избирательно. Поэтому содержание большинства элементов в золе существенно отличается от среднего их содержания в литосфере. Для характеристики такой избирательности используют предложенные Полыновым и Перельманом коэффициенты биологического поглощения, рассчитанные как отношения содержания данного химического элемента в золе растений к его количеству в почве / породе.

Энергично накопляемые	P S Cl I
Сильно накопляемые	K Ca Mg Na Zn
Слабо накопляемые, среднего захвата	Mn Ba Cu As Be
Слабого захвата	Fe F Si
Слабого и очень слабого захвата	Cr Pb Al Zr

 

Второе звено биокруговорота – поступление веществ с отмершими растительными остатками обратно в почвенную толщу. Очевидно, что кроме органогенов O, C, H, N химические элементы будут возвращаться в тех же пропорциях, которые отражены в рядах интенсивности биологического поглощения. Количество растительных остатков, ежегодно поступающих в почвы и на их поверхность, составляет для большинства типов растительности десятки центнеров на га (максимум – во влажных субтропических и тропических лесах, минимум – в тундрах и пустынях).

Интенсивность биокруговорота также характеризуется отношением ежегодного опада к массе мертвого неразложившегося органического вещества (лесная подстилка / травянистый войлок)

 

 

2.5 Время как фактор почвообразования

Докучаев писал, что одним из важнейших факторов почвообразования является время развития почв. Почва является естественно историческим телом, у нее есть прошлое, настоящее и будущее, она находится в состоянии постоянного развития, эволюции. Докучаев писал, что существуют пределы устойчивости почв, в определенных условиях она со временем может деградировать /, наоборот, улучшаться.

Время не является материальным фактором почвообразования, это не источник вещества / энергии для формирования почв. Время – коренное свойство всех природных объектов, в том числе геологического, биологического, климатического и геоморфологического факторов. Время – некоторый множитель, на который умножается действие всех остальных факторов (Роде, Герасимов, Глазовская). Чем дольше процесс ПО, тем интенсивнее и заметнее проявляются остальные факторы ПО.

 

 

2.6 Горные породы и их вклад в почвообразования

Почвы образуются под воздействием биологических и климатических агентов почвообразования на горные породы.

Горные породы, которые выходят на земную поверхность и в толще которых развивается почва, называются почвообразующими / материнскими породами. Они обуславливают многие свойства почв.            От них состава зависят минералалогический и химический состав. Плотность и рыхлост – характер сложения почв. Так же от них зависит мощность почвы, особенности ее строения, тепловые и воднофизические свойства.                                                                                                                    Чем старше почвы, чем дольше в ни идут процессы выветривания и почвообразования, тем больше возникает различий между почвой и почвообразующей породой.                                                               Множественность вариантов петрографического состава пород является оной из причин разнообразия почвы в природе.

Обычно выделяют три группы почв:

1. Массивно –кристаллические

 Они представлены магматическими и метаморфическими образованиями. Эти породы сформировались в недрах Земли при совершенно особых условиях, при очень большом давлении и высоких температурах. При выходе на земную поверхность в сферу выветривания и почвообразования они оказываются весьма неустойчивыми и претерпевают значительные изменения. Они теряют свою монолитность и распадаются на механические отдельности разной величины и формы. При этом меняется их минералогический и химический состав. Вместо первичных минералов образуются вторичные, часть химических элементов выносится за пределы зоны выветривания, другая часть образует новые соединения.

По общим особенностям своего состава массивнокристаллические породы подразделяются на кислые, основные и переходные между ними.                                                                                      Кислые (Риолит, Гранит, Риодацит, Дацит, Кварцевый диорит)         Отличаются высоким содержанием устойчивых минералов, богатых кремноземом(кварц, кислые пш) В них относительно меньше оксидов Fe и Al.                                                                                                            Основные породы (базальт, габбро, диабаз) содержат более легко разлагаемые материалы с меньшим содержанием SiO2 и много минералов с повышенным содержанием Fe и Al(в основном их оксиды).              

Почвы, развивающиеся на кислых м/к породах, оказываются более кремнистыми, в них долгое время остаются первичные минералы. На основных м/к породах при прочих равных условиях почвы быстрее приобретают специфический состав, обусловленный накоплением продуктов выветривания.

2. Плотные осадочные породы

Эти породы представляют собой сцементированные продукты измельчения и преобразования массивно-кристаллических пород, химические и биологические осадки, образования вулканического происхождения. Плотные осадочные породы могут иметь континентальное и морское происхождение. В морских осадках кроме терригенного (обломочного) материала накопилось много биогенных веществ, а также химические соединения, выпадающие из растворов (простые соли, оксиды Fe, Al, кремнезем).

Превращение рыхлых осадков в плотные идет путем сцементирования, перекристаллизации и структурных превращений.

По химическому составу плотные осадочные породы делятся на углистые, железистые, силикатные, карбонатные и засоленные; по особенностям слагающих их компонентов на конгломераты, брекчии, песчаники, алевриты, глины, известняки, мергели.                                                                   В плотных осадочных породах при почвообразовании из первичных минералов сохраняются лишь наиболее устойчивые – кварц и кислые полевые шпаты. Из вторичных минералов присутствуют глинистые образования. Они возникли в условиях, схожих с условиями существования почвы, поэтому могут ассимилироваться почвой и мало меняются.

->Почвообразование, протекающие на плотных осадочных отложениях, характеризуется более высокой степенью преемственности минеральной части по отношению к материнскому субстрату. Вместе с тем некоторые плотные осадочные породы содержат много минералов простых солей, которые легко разрушаются, растворяются и выносятся при почвообразовании. При этом увеличивается (по сравнению с массивнокристаллическими) доля включенного в водные осадки терригенного материала.

Рыхлые осадочные породы

Таких пород на поверхности Земли больше всего. Они самые молодые, образованы преимущественно в четвертичный возраст, а континентальных условиях при накоплении и переотложении продуктов дезинтеграции и выветривания массивно-кристаллических и плотных осадочных пород. Выделяют следующие генетические типы рыхлых осадочных пород: гравитационные (склоновых процессов – оползней, обвалов, осыпей), водные (в т.ч. делювиальные), ледниковые / моренные, эоловые. Каждый из типов характеризуется своими свойствами и в зависимости от этого оказывают различное влияние на формирование почвы.                       

 Очень важным при почвообразовании свойством пород является их гранулометрический состав. Рыхлые осадочные породы могут быть глинистыми, суглинистыми, песчаными, супесчаными, гравийными, щебневатыми, галечниковыми и валунными, что сказывается на характере дренированности и водном режиме почв.                                                          

Рыхлые осадочные породы подвергались многочисленным преобразованиям, поэтому содержат в основном вторичные минералы относительно малое количество первичных минералов. Поэтому в почвах, приуроченных к этим породам, минеральная часть глубоко трансформирована, содержится много новообразованных соединений.

 

 

Локальные факторы

2.7.а Грунтовые воды

Кроме повсеместно действующих четырех основных факторов почвообразования – геологического, биологического, климатического и геоморфологического – существует ряд весьма мощных, но локально действующих факторов. К таким факторам относятся почвенно-грунтовые воды, режим и химический состав которых часто определяют все почвенные процессы в супераквальных (гидроморфных) почвах.

Глубина залегания грунтовых вод во многом определяет водный режим почвы. При хорошем дренаже почв атмосферная вода достигает уровня грунтовых вод, водный режим является промывным, происходит растворение, перемещение в нижнюю часть профиля и вынос грунтовыми водами многих минеральных и органических продуктов почвообразования. Супераквальные почвы формируются на пониженных элементах рельефа, где грунтовые воды подходят близко к поверхности (низкие террасы и поймы рек и озер, низменные морские побережья, бессточные впадины). В супераквальные почвы осуществляется дополнительный приток химических элементов с боковым (латеральным) стоком и грунтовыми водами. Здесь могут накапливаться в значительных количествах продукты почвообразования, выносимые из почв элювиальных ландшафтов, и возникать явления абсолютной гидрогенной аккумуляции.

Обычно над поверхностью водоносного слоя располагается горизонт капиллярно-подпертой влаги, в котором и крупные, и мелкие капилляры заполнены водой. Чем выше от поверхности грунтовых вод, тем все меньшее количество влаги будет находиться в капиллярах. Чем тоньше капилляры, тем медленнее поднимается по ним влага. При этом формируется либо водозастойный (если коэффициент увлажнения больше 1), либо выпотной (коэффициент увлажнения меньше 1).

 

Твердая фаза

В состав минеральной части почв входят первичные и вторичные минералы.

3.1.а Первичные минералы

*Акцессорные минералы, характерные только для какого-либо типа почв.

Первичные минералы – минералы магматического и метаморфического происхождения, которые унаследованы почвами от материнской породы, образовались при дефиците кислорода, влаг и т.п.

К главным породообразующим минералам относятся:                                         Полевые шпаты -60%, кварц – 12%, амфиболы и пироксены – 17%, слюды – 14%, прочие с/каты -6%, остальные минералы – 1%.

Минералы магматической и метаморфических пород – кислородные соединения, главные из них – оксиды, с/каты и алюмосиликаты. 

Оксиды                                                                                                                              Кварц (SiO2) один из самых распространённых минералов. Основной кристаллохимической структуры кварца являются кремнекислородные тетраэдры, представляющие четыре иона кислорода, расположенные по углам тетраэдра, в центре которого заключен ион кремния [Sio4]. Они образют трехмерную каркасную структуру, что приводит к устойчивости кварца к выветриванию.

С/каты                                                                                                                                                 В основе этих кристаллохимической структуры лежат кремнекислородные тетраэдры, представляющие изолированные группы / цепочки, соединённые двухвалентными катионами.

Пироксены R2[Si2O6] (авгит), Амфиболы (роговая обманка), Оливин

Алюмосиликаты

Кристаллическая решетка образована тетраэдрами и октаэдрами. Они подразделяются на каркасные (полевые шпаты) и слоеватые (слюды).

Полевые шпаты - каркасные алюмос/каты, состоят из кремне- и алюмокислородных тетраэдров.                                                                                Калиевые – ортоклаз, микроклин                                                                                   Натриевые – альбит                                                                                            Кальциевые – анортит                                                                                                                      Плагиоклазы – изоморфные смеси в различных соотношениях альбита и анортита. Они делятся на кислые, средние и основные.

Слюды состоят из кремнекислородные тетраэдров и образуют плоские сетки. Образуют трехслойный пакет Слой ККТ, Слой АГО, Слой ККТ, соединённых между собой ионами K / кальция, Mg и Fe.

Мусковит – калиевая слюда (более устойчив) Биотит – магнезиально-железистая слюда.

Минералы – источники фосфора, фтора, хлоры и серы.                                            Апатит – источник фосфора, Сульфид Fe (пирит) – источник серы.

Пироксены и амфиболы                                                                                     Цепочечное строение. Цепочки состоят из ККТ. Связаны Fe, Алюминием, Натрием, Mg, Калием.                                                    Одинарные цепочки – пироксены Fe, Al, Mg, Na, K                                      Связанные между собой цепочки – амфиболы (более устойчивы к выветриванию) Это в целом неустойчивые соединения.

Кроме этих минералов есть ещё первичные оксиды. Fe2O3 – гематит TiO2 – рутил

Бескислородные соединения FeS2 – пирит

 

3.1.б Вторичные минералы

Вторичные минералы по отношению к почве явл остаточными, унаследованные от почвообразующей породы. Вторичные минералы делятся:

1. Вторичные, связанные с постмагматическими процессами, преимущественно гидротермальными процессами (серитизация, хлоризация)

2. Вторичные, связанные с гипергенными процессами(выветривание). Это разнообразные глинистые минералы, оксиды и гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сульфаты, хлориды.

· Остаточные, унаследованные от почвообразующей породы

· Новообразованные. В процессе внутрипочвенного выветривания и трансформации унаследованных от п/о п

Из-за процесса выветривания образуются вторичные минералы:

1. Минералы простых солей. (хлориды, сульфаты, карбонаты) малоустойчивы, растворяются и выносятся с грунтовыми и поверхностными водами.

CaCO3 – кальцит, (CaMg)CO3 – доломит, CaSO4*2H2O – гипс, галит