Процессы почвообразования Лектор: Соболева Надежда Петровна, доцент каф. ГЭГХ Почвообразовательный процесс – о вообразова ель ый роцесс ээто о совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии передвижения веществ и энергии, формирующих в поверхностном слое земной коры биокосное тело ‐ б почву Сущность почвообразовательного процесса Сущность почвообразовательного процесса определяют два противоположных и взаимосвязанных комплекса процессов: ‐ поглощение живыми организмами щ р минеральных веществ из окружающей среды и ‐ воздействие на окружающую среду живых й организмов, продуктов их жизнедеятельности и распада. В порядке усложнения почвообразовательные процессы объединяются в три группы: б 1)) простейшие микропроцессы; рос е е ро роцессы; 2) элементарные почвенные процессы (ЭПП); 3) общие (тотальные) макропроцессы Простейшие микропроцессы ‐ это различные противоположно р р направленные явления. Их главная черта они не оставляют в Их главная черта – они не оставляют в почвах в данный момент заметных морфологически выраженных признаков. П Пары процессов, свойственных генезису почв. й щ живыми организмами из почвы р 1. Поглощение минеральных соединений и синтез органического вещества органического вещества. Выделение живыми организмами в почвенный покров и почвенную атмосферу р р д органических и минеральных соединений. 2. Разложение и минерализация органических остатков. Синтез из органических и минеральных соединений гумусовых веществ почвы соединений гумусовых веществ почвы. 3. Подкисление 3 П д почвенных растворов органическими кислотами, продуцируемыми организмами при жизни, освобождающимися после отмирания и освобождающимися после отмирания и образующимися при гумификации. Н й Нейтрализация почвенных растворов при обменных реакциях водорода органических кислот с основаниями, освобождающимися р р ц р при минерализации органических остатков и разложении первичных минералов. 4. Разрушение первичных минералов почвообразующей породы почвообразующей породы. Синтез вторичных минералов и органо‐ минеральных комплексов. 5. Коагуляция органических, органо‐ минеральных и минеральных коллоидов минеральных и минеральных коллоидов, образование устойчивых агрегатов. Пептизация почвенных коллоидов, р ру разрушение агрегатов. р 6. Окислительные процессы, идущие при свободном доступе кислорода в почвенную толщу или при отсутствии дефицита кислорода в почвенных водax. кислорода в почвенных водax. Восстановительные процессы при постоянном пли периодическом застое влаги и недостатке кислорода. 7. Движение растворов вверх и накопление подвижных соединений в верхней части подвижных соединений в верхней части профиля. Движение растворов вниз, растворение и вынос подвижных соединений. 8. Поглощение элементов‐органогенов живыми организмами и биогенное их накопление в б верхних горизонтах почв. Растворение и вынос элементов биогенной аккумуляции. аккумуляции 9. Адсорбция почвенными коллоидами и живущими в почве живыми организмами живущими в почве живыми организмами газов почвенной атмосферы. Десорбция б газов, их выделение в процессе дыхания и при разложении растительных остатков. 10. Дифференциация 0 Диффере циаци почвенного профиля и о ве о о роф л формирование различных по составу и свойствам генетических горизонтов свойствам генетических горизонтов. Нарушение строения почвенного профиля при физико‐механических деформациях в р у результате деятельности почвенных д животных и перемещениях почвенной массы. Элементарные почвообразовательные р р процессы (ЭПП) ‐ это сочетание взаимосвязанных это сочетание взаимосвязанных биологических, химических и физических явлений, протекающих в почвах и й являющихся главными составляющими почвообразования в целом. Это конкретные явления, механизмы и Э о о ре ые вле , е а з ы процессы, приводящие к образованию того или иного признака почвы (гумусового или иного признака почвы (гумусового горизонта, солонцеватости почвы, горизонтов карбонатных новообразований и т. д.). б б й ) По своей сущности ЭПП является По своей сущности ЭПП является проявлением многолетнего суммирования веществ и энергии простейших й микропроцессов. Общие (тотальные) макропроцессы щ ( ) р р ц Эти процессы формируют определенные почвенные индивидуумы (типы, подтипы и почвенные индивидуумы (типы, подтипы и т.д.). В почвоведении они рассматриваются как ‐ черноземообразование, р р , ‐ подзолообразование, ‐ солонцеобразование б и т.д. Так чернозем, подзол или солонец образуются в результате определенного совместного воздействия нескольких элементарных почвообразовательных элементарных почвообразовательных процессов. Совокупность приводит к формированию соответствующих почв соответствующих почв. Преобразование и накопление р р органических веществ в почвах В результате жизнедеятельности р у д компонентов биоценоза в почву поступают органические вещества органические вещества. Растительные и животные остатки являются исходными веществами для образования у у гумуса. Вещества органических остатков претерпевают изменения по двум главным направлениям — минерализации и гумификации. Минерализация – процесс преобразования сложных органических соединений при участии различных групп микроорганизмов в простые химические вещества — воду, в простые химические вещества воду, углекислый газ, соли в виде различных катионов и анионов катионов и анионов. В минерализацию вовлекается большая часть органических остатков до 80—90%. Продукты минерализации попадают в Продукты минерализации попадают в почвенные растворы и становятся источником питания растений. й Скорость минерализации и характер образующихся при этом продуктов зависит от химического состава растительных у , р р д остатков и условий, в которых происходит разложение. Гумификация у ифи аци – процесс образования роцесс образова гумусовых веществ. О Они образуются из обломков биологических б б б макромолекул или их мономеров, которые появляются в почве благодаря ее живому ( р , , , населению (сахара, аминокислоты, белки, целлюлоза, лигнин и другие химические соединения растительных остатков) соединения растительных остатков). Гумификация – глобальный процесс, встречающийся во всех без исключения почвах. Это главная и всеобщая черта Это главная и всеобщая черта почвообразования, отражение биологического круговорота веществ в свойствах почв. Если интенсивность разложения Если интенсивность разложения растительных остатков слабее, чем их поступление, то в верхней части почвы й образуются органогенные горизонты: ‐ лесная подстилка (А0), ‐ степной войлок (А й й (А0), ) ‐ торфяной (А рф т). При оптимальном сочетании процессов минерализации и гумификации в результате гумусообразования в почвах формируются гумусово‐аккумулятивные горизонты у у у у р различного типа и мощности. Эти горизонты являются основой Эти горизонты являются основой плодородия почв. Торфообразование ‐ процесс накопления медленно гумифицирующихся и почти не р у щ р , минерализующихся растительных остатков, протекающий в анаэробной среде при избыточном увлажнении избыточном увлажнении. Накопление торфа – одно из важнейших явлений болотного почвообразования, р р р может развиваться в разнообразных гидрологических условиях, создающих различный состав конечного продукта его различный состав конечного продукта, его количество и объем. Торфяные слои формируются ‐ при резком недостатке элементов минеральной пищи (сфагновые верховые минеральной пищи (сфагновые верховые болота), ‐ при подтоке грунтовых вод различной р ц ( ), минерализации (низинные болота), ‐ особые болота формируются при эвтрофическом зарастании водоемов. ф Торфообразование наблюдается во всех Торфообразование наблюдается во всех термических поясах Земли. Выщелачивание почв щ Процесс выщелачивания ‐ это растворение р р и нисходящая миграция простых солей щелочных и щелочноземельных металлов почвенными растворами гравитационной почвенными растворами гравитационной влаги Особенности процесса выщелачивания: О б • в процессе выщелачивания участвуют р ц щ у у растворы гравитационной влаги; • нисходящая миграция может быть нисходящая миграция может быть вертикальной или боковой в зависимости от сложения почвенного профиля; ф • выщелачивание в подавляющей части имеет выщелачивание в подавляющей части имеет ионную форму, т. е. мигрируют ионы солей или ассоциации ионов; или ассоциации ионов; • выщелачивание пространственно крайне неоднозначно: ‐ это начальное звено биосферной миграции э о а аль ое зве о б осфер о рац химических элементов (от почв через грунтовые воды реки и в океан) грунтовые воды, реки и в океан), ‐ это ландшафтное распределение химических элементов (накопление р элементов в различных геохимических барьерах), ‐ это локальное передвижение веществ в это локальное передвижение веществ в пределах почвенного профиля; • выщелачивание – это часть более сложного явления – элювиального процесса; • в процессах выщелачивания реализуется в процессах выщелачивания реализуется энергия гравитационных сил, которые составляют единственную основу миграционного потока веществ, в этом проявляется природная экологическая целесообразность: за экологическая целесообразность: за пределы корнеобитаемой толщи мигрируют непродуктивные формы почвенных ф растворов. По геохимической и экологической значимости компоненты выщелачивания делят на пять главных групп: делят на пять главных групп: 1. Карбонаты. Труднорастворимая карбонатно‐ ц р ц у кальциевая миграция наиболее изучена (СаС03 + 2Н+ → Н2СОз + Са+) Декарбонизация (декальцификация) почв часто выделяется как самостоятельный процесс. 2. Гипс (CaS0 и с (CaS04 • 2Н20) 0) – сред среднерастворимый ерас вор ы компонент миграционных процессов выщелачивания. выщелачивания Как и кальцит, морфологически может фиксировать миграционные явления солей, , д тем явнее, чем меньше осадков. Гипс и кальцит физиологически безвредны для большинства растений для большинства растений. 3. Легкорастворимые соли: 3 Лег орас вори ые соли Na2C03, NaHC03, Na2S04, MgS04, NaCl, CaCl2, M Cl2 MgCl Эти соли являются свободными мигрантами д р от почвенных растворов до океанических вод их изучение составляет важнейшие вод, их изучение составляет важнейшие разделы генетического и мелиоративного почвоведения. почвоведения 4. Нитраты. и ра ы Нитратное выщелачивание представляет особую экологическую проблему, т.к. сейчас б б й нитриты фиксируются во всех водах. Нитратное загрязнение окружающей среды связано с неуправляемым применением связано с неуправляемым применением минеральных удобрений и обусловлено выщелачиванием нитратов за пределы выщелачиванием нитратов за пределы почвенного профиля, в грунтовые и поверхностные воды. 5. Микроэлементы, которые легко 5 и роэле е ы, о орые ле о выщелачиваются из почв: Ti M Ni С Z V S B Z Ti, Mn, Ni, Сu, Zn, V, Sr, Ba, Zr и др. В современных условиях выщелачивание р у щ микроэлементов по всем звеньям ландшафтных систем большей частью ландшафтных систем большей частью обусловлено техногенным загрязнением почв. почв По степени развития процесса о с е е разв роцесса выщелачивания автоморфные почвы можно разделить на следующие типы разделить на следующие типы. 1. Тотальное выщелачивание типично для всех биоклиматических поясов кроме всех биоклиматических поясов, кроме полярного и бореального в условиях вечной мерзлоты ‐ ‐ ‐ ‐ Главные условия тотального выщелачивания: промывной водный режим (подзолистые почвы бурые лесные и др ) почвы, бурые лесные и др.), почвы полностью освобождаются до грунтовых вод от всех карбонатов и легкорастворимых солей, обычна кислая и слабокислая реакция среды, среды характерна безбарьерность практически для всех веществ загрязнителей техногенеза 2. Глубокое выщелачивание при периодически лубо ое выщела ива ие ри ериоди ес и промывном водном режиме (характерно для большинства черноземов и коричневых для большинства черноземов и коричневых почв). Типичен вынос легкорастворимых солей и ф р р формирование карбонатного элювиально‐ р иллювиального горизонта. Это определенный геохимический барьер Это определенный геохимический барьер, ограничивающий экологический оптимум окружающей среды. 3. Глубокое выщелачивание непромывного 3 лубо ое выщела ива ие е ро ыв ого типа водного режима проявляется в черноземах южных и обыкновенных черноземах южных и обыкновенных. Растворимые соли формируют карбонатный иллювиальный горизонт и глубоколежащий, р д р щ р за пределами 2‐хметровой толщи горизонт гипса и легкорастворимых солей. 4. Слабое выщелачивание непромывного Слабое выщела ива ие е ро ыв ого типа водного режима характерно для полупустынных и пустынных территорий полупустынных и пустынных территорий. Карбонатно‐кальциевая и солевая аккумуляции приближены к поверхности д р д , , почвы и находятся в пределах 0,5—1,5 м почвенного профиля. Характерна слабощелочная реакция среды Характерна слабощелочная реакция среды, приближающаяся к щелочной. Выщелачивание по своей экологической результативности весьма противоречивое явление: ‐ с одной стороны посредством выщелачивания за пределы экосистемы выщелачивания за пределы экосистемы удаляются продукты функционирования б биоценозов, что является экологической й необходимостью; ‐ выщелачивание – это причина удаления из почвы биофильных элементов в виде почвы биофильных элементов в виде минеральных веществ, соединений азота и ф ф фосфора В природе сформировались два сообщества р роде сфор ровал сь два сообщес ва с противоположно направленной адаптацией к процессу выщелачивания адаптацией к процессу выщелачивания. 1. Биогеоценозы травянистой растительности аккумулируют элементы плодородия в у у щ почвенной массе в гумусовых веществах. 2. Лесные сообщества — в биомассе самих биоценозов как наиболее надежном биоценозов как наиболее надежном хранилище при интенсивно выщелачиваемых атмосферными осадками почвах.