Процессы почвообразования

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.