Фактори грунтоутворення

Основи вчення про фактори ґрунтоутворення заклав В. В. Докучаєв. Він встановив, що грунт формується в результаті взаємодії клімату, рослинності, грунтоутворюючих порід, рельєфу місцевості і віку країни (часу). Надалі було виділено ще один фактор ґрунтоутворення - Виробнича діяльність людини.

Клімат. З цим фактором грунтоутворення пов`язано надходження в грунт води, необхідної для життя рослин і для розчинення мінеральних поживних речовин. Від клімату залежить активність біологічних процесів. Кількість сонячної енергії, що потрапляє на земну поверхню, зростає від полюсів до екватора.

Велике значення мають такі елементи клімату, як атмосферні опади, випаровування і температура. Атмосферні опади, що випадають на земну поверхню, витрачаються на випаровування, фільтрацію в нижні горизонти, стікання по схилах, зростання і розвиток рослин. При цьому розчинені речовини і механічні частинки пересуваються з водою як по поверхні грунту, так і за її вертикальному профілю.

В процесі обміну тепла і вологи між ґрунтом і атмосферою встановлюється певний гидротермический режим грунту. У кожній природній зоні клімат характеризується температурними умовами і зволоженням (це докладніше розглянуто в частині II). Виділення термічних груп кліматів засноване на показниках суми температур вище 10 ° С за вегетаційний період: холодні - 600 ° С, холодно-помірні - 600 ... 2000 ° С, тепло-помірні - 2000 ... 3800 ° С, теплі - 3800 ... 8000 ° С, жаркі - понад 8000 ° С. Ці групи кліматів розташовуються у вигляді широтних поясів.

За умовами зволоження виділяють шість груп кліматів: дуже вологі - коефіцієнт зволоження більше 1,33, вологі - 1,33 ... 1,00, напіввологу - 1,00 ... 0,55, напівсухі - 0,55 ... 0,33, сухі - 0,33 ... 0,12, дуже сухі - менше 0,12.

Коефіцієнт зволоження - це відношення среднемноголетнего кількості опадів за рік, мм, до випаровування (випаровування з відкритої водної поверхні), мм.

Від температури і умов зволоження залежать швидкість хімічних і біохімічних процесів, вивітрювання, біологічна продуктивність рослин та ін. На формування грунтів впливає розподіл опадів по сезонах року, а також континентальність клімату. Суворість зими, потужність снігового покриву і сила вітру впливають на почвообразовательний процес переважно через рослинність і біологічні ґрунтові процеси.

Роль вітру як одного з елементів клімату проявляється в його впливі на рельєф і рослинність. На відкритих вирівняних просторах вітром виносяться пиловані і піщані частинки, часто зноситься шар ґрунту, створюються горбисті і наносні форми рельєфу. В умовах посушливого клімату вітер (суховій) викликає вигоряння посівів і природної рослинності. Вітер впливає на розподіл снігу по поверхні, обумовлюючи нерівномірність промерзання і зволоження грунту.

рельєф. Роль рельєфу в почвообразовательном процесі проявляється в перерозподілі і різній кількості тепла, що надходить на схили різної експозиції. Рельєф впливає на відносний вік грунтів, так як в різних умовах почвообразовательний процес може протікати з різною швидкістю. Так, в лісостеповій зоні, а також у горах на північних схилах часто росте ліс і утворюються дерново-підзолисті або сірі лісові грунти. На південних схилах, покритих трав`янистою рослинністю, формуються степові чорноземи або навіть каштанові грунти. Південні схили завжди тепліші і сухі, ніж північні, тому на схилах різної експозиції створюються неоднакові умови ґрунтоутворення.

Почвообразующие породи.В одних і тих же природних умовах, але на різних материнських породах можуть формуватися різні грунту. Це обумовлено тим, що грунт успадковує від почвообразующей породи гранулометрический, мінералогічний і хімічний склади, а також фізичні властивості. Від материнських порід залежать біологічна продуктивність, швидкість розкладання рослинних залишків і освіту гумусу. Так, в таежно-лісовій зоні на алюмосилікатної морені формуються малородючі підзолисті ґрунти, а на карбонатної морені - грунту з високим родючістю, мають добре розвинений гумусовий горизонт. У південних зонах на засолених породах утворюються солончаки і солонці.

Біологічний фактор. Провідна роль в утворенні і формуванні родючості грунтів належить трьом групам організмів - зеленим рослинам, мікроорганізмам і тваринам. Кожна з цих груп організмів виконує свої функції, але тільки при їх спільної діяльності материнська гірська порода перетворюється в грунт.

Зелені рослини синтезують органічну речовину. Після завершення життєвого циклу рослин частина біомаси у вигляді кореневих залишків і наземного опаду щорічно повертається в грунт. У верхніх горизонтах накопичуються елементи живлення, утворюється і руйнується органічна речовина. Разом з біомасою в грунтах акумулюється сонячна енергія.

Розподіл рослинності підкоряється закону широтноїзональності. У кожній природній зоні продуктивність рослинних угруповань залежить від кліматичних і грунтових умов (табл.).

Біологічний круговорот речовин (по Л. Є. Батьківщину, Н. І. Базилевич)

У лісах загальна біомаса найбільша, проте щорічний приріст в них значно менше, ніж в лугових степах. Щорічний опад в лісах, особливо хвойних, становить незначну частину, що є причиною низької родючості лісових грунтів. У трав`янистих співтовариствах лугових степів щорічний приріст більше, ніж в лісах, і майже вся біомаса щорічно повертається в грунт, формуючи потужний гумусовий горизонт і створюючи високу родючість. Таким чином, від типу рослинності і інтенсивності біологічного кругообігу залежать почвообразовательний процес і властивості ґрунтів.

У грунті і на її поверхні знаходиться величезна кількість мікроорганізмів: бактерій, грибів, актиноміцетів, а також водоростей і лишайників. У верхніх шарах їх кількість коливається від мільйонів до мільярдів в 1 г грунту, а загальна маса становить 3 ... 8 т / га. найменша вміст мікроорганізмів характерно для грунтів тундри і північної тайги, а найбільше - для чорноземних і сероземних грунтів.

Вміст мікроорганізмів у грунтах варіює протягом року, що пов`язано зі зміною гідротермічного режиму і багаторазовими генераціями мікроорганізмів. Життєдіяльність мікроорганізмів найактивніше влітку при сприятливій вологості грунту. У жарку пору, коли грунт висихає, життєдіяльність мікроорганізмів припиняється. Оптимальна температура для мікроорганізмів 20 ... 35 ° С. Бактерії краще розвиваються в нейтральною або слаболужною середовищі, гриби - в кислому.

Бактерії - найбільш поширені в грунті мікроорганізми. Найбільше їх у верхніх горизонтах, особливо в орному шарі, де створюються найкращі умови аерації.

За потреби у вільному кисні повітря бактерії поділяють на аеробні, анаеробні і факультативні. Аеробні бактерії живуть при наявності кисню повітря, анаеробні - без доступу повітря, а факультативні - як в присутності повітря, так і без нього.

За способом харчування бактерії бувають автотрофні і гетеротрофні. Автотрофні бактерії за способом добування енергії діляться на фотосинтезуючі і хемосинтезирующие. До фотосинтезуючим відносяться кольорові, зелені і пурпурні бактерії. Для перетворення вуглецю СО₂ в органічні сполуки свого тіла вони використовують сонячну енергію (фотосинтез). До хемосинтезуючих відносяться нитрифицирующие бактерії, серобактерии і железобактерии.

Нитрифицирующие бактерії окислюють аміачні солі до нітратів. При сприятливих умовах аерації на 1 га в пухких орних грунтах за вегетаційний період може накопичитися до 300 кг нітратів, які необхідні рослинам як джерело азотного живлення.

Серобактерии окислюють сірководень і сірку до сірчаної кислоти, що з`єднується з підставами з утворенням сульфатів, які можуть засвоювати рослини.

Залізобактерій перетворюють закісние з`єднання заліза в оксиди. Цей процес протікає в заболочених грунтах.

Гетеротрофні бактерії для харчування використовують готове органічна речовина. Вони беруть участь в таких важливих процесах грунтоутворення, як розкладання рослинних залишків і освіту гумусу.

Актиноміцети - це група бактерій, що утворюють розгалужені клітини, або гіфи. Вони широко поширені в грунті, воді, гної та інших середовищах. В 1 г грунту їх число може досягати 15 ... 36 млн, а маса в перерахунку на 1 га - 500 ... 700 кг. Вони розкладають клітковину, лігнін і активно беруть участь в утворенні гумусу.

Гриби - це гетеротрофні організми, які харчуються залишками рослин і тварин. Їх можна вважати «всеїдними», азот вони засвоюють з мінеральних і органічних сполук. Вуглець гриби споживають з крохмалю, пектину, клітковини, лігніну і навіть амідів. Їм необхідні також мінеральні речовини (фосфор, калій, магній, сірка, залізо, марганець і ін.).

Багато видів грибів виконують важливу функцію - забезпечують рослини поживними речовинами. У деяких деревних порід (дуб, береза, осика, сосна та ін.) Закінчення коренів оповиті грибний мікоризою, яка виконує функцію всмоктуючого апарату.

Гриби беруть активну участь в почвообразовательном процесі, в розкладанні грубих залишків, що надходять в грунт, і в освіті гумусу.

Водорості - автотрофні фотосинтезуючі мікроорганізми, поширені переважно на поверхні грунту. В їх клітинах міститься хлорофіл, за допомогою якого відбувається фотосинтез - утворення з СО₂ і води органічної речовини.

Зелені водорості живуть в районах з холодним кліматом, синьо-зелені - в районах з теплим кліматом. Водорості беруть участь у процесах вивітрювання і в первинному почвообразовательном процесі. На рисових полях водорості насичують воду киснем, без якого рослини рису не можуть розвиватися.

Лишайники - симбіотичні організми, що складаються з двох компонентів: гриба і водоростей. Гриб забезпечує водорості водою і мінеральними елементами живлення, а водорості синтезують вуглеводи, які споживає гриб.

За зовнішнім виглядом розрізняють накипні, лістоватие і кущисті лишайники. Одні з лишайників рясно покривають грунт, інші - дерева в лісотундрі і в заболочених місцях середньої смуги. В горах поширені літофітние лишайники, що живуть на каменях і скелях. Своїми гифами лишайники впроваджуються в гірські породи, руйнуючи їх. В результаті біологічного вивітрювання утворюються примітивні ґрунти, що знаходяться в зародковому стані.

Мікроорганізми беруть участь в трансформації органічних речовин, освіті простих солей з мінеральних і органічних сполук у грунті, в руйнуванні і новоутворенні ґрунтових мінералів, в пересуванні і акумуляції продуктів грунтоутворення. Мікроорганізми є важливою ланкою біологічного кругообігу речовин. Їх життєдіяльність сильно впливає на біохімічні процеси, поживний і повітряний режими грунту і на розвиток ґрунтової родючості.

Грунт - середовище проживання багатьох представників найпростіших, безхребетних і хребетних тварин.

Найпростіші - це мікроскопічні одноклітинні організми, до яких відносяться жгутикові, амеби, корненожки і інфузорії. Вони харчуються бактеріями, водоростями і більш дрібними видами найпростіших. Більшість найпростіших живуть в поверхневому 15-сантиметровому шарі грунту в аеробних умовах і беруть участь в розкладанні органічних речовин.

Безхребетні тварини (дощові черв`яки, членистоногі - кліщі, ногохвостки і ін.) беруть активну участь в грунтоутворенні. дощові черв`яки покращують фізичні властивості грунту: проробляють численні ходи, підвищують пористість, аерацію і водопроникність ґрунту. Продукти життєдіяльності дощових черв`яків (копроліти) збільшують вміст гумусу і ємність поглинання грунту, сприяють утворенню водопрочной структури. Дощові черв`яки покращують і хімічні властивості грунту, знижують її кислотність. Комахи (жуки, мурахи та ін.) розпушують ґрунт, покращують її фізичні властивості, беруть участь в мінералізації рослинних залишків і збагачують грунт гумусом.

Хребетні тварини (кроти, ховрахи, миші та ін.) проробляють в землі різні ходи, змішують рослинні залишки з породою і грунтом. Рослинність, перероблена в травних органах тварин, потрапляючи в грунт, перетворюється в гумус.

У зоні каштанових грунтів бабаки нерідко створюють горбистий рельєф, сурчини погіршують якість ґрунтового покриву за рахунок викинутих на поверхню порід. Маси порід, які добуваються з глибини, можуть викликати засолення верхніх грунтових горизонтів. Землерои часто покращують водні, повітряні і фізичні властивості ґрунтів. В степах переритими грунту землерои буває настільки велика, що грунт називають переритими «кротовіна» чорнозем, а в зоні сухих степів - Перерита каштанова грунт.

Вік ґрунтів. У розвитку грунту розрізняють абсолютний і відносний вік.

Абсолютний вік визначається часом, що пройшов від початку виникнення грунту до сучасної стадії її розвитку. Чим раніше територія звільнилася від моря або льодовика, тим більший вік має грунт. Це обумовлено сумарним проявом біологічних процесів. У південних зонах, де на земну поверхню надходить багато сонячного світла і тепла, біологічні процеси протікали більш тривалий період, ніж в північних зонах, тому на півдні ґрунтоутворення найбільше древнє. До старих грунтів нашої країни ставляться каштанові ґрунти й чорноземи. На півночі на поверхню землі надходить менше сонячної енергії, біологічні процеси в зимовий період уповільнені, крім того, в льодовикові періоди грунту були зруйновані материковими льодами, абсолютний вік грунтів визначається часом останнього льодовикового періоду (10 ... 25 тис. Років). Тому в таежно-лісовій зоні грунту молодші, ніж у степовій зоні.

Ще менший абсолютний вік мають грунту тундрової зони, де територія звільнилася від льодовика і морських вод в найбільш пізній період.

Відносний вік залежить від рельєфу та властивостей почвообразующих порід. Ці фактори впливають на інтенсивність грунтоутворювального процесів. Так, в Чорноземної зоні на пісках під сосновим лісом спостерігається більш ранній підзолистий період грунтоутворення, а на суглинистих породах вже давно сформовані лучно-степові чорноземні грунти. Про вплив рельєфу на відносний вік грунтів було сказано вище. Відмінності в рельєфі створюють різні напрямки і швидкості біологічних процесів на ділянках, що мають однаковий абсолютний вік.

Виробнича діяльність людини. Освоєна грунт піддається сильному впливу обробних знарядь, на її склад і властивості впливають вносяться добрива, меліоративні заходи та ін. При цьому її властивості змінюються значно швидше, ніж це відбувається в природних умовах. Дія природних факторів триває, але сильно видозмінюється. Вплив клімату на оброблювану грунт стає іншим, особливо в умовах меліорації - зрошення і осушення. Із заміною природної рослинності на культурну змінюються склад ґрунтових мікроорганізмів і характер біохімічних процесів.

В результаті правильної агротехніки, застосування високих доз органічних добрив, фитомелиорации і інших прийомів створюються окультурені і культурні грунту.

Знання законів розвитку грунтів необхідно для цілеспрямованого розширеного відтворення ґрунтової родючості. Проект землеустрою, складений з урахуванням взаємозв`язків всіх факторів грунтоутворення в ландшафті, - важлива передумова для застосування системи землеробства, що забезпечує формування грунтів з більш високим рівнем ефективного і потенційної родючості. Якщо ж виробнича діяльність здійснюється без урахування умов розвитку грунтів і їх властивостей, то виникають такі негативні наслідки, як ерозія, засолення, заболочування, забруднення, дегуміфікація, руйнування структури грунтів та ін.