Сутність грунтоутворення

зв`язок грунту із середовищем здійснюється завдяки грунтоутворювального процесу, поступово перетворює вихідні гірські породи в самостійне природно-історичне тіло природи - грунт. Вперше чітке формулювання його дав С. С. Неуструев: «Грунтоутворювального процес не тільки неоднорідний в різних умовах, але сам представляє складне явище, становить з елементарних процесів, окремих фізико-хімічних явищ: та чи інша ступінь і напрямок розкладу мінеральної основи та органічної речовини - аеробний і анаеробний характер разложенія- ті чи інші риси почвообразованія- енергія і напрям вилуговування, розчинення і переноси і т. д. ».

За визначенням А. А. Роде, почвообразовательний процес, або грунтоутворення, - Це сукупність явищ перетворення і пересування речовин і енергії, що протікають в грунтовій товщі.

Слід зазначити, що процес грунтоутворення взаємопов`язаний з вивітрюванням гірських порід під впливом факторів зовнішнього середовища, в результаті якого відбувається їх руйнування і хімічна зміна, звільнення з кристалічної решітки елементів живлення рослин, перетворення в пухкий субстрат. Грунтоутворення починається з поселення на цих породах живих організмів.

Явища, з яких складається почвообразовательний процес, вельми різноманітні і мають фізичну, хімічну і біологічну природу.

Перша характерна особливість грунтоутворення - синтез і розпад органічної речовини з накопиченням енергетичного матеріалу. Так, коріння рослин, проникаючи в гірські породи, витягають з них фосфор, калій, кальцій, магній, натрій, сірку і інші елементи зольного харчування. Внаслідок біохімічної діяльності мікроорганізмів в породі з`являється азот, споживаний рослинами. Таким чином, рослини синтезують органічну речовину з С0₂ атмосфери, води і зольних елементів, безумовно, при використанні енергії Сонця. Елементи живлення, акумульовані в вегетативних органах рослин, після відмирання останніх знову потрапляють у верхні шари породи, де розкладаються мікроорганізмами, перетворюючись в гумус - Нові органічні сполуки. Поступово з часом в поверхневих шарах породи відбувається накопичення органічної речовини та концентрація зольних елементів. Породи переходять в новий якісний стан - грунту, набуваючи своєрідний склад, будова і властивості.

Друга характерна особливість грунтоутворення - переміщення продуктів розкладання і вивітрювання, при яких утворюються різні розчинні і нерозчинні сполуки. Перші разом з колоїдними речовинами в залежності від ступеня розчинності вимиваються атмосферними опадами на різну глибину за профілем. На місці освіти залишаються, накопичуючись поступово, нерозчинні сполуки.

Елементарні процеси, що визначаються складом і життєдіяльністю рослинних і тваринних організмів, особливо почвообразующих порід, клімату, рельєфу, часу, в залежності від фізико-географічних зон утворюють грунтоутворювального процеси, або типи грунтоутворення, поняття про які було введено П. С. Коссовічем і розвинене В. Р. Вільямсом, К. Д. Глінкою, К. К. Гедройц. Нові уявлення про почвообразовании викладені в працях В. А. Ковда, А. А. Роде, І. П. Герасимова, М. А. Глазовський, І. С. Каурічева, С. В. Зонна, В. О. Таргульяна і ін .

Типові грунтоутворювального процеси формують певні генетичні групи, або типи, грунтів: подзолообразовательного (підзолистий), дерновий (гумусо-акумулятивний), буроземообразовательний, болотний (Гідроморфних), солонцевих, солончаковий, латеритними (ферраллітних). Ці процеси будуть детально розглянуті в наступних розділах при описі грунтів різних зон.

Елементарні (приватні) грунтоутворювального процеси (ЕПП) - поєднання взаємопов`язаних фізичних, хімічних і біологічних явищ, що складаються при певних зовнішніх умовах і на певних стадіях розвитку ґрунту. Вони беруть участь в утворенні всіх типів грунтів.

І. П. Герасимов виділяв три групи ЕПП, в яких провідну роль відіграють:

перетворення мінеральної частини грунтової маси (первинне ґрунтоутворення, огліненіе, або сіалітізація, аллітізаціі, або латерізація);

перетворення органічної частини грунтової маси (гумусонакопленія, торфонакопления);

перетворення і пересування мінеральних і органічних продуктів грунтоутворення (засолення, розсоленням, оглеение, вилуговування, оподзоліванія).

Первинне, або примітивне, грунтоутворення - перший щабель розвитку грунтоутворювального процесу. Зазвичай простежується на виходах гірських порід за участю нижчих організмів (мікроорганізмів, лишайників, мохів).

Елементарні грунтоутворювального процеси можна об`єднати в такі групи:

фізичні (освіта суспензій, грунтових растворов- переміщення розчинів і суспензій під дією сили тяжіння, осмосу, дифузії і т. д осадкообразованіе, адсорбція);

хімічні (хімічні реакції, пов`язані з дією води, газів, кислот, солей, а також з дією гумінових і фульвокислот) - Гуміфікація.

За А. А. Роде, до найбільш важливим доданком грунтоутворювального процесу відносять процеси перетворення мінеральних сполук, гуміфікацію і мінералізацію органічних залишків, синтез органо-мінеральних речовин, пересування по профілю ґрунту з грунтовим розчином мінеральних, органічних і органо-мінеральних продуктів грунтоутворення. Елементарні грунтоутворювального процеси займають проміжний рівень між микропроцессами і типовими процесами.

Мікропроцеси - найбільш прості і численні явища і процеси в грунтах, що йдуть на молекулярному, іонному, атомарному і подібних рівнях (нагрівання, охолодження, зволоження, висихання, поглинання поживних речовин рослинами, пептизація і коагуляція грунтових колоїдів і т. Д.).

В даний час виділена наступна система елементарних грунтових процесів:

метаморфизм органічної речовини (надходження органічних залишків, їх трансформація, гуміфікація, мінералізація органічної речовини, комплексообразование і міграція продуктів гуміфікації, іммобілізація органо-мінеральних сполук);

метаморфизм мінеральної речовини (дезінтеграція, тобто фізичне дроблення, фізичне вивітрювання, гіпсообразованіе, карбонатизація, брюніфікація і рубефікація, глінообразованіе, трансформація глинистих мінералів, руйнування глинистих силікатів, ферраллітізація);

переорганизация грунтової маси (оструктуріваніе, педотурбаціі);

оглеение грунтової маси;

міграція речовини (осолонцювання, рассолонцеваніе, сольова, кальцієва, кремнієва, Аl-Fe-гумусова міграції, міграція твердої речовини);

сегрегація і цементація речовини (окислювальна, кремнієва, гіпсова, сольова);

надходження речовини на поверхню грунту і його втрати (принесення і винесення твердої речовини - еоловий, текучими водами, імпульверізація солей, соліфлюкація и др принесення і винесення розчиненого речовини з флювіальні, морськими і озерними водами, атмосферними опадами і антропогенним шляхом-принесення і сорбція в грунтах газоподібних речовин: вулканічних - під час виверження вулканів, антропогенних - вихлопних або транспортних, промислових та інших газоподібних речовин, які є продуктами господарської діяльності людини).

Для ясності необхідно уточнити деяку використовувану термінологію.

Дезінтеграція мінеральної речовини - подрібнення порід будь-якого складу, їх уламків, мінералів без зміни мінералогічного і хімічного складів внаслідок температурного, морозного і гідратаційна вивітрювання.

Брюніфікація (оземленіе) - процес утворення глинисто-залізисто-гумусових комплексів і кристаллитов гетиту і гідрогётіта, що просочують глинистий фазу грунту, з появою мелкозема бурою забарвлення.

Рубефікація - поява червоних тонів забарвлення в зв`язку з грунтоутворення, через утворення значної кількості тонкодисперсного гематиту, що просочує глинистий фазу грунту або утворює плівки на поверхні піщаних частинок.

Ферраллітізація - кінцева стадія вивітрювання гірських порід, що супроводжується перетворенням почвообразующих мінералів і алюмосилікатів, виносом продуктів їх руйнування і перетворенням мінералів групи каолініту, оксидів-гідроксидів заліза і алюмінію при високих середньорічних температурах і великих кількостях опадів.

Огліненіе, або глінообразованіе (сіллітізація), - процеси утворення глинистих мінералів з первинних шаруватих силікатів в кислих грунтах при промивному водному режимі (Підзоли, буроземами, подбури і ін.) Або в результаті синтезу з продуктів руйнування неслоістимі силікатів і аморфних оксидів Fe, Аl і Si в основному в грунтах, що формуються на вулканічних пеплах в умовах вологих субтропіків і тропіків. Глінообразованіе з первинних шаруватих силікатів відбувається внаслідок реакцій окислення, гідратації, заміщення. Воно починає розвиватися при первинному почвообразовании, досягаючи максимуму в Повноразвинуті грунтах.

Трансформація органічних залишків - процес, що складається з фізичних (механічне подрібнення та ін.), Хімічних (окислення, деструкція), фотохімічних (окислення і розкладання під впливом сонячного світла), біохімічних (ферментативне розщеплення біополімерів) реакцій за участю мікроорганізмів, різних видів мезофауни, гетеротрофною рослинності. В результаті цього процесу утворюються проміжні високомолекулярні продукти розкладання осаду.

Гуміфікація - складний біофізики-хімічний процес трансформації проміжних високомолекулярних продуктів розкладання органічних залишків в особливий клас органічних сполук - гумусових кислот. За Д. С. Орлову, гуміфікація - загальний процес постмортального перетворення органічних остатков- він може протікати в грунтах, природних водах, мулах, торфу, при Углеобразованіє і освіті горючих сланців, будь-яких каустобіолітов- його не можна обмежити лише грунтової середовищем. Глибина гуміфікації в грунтах визначається їх біохімічної активністю. На трансформацію органічної речовини, інтенсивність процесів гуміфікації великий вплив мають ступінь зволоження, гранулометричний склад грунтів, кліматичні умови та інші фактори середовища. В результаті гуміфікації утворюється гумус, тобто відбувається гумусонакопленія, яке часто називають дерновим процесом. При сповільненій гуміфікації в анаеробних умовах відбувається торфонакопления.

Мінералізація органічної речовини - комплекс фізико-хімічних і біохімічних окисно-відновних микропроцессов, що призводять до повного розкладання органічних залишків і гумусових речовин до оксидів і солей. У торф`яних ґрунтах мінералізація рослинних залишків виражена слабо, а в тропіках автоморфні грунту минерализуются швидко. В степах опад минерализуется швидко, а гумусові речовини стійкі до мінералізації і закріплюються в грунтовому профілі.

Комплексоутворення - процеси взаємодії органічних кислот гумусовой природи, утворюються при гуміфікації, і неспецифічних сполук з мінеральною частиною грунту, що призводять до мобілізації продуктів гуміфікації за рахунок утворення справжніх сольових розчинів лужних і лужноземельних металів, розчинів комплексних сполук. Міграційні процеси в грунтах здійснюються під дією тяжіння, осмотических явищ, дифузії, капілярного переміщення розчинів і ін.

Іммобілізація органічної речовини і органо-мінеральних сполук - процеси, що діють на різних біогеохімічних бар`єри і призводять до осадження цих речовин з грунтових розчинів і суспензій і їх закріпленню (наприклад, Надмерзлотние осадження в тундрі, коагуляція в степових грунтах при їх иссушении, при зміні окислювально відновлювальних умов в межах грунтового профілю, насиченість грунтів Са та ін.).

Оструктуріваніе - процес утворення агрегатів з окремих механічних елементів при одночасній дії механізмів консолідації грунтової маси і відокремлення отдельностей, в результаті чого відбувається диференціація грунтових горизонтів на грунтові агрегати, неагрегірованную масу і межагрегатной порожнечі в різних співвідношеннях.

Педотурбаціі - процеси механічного пересування грунтової маси під дією сил напруги внутрипочвенного і внепочвенного генезису. Наприклад, порушення будови грунтового профілю в результаті: землетрусів, інтенсивного стиснення грунту через сильний промерзання або осушення з утворенням вертикальних щілин або тріщин, різких періодичних змін зволоження і осушення, що призводять до зміщення грунтової маси, зростання кристалів солей (сульфатні солончаки безстічних улоговин Центральної і Західної Сахари), діяльності риють і ґрунтових тварин (кротів, ховрахів, слепишей, термітів, жуків, дощових черв`яків і ін.), кореневого перемішування і вивалам дерев, сільськогосподарського обробітку земель, землекопних планувальних робіт, корчування дерев.

Вилуговування - винос з грунту або її окремих горизонтів малорозчинних солей Са і Mg під дією спадного або бокового струму ґрунтового розчину з формуванням горизонтів, бідних підставами і їх солями.

Огіпсованіе - процес утворення вторинних акумуляції гіпсу в формі новоутворень, горизонту або кори.

Окарбоначіваніе - процес акумуляції (іллювіальний, грунтово-водної) солей Са і Mg в грунтовому профілі в формі новоутворень - нальотів, вицвітів, псевдомицелия, прожилок, белоглазки, журавчіков, дутиков, лялечок, прошарку, кор, панцирів, плит.

Десілікація - процес виносу кремнезему з грунту або окремих грунтових горизонтів, найбільш виражений в грунтах тропічних областей.

Окремненние - процес накопичення в грунтах аморфних форм кремнезему у вигляді напливів, прошарку, конкрецій, дрібних скупчень в результаті випадання в осад, випаровування розчину, біогенної акумуляції, як залишкового продукту при вивітрюванні вулканічних порід.

Партлювація - процес переміщення по грунтовому профілю твердих частинок будь-якого гранулометричного складу. Вона протікає найбільш інтенсивно в грунтах, що формуються на щебнистих породах в гумідних помірно холодних і холодних областях.

Сегрегація - процес формування стяженій, прошарків і кор, що відрізняються від вміщає їх маси хімічним складом і морфологічними властивостями.

Цементація - процес перетворення пухкої грунтової маси в твердий горизонт або прошарки внаслідок скріплення частинок цементують речовинами, що випадають із розчину.

Сегрегація і цементація речовини може бути марганцовистой, залізистої (конкреції, бобовіни, псевдофібри, ортзанди, плінтіти, латерити), кремнієвої (жовна натічні форми, опалові і халцедонові трубки, псевдоморфози, кремнієві кори, дуріпени, сілкріти), карбонатної (белоглазка, журавчіков, дутики, погремки, лесові ляльки, глобулярні хмари, луговий мергель, Шох, панцири, кристалічні трубки, аккирші і ін.), гіпсової (кристалічні трубки, двійники, ласточкини хвости, троянди, камери, прошарки, Гажі, шестоватого гіпс, бозингени, кори і ін.), сольовий (кори або себкхі).

Латеритизації - процес глибокого і тривалого вивітрювання алюмосилікатних гірських порід в жаркому або вологому кліматі під впливом рослинних організмів. При цьому руйнуються навіть глинисті мінерали, в грунтах накопичуються гідроксиди заліза і алюмінію.

Сутність всіх зв`язків в грунтоутворенні І. П. Герасимов висловив в тріаді: фактори-процеси-властивості.

Отже, природний почвообразовательний процес включає комплекс процесів, в результаті яких гірська порода перетворюється протягом тривалого часу під впливом різних організмів (мікроорганізмів, рослин і тварин) І в певних умовах клімату і рельєфу без втручання людини в грунт.

В даний час найважливіша особливість грунтоутворення - вплив людини на природний почвообразовательний процес. Сільськогосподарське використання грунтів призводить до суттєвих змін їх складу і властивостей, а отже, і родючості. Сучасний розвиток орних грунтів відбувається під впливом генетично самостійного культурного чи природно-антропогенного грунтоутворювального процесу, що має специфіку в кожній природній зоні в відповідно до кліматичних умов і своєрідністю використання. Результатом природно-антропогенного грунтоутворення є поліпшення або погіршення вихідних цілинних грунтів. Культурна або орна земля є дзеркало господарської діяльності людини.

В орних грунтах досить наочні зміни в будові їх профілю, зміст та якість гумусу, живильному режимі, складі обмінних катіонів і т.д., тобто відбуваються генетичні зміни. Так, при окультурення дерново-підзолистих легких грунтів збільшується гумусово-елювіальний орний шар, відбувається зміщення нижньої межі елювіальний горизонту, а в сірих лісових ґрунтах посилюється фіксація гумусу, послаблюються елювіально-іллювіальниє процеси і відбувається підтягування карбонатів з материнських порід вгору за профілем. Окультурення призводить до створення агрономічно цінної структури. При оранці і сільськогосподарському використанні ґрунтів знижуються вміст гумусу, ємність поглинання в орному шарі. Тому необхідно вносити органічні і мінеральні добрива.

Загальні закономірності природно-антропогенного грунтоутворення:

значно посилюється мікробіологічна активність, у зв`язку з чим зростають швидкість і ємність біологічного кругообігу речовин і енергії в агробіогеоценозах, інтенсивність процесів мінералізації та трансформації органічної речовини, формування ціннішого гумусу (більший вміст гумусових кислот і колоїдної активної частини його, вужче відношення С: N і С: Р_орг;

посилюються вивітрювання і трансформація мулу грунтів, збільшується вміст монтмориллонита, вермикуліту і смешаннослойних мінералів, в результаті чого підвищується поглинальна здатність орних грунтів;

підвищується насиченість підставами грунтового яка поглинає комплексу і усредняется реакція ґрунтового розчину;

формується поживний режим з високою інтенсивністю біохімічних процесів і біодінамічностью за участю людини.

Для підтримування високої інтенсивності цих процесів, стабільного підвищення родючості грунтів необхідно постійне надходження належної кількості енергетичного матеріалу (свіжого органічної речовини, мінералів, багатих в хімічному відношенні).

Зональні відмінності між культурними грунтами проявляються в різній інтенсивності мікробіологічних процесів. Вони відображають зміст і якість гумусу, відносну стабільність валового хімічного складу, своєрідність фізико-хімічних властивостей і ін., Мобілізацію резервів при нестачі енергетичного матеріалу.