УЧАСТИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ДИНАМИКЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Динамика почвообразования выражается в изменениях почвенных свойств циклического или поступательного необратимого характера. Рассматривая вопрос об участии географических факторов в динамике почвообразования, необходимо заметить следующее. Разумеется, отдельная постановка этого вопроса в известной мере условна: динамика почвообразования не изолирована от других сторон формирования почв. И энергетический и субстантивный вклады географических факторов обязательно проявляются в тех или иных динамических явлениях в почвах. Однако в данном случае имеется в виду непосредственная передача почвам тех механизмов функционирования, которые неотъемлемо свойственны самим факторам почвообразования.
Так, горные породы как фактор почвообразования в основном весьма инертны. Во многих ситуациях в хронологических масштабах почвообразования они были бы неизменными, если бы на них не воздействовали другие факторы среды (климат, биота, рельеф). На огромных пространствах земной поверхности горные породы практически не обнаруживают никаких новых собственно литогенных видоизменений в течение десятков и сотен тысяч лет.
Однако существует ряд геологических локальных явлений в природе, которые вызывают изменения горных пород, отражающиеся на динамике почвообразования.
Это происходит, в частности, в тех местах, где имеет место периодическое захоронение почв под новыми аллювиальными, делювиальными или эоловыми наносами. Такой процесс наблюдается в поймах и дельтах рек, на пролювиальных конусах выноса, когда ежегодно на поверхности почв откладывается слой аллювия мощностью от долей миллиметра до десятков сантиметров. Быстрое регулярное перекрывание почв новыми порциями минерального материала характерно и для областей современной вулканической деятельности в периоды извержений вулканов. Во всех этих случаях ослабляется выраженность почвообразования, оно возвращается как бы вспять, на предшествующие стадии, поскольку начинается освоение почвенными процессами новых отложений материнского субстрата.
Аналогичным образом влияют на динамику почвообразования процессы сноса материала с поверхности почв. В этой ситуации почвообразование также начинает охватывать новые слои породы, но вступающие в сферу почвенных процессов не сверху, а снизу. В естественных условиях ускоренная денудация почв, а следовательно, и обновление их минеральной составляющей свойственны горным областям с резко расчлененным рельефом, а также пустынным территориям с несомкнутым растительным покровом, недостаточно предохраняющим почву от водной эрозии и особенно от дефляции. В условиях хозяйственного использования почвенного покрова ускоренная, часто катастрофическая, эрозия и дефляция почв наблюдаются при неправильной распашке территории, неумеренном выпасе скота и т. д. Скорость денудации в таких случаях может выражаться в ежегодном смыве, равным 150 т/га и более.
И все-таки в нормально развитых почвах одна и та же масса породы, как было сказано выше, участвует в процессе жизни почвы практически на всем ее протяжении. Именно это позволяет говорить об очень медленных циклах обновления минеральной основы большинства девственных почв и относительно малом участии геологического фактора в динамике почвообразования.
Напротив, биологический фактор очень изменчив и поэтому с ним связаны многие механизмы функционирования почв. Изменчивость биологического фактора обусловлена тем, что живые организмы оказываются в очень динамических отношениях со средой своего обитания. Многие из них находятся в постоянном движении в почвах в поисках влаги, пищи и тепла. Между живыми почвенными организмами и средой идет постоянный обмен веществ. Кроме того, периоды существования живых организмов относительно коротки — от нескольких дней (микроорганизмы) до первых сотен лет (некоторые высшие зеленые растения), т. е. за время развития почвы в ней сменяются многочисленные поколения растительных и животных макро- и микроорганизмов. Таким образом, по выражению В.И. Вернадского, почву буквально пронизывают «вихри жизни» — микроскопические, малые и большие. Они активизируют почвенные процессы, внося большой вклад в динамику почвообразования.
По сути, именно таким «вихрем жизни» является биологический круговорот веществ — наиболее универсальное явление, характеризующее взаимоотношения различных живых организмов с почвой как средой их обитания. Биокруговорот веществ включает в себя следующие основные звенья:
поглощение живыми организмами из окружающей среды химических элементов и их соединений;
построение из поглощенных соединений живых тканей;
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, как уже отмечалось ранее, поглощают из почвы и отдают ей самые разные химические элементы. Микроскопические диатомовые водоросли, например, вовлекают в биокруговорот кремний, который необходим им для строительства скелетов. Железобактерии берут из почвы железо и марганец и концентрируют их в своих телах. Бактерии-азотфиксаторы потребляют из газовой фазы почв азот. На следующих этапах биокруговорота все эти компоненты возвращаются в почву. В количественном выражении в каждый данный момент времени такие микробиологические процессы характеризуются относительно невысокой емкостью. Но масштаб их значимости расширяется при высокой скорости обмена веществ. Обитающие в почвах бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и простейшие животные (амебы, корненожки, инфузории и др.) очень быстро размножаются и отмирают. Продолжительность жизни отдельных популяций 15—20 дней и даже меньше. За вегетационный период в умеренных поясах Земли сменяется 6—7 поколений, а в субтропических и тропических областях — более 20 поколений в год. При отмирании каждой популяции с бактериальными телами в почвы поступает от 15 до 50 ц/га сухого органического вещества (при 10 ежегодных популяциях — до 500 ц/га в год). Если принять во внимание, что почва имеет возраст, равный многим сотням и тысячам лет, то последняя величина увеличивается на несколько порядков и будет указывать на истинное значение в динамике почвообразования микробиологического круговорота веществ.
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. Так, дождевые черви, затаскивая растительный опад внутрь почвенной толщи, поедая его вместе с минеральной массой и пропуская эту смесь через кишечный тракт, могут переработать таким образом за сезон 1,5 т листвы и смешать ее с 15 т минеральных веществ. За один год в некоторых почвах эти животные выбрасывают на поверхность до 100—200 т/га и более копрогенного материала. За 50 лет они могут перемешать весь поверхностный слой почвы. Крупные животные (суслики, сурки, лисы) сооружают в почвах многокилометровые норы, выбрасывая на земную поверхность тысячи кубических метров материала на гектар. За несколько десятилетий они способны полностью механически обработать почву на глубину 10—20 см.
Очень динамичен биокруговорот, осуществляемый в почвах высшими растениями. Он выражается как в прижизненном выделении (из корней и листьев) и поглощении растениями различных веществ, так и в оборачиваемости компонентов мертвых растительных остатков. Особенно масштабен биокруговорот веществ в системе почва- живые растения—опад—почва. Рассмотрим два важнейших звена этого биокруговорота:
поглощение растениями веществ из почвы;
возврат растениями веществ в почву.
Растения поглощают химические элементы весьма избирательно—в соответствии со своими биологическими потребностями. Поэтому содержание большинства элементов в золе существенно отличается от среднего их содержания в литосфере. Интенсивность
биологического поглощения элементов из среды места обитания можно выразить через предложенные Б.Б. Полыновым и А.И. Перельманом коэффициенты биологического поглощения, представляющие собой частное от деления количества элемента, содержащегося в золе растений, на количество элемента, содержащегося в почве или породе. Если взять средний состав золы наземных растений и рассчитать коэффициент биологического поглощения Ах по отношению к кларкам литосферы, можно получить средние значения коэффициентов и в соответствии с этими значениями сгруппировать химические элементы в определенные ряды интенсивности биологического поглощения.
Энергично накопляемые (Ах = n • 10 — n • 100): Р, S, CI, I.
Сильно накопляемые (Ах = n): К, Са, Mg, Na, Sr, В, Zn, Ag.
Слабого накопления и среднего захвата (Ах = 0, n - n): Мп, Ва, Си, Ni, Со, Mo, As, Cd, Be, Hg, Se.
Слабого захвата (Ax = 0, n): Fe, Si, F, Rb, V, Li, Y, Cs.
Слабого и очень слабого захвата (Ах = 0, 0 n - 0, n):Ti, Сг, РЬ, Al, U, Zr.
Относительное содержание и соотношение элементов в золе растений вследствие различий интенсивности их биологического поглощения существенно иные, чем в исходных породах. В золе растений содержится в десятки и сотни раз больше Р, S, в несколько раз больше К, Са, Mg, а также микроэлементов: I, В, Zn, Ag. И наоборот, в золе растений меньше таких распространенных в литосфере макроэлементов, как Si, Al, Fe.
Второе звено биокруговорота в системе растение—опад—почва — это поступление веществ с отмершими растительными остатками обратно в почвенную толщу. Очевидно, что в качественном отношении, кроме элементов органогенов (О, С, Н, N), химические элементы будут возвращаться в тех же пропорциях, которые отражены в рядах интенсивности биологического поглощения. По массе они будут коррелировать с количеством органического вещества, поступающего с опадом и с его зольностью.
Данные табл. 4.1 показывают, что количество растительных остатков, ежегодно поступающих в почвы и на их поверхность, составляет для большинства типов растительности десятки центнеров на гектар. Наибольшее количество органических остатков (более 200 ц/га) дают влажные субтропические и тропические леса, наименьшее (20 ц/га и менее) — тундры и пустыни.
Таблица 4.1
Количество органического вещества, поступающего ежегодно с опадом, и запасы (ц/ra сухого вещества) неразложившихся растительных остатков на поверхности почв (по Л.Е. Родину и Н.И. Базилевич)
Типы растительности | Ежегодный опад | Зеленые части в опаде | Лесная подстилка или травянистый войлок | Отношение подстилки к опаду зеленой части растений |
Арктические тундры | 2,6 | |||
Кустарничковые тундры | 9,0 | |||
Сосняки | ||||
Ельники | ||||
Дубравы | ||||
Луговые степи | 1,5 | |||
Степи умеренно засушливые | 1,5 | |||
Степи сухие | ||||
Пустыни полукустарниковые | Нет | - | ||
Саванны | 0,2 | |||
Влажные субтропические леса | 0,7 | |||
Влажные тропические леса | 0,1 |
Чтобы оценить интенсивность биокруговорота веществ в полной мере, необходимо знать еще одну величину — отношение ежегодного опада к массе мертвого неразложившегося органического вещества. Дело в том, что на поверхности почв обычно наблюдается накопление лесной подстилки или травянистого войлока (см. табл. 4.1). Следовательно, в этих случаях разложение растительных остатков, их гумификация и минерализация идут медленнее, чем поступление нового наземного опада. Каждый год некоторая неразложившаяся часть растительных остатков остается на поверхности почвы. Если взять отношение запасов подстилки или войлока на определенной площади к количеству поступающего на эту площадь ежегодного свежего опада, то можно составить представление о скорости разложения органических остатков.
Приведенные в последней графе табл. 4.1 данные показывают, что в некоторых типах растительности (во влажных тропических и субтропических лесах) даже при очень большой величине ежегодного опада разложение его осуществляется менее чем за год (отношение подстилки к опаду — 0,5—0,7), в хвойных лесах — за 15 — 20 лет. В травянистых типах растительности в степях и саваннах разложение растительных остатков идет быстрее, чем в лесах умеренного пояса, и на поверхности почвы здесь накапливается в основном лишь опад данного года. В пустынях опад небольшой и он быстро минерализуется. Самый малый темп разложения органического вещества — в кустарничковых тундрах, где при очень малом количестве ежегодного наземного опада на поверхности почв в подстилках накапливается более чем 90-летний запас органических веществ.
Не менее динамичным, чем биологический, является климатический фактор почвообразования. С цикличностью влаго-,воздухо- и теплообмена между атмосферой и почвой, с передвижением тепла, влаги и воздуха в почвенной толще связаны многие почвенные процессы.
Рассмотрим особенности круговорота атмосферной влаги в почвах и то, как он определяет характер механизмов почвообразования.
Поступающая в почвы с осадками влага Р расходуется на испарение Е, десукцию D, поверхностный сток F1 внутрипочвенный сток F2. При большом количестве осадков часть влаги просачивается сквозь всю почвенную толщу, т. е. идет на инфильтрацию / и пополнение грунтовых вод.
Водный баланс автоморфных плакорных почв, т. е. почв, развивающихся на повышенных, относительно выровненных элементах рельефа, не получающих дополнительной влаги за счет поверхностного стока или грунтовых вод, можно представить уравнением Р — Е + D + F1 + F2 + I. Соотношение между годовой суммой осадков Р (мм) и годовой нормой испаряемости Еn (мм) используется в качестве показателя степени увлажненности территории Ку = Р/Еn. Величина, обратная коэффициенту увлажнения, называется индексом сухости: Кс = Е/Р.
Испаряемость Еn — это количество влаги, выраженное в миллиметрах водного слоя, которое может испариться при данных климатических условиях с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы.
Поскольку количество выпадающей атмосферной влаги и испаряемость изменяются по ландшафтным зонам в широких пределах, то и зональные различия в значениях коэффициента увлажнения (или индекса сухости) также оказываются значительными (табл. 4.2).
Таблица 4.2
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 489;