Факторы почвообразования

Климат – один из важнейших факторов почвообразования и географического распространения почв. Климат влияет на почвообразование непосредственно, определяя энергетический уровень и гидротермический режим почв, и косвенно, через другие факторы почвообразования (растительность, почвообразующую породу, рельеф и др.).

Под действием климата формируются тепловой и водный режимы почв, которые оказывают влияние на характер и интенсивность всех физических, химических и биологических процессов, протекающих в почвах. С климатическими условиями тесно связаны процессы превращения минеральных соединений в почве (направление и темпы выветривания, миграция и аккумуляция продуктов почвообразования и др.), процессы ветровой и водной эрозии. Определённые сочетания температуры и увлажнения обусловливают тип растительности, темпы создания и разрушения органического вещества, состав и интенсивность деятельности почвенной микрофлоры и фауны. С климатическими условиями связана энергетика почвообразования.

На почвообразование влияют атмосферный и почвенный климат.

Атмосферный климат. Главный источник энергии для почвенных процессов – солнечная радиация, а основной источник влаги – атмосферные осадки. Наиболее значимыми для формирования почвенного покрова климатическими показателями являются разность осадков и испаряемости, испарение, средняя температура июля, суммы температур воздуха выше 10 °С и продолжительность периода с температурой воздуха выше 10 °С, количество осадков тёплого периода.

В приземном слое почв под действием остальных факторов почвообразования атмосферный климат формирует почвенный климат. Так же как атмосферный климат, он имеет суточный и годовой ход параметров; распределён в пространстве; изменяется во времени; связан с окружающими и обусловливающими его явлениями природы. Отличительной особенностью почвенного климата является среда его формирования – биоорганоминеральная система. Важную роль в развитии почв имеют такие параметры почвенного климата, как валовое увлажнение (рассчитывается по уравнению водного баланса и характеризует ресурсы почвенной влаги), суммы температур выше 10 °С в почве, среднегодовая температура почвы.

Почвенный климат впервые был рассмотрен Г. Н. Высоцким, который ввёл понятие «гидротермический режим почв» (показатели температуры и влажности). Главным источником энергии в почвах является солнечная радиация, поступление которой в почву определяет радиационный баланс земной поверхности и тепловой баланс деятельного слоя. Температурный и водный режимы почвы определяют характер и интенсивность всех физических, химических и биологических процессов почвообразования.

Среди всех факторов именно климат формирует наиболее общие закономерности почвенного покрова, а среди климатических характеристик определяющую роль в распределении почв в географическом пространстве играет увлажнённость.

Влияние биологического фактора (или живого вещества) складывается из воздействия живых организмов и мёртвого органического вещества как на процесс почвообразования, так и на формирование почвенного покрова. Живые организмы являются источником органической части почвы, вызывают глубокие преобразования минеральной почвенной массы и в значительной степени определяют направление почвообразовательного процесса. Живые организмы формируют анизотропность почв – систему почвенных горизонтов и изменение этих горизонтов по горизонтали от растения-эдификатора.

Растения. «Живое вещество» суши более чем на 99 % состоит из органической массы растений, представляющих собой основной источник органического вещества почв. Растения являются организаторами экосистем, формируют их основную структуру. Тип растительной ассоциации, определяющий скорость, объём, характер и химизм биологического круговорота элементов, тесно связан с почвенным покровом, на котором развивается.

К основным показателям биологического круговорота веществ относятся: биомасса (фитомасса); годичный прирост (продукция); опад и подстилка; мортмасса; интенсивность разложения органического вещества; зольность.

• Биомасса (фитомасса) – запас живого растительного органического вещества в надземных и подземных блоках экосистем.
• Годичный прирост (продукция) – количество органического вещества, создаваемое за год в подземной и надземной блоках экосистем.
• Опад – это количество ежегодно отмирающего органического вещества. Часть опада превращается в подстилку – слежавшийся на поверхности почвы слой отмерших и опавших частей растений.
• Мортмасса – запас мёртвого растительного органического вещества, включающий сухостой, валеж, подстилку, отмершие подземные органы.
• Интенсивность разложения органического вещества (характеризуется соотношением опада зелёной части и подстилки или ежегодной продукции растительного покрова и мортмассы).
• Зольность – это содержание зольных элементов в растениях и их частях.

Микроорганизмы. Прижизненные продукты, выделяемые микроорганизмами во внешнюю среду, оказывают глубокое разрушающее действие на первичные и вторичные минералы, слагающие почвенную массу, и материнскую породу; играют основную роль в глубоком и полном разрушении органических веществ. Микроорганизмы принимают самое активное участие в процессе гумусообразования; оказывают большое влияние на состав почвенного воздуха; играют важнейшую роль в циклах превращения азотосодержащих соединений, особенно – в фиксации азота.

Животные. Почва является средой обитания разнообразных животных, в основном животные почвы представлены мелкими беспозвоночными. Среди позвоночных наибольшая роль принадлежит грызунам. В функции почвенных животных входят: разрушение, измельчение и поедание органических остатков на поверхности почвы и внутри неё; накопление в организме животного элементов питания и синтез азотосодержащих соединений белкового характера, а затем – возврат в почву накопленных веществ и энергии; роющая деятельность животных, повышающая пористость почвы, её аэрацию, влагоёмкость и водопроницаемость.

Биота представляет собой самый зависимый фактор почвообразования, её развитие контролируется климатом, другими природными факторами, а также педогенным преобразованием почв.

Почва образуется под воздействием климатического и биологического факторов из почвообразующей породы. Породы служат основным источником минеральной части почв, на которую приходится более 80–90 % массы почвы.

С выходом породы на дневную поверхность в ней начинаются процессы разрушения и образования коры выветривания или рыхлых продуктов раздробления плотных кристаллических или осадочных пород. Превращение породы в продукты выветривания происходит при активном участии организмов, т. е. под влиянием первичного почвообразовательного процесса.

Существенную роль в формировании почв играет плотность горных пород, их фракционный состав, определяющие условия дренажа, аэрации. На плотных породах почвы развиваются медленно, имеют укороченный профиль. Ещё одна важная характеристика почвообразующих пород – это их минералогический состав. Преобразование минерального субстрата, идущее под воздействием всех природных факторов, характеризуется образованием особых вторичных минералов (простых солей; гидроксидов и оксидов; глинистых минералов: унаследованных, трансформированных, новообразованных). Минералогический состав почвообразующих пород обусловливает их химический состав, играющий существенную роль в процессе почвообразования.

Свойства и распространение почвообразующих пород, во многом обусловленные их генезисом, оказывают значительное влияние на свойства и географию почв, придают им своеобразие.

Представляет собой фактор – перераспределитель потоков тепла, влаги, а также твёрдых и растворённых веществ – продуктов выветривания и почвообразования. Рельеф обеспечивает многообразие почвенных свойств, горизонтов и профилей, т. е. создаёт разнообразный в пространстве почвенный покров в условиях данного климата и данных материнских пород.

Со склонами разной крутизны и экспозиции связано перераспределение солнечной энергии; с положительными и отрицательными элементами рельефа – процессы денудации и аккумуляции (миграция твёрдого вещества почв), геохимический поток веществ (миграция растворимых продуктов выветривания и почвообразования). По различным элементам рельефа, его неровностям происходит сток поверхностных и грунтовых вод, осуществляется перераспределение влаги.

Влияние рельефа на почвообразование и географию почв прослеживается на всех уровнях его организации (мегарельеф, макрорельеф, мезорельеф, микрорельеф).

Рельеф является основой для почвенной картографии. Ещё при составлении Почвенной карты Нижегородской губернии (1886) В. В. Докучаев в легенде-классификации определил «возвышенные, сухие места» на самом высоком уровне иерархии, выделяя почвы растительно-наземные, болотные, пойменные. Закон аналогичных топографических рядов почв до сих пор остаётся одним из главных руководящих принципов при крупномасштабной картографии почв.

Существует 2 формы развития почв. Во-первых, развитие почв в условиях, когда факторы почвообразования (прежде всего климат и рельеф) остаются неизменными. Во-вторых, эволюция почв с изменением внешних условий, т. е. почвообразующих факторов. Первую форму развития принято называть саморазвитием (ауто-, или автоэволюция почв), а вторую – эволюцией (аллоэволюция, подчинённое развитие).

Саморазвитие почв представляет собой бесконечный процесс, который продолжается не останавливаясь, пока остаётся стационарным состояние независимых от почв факторов почвообразования. Такой взгляд на саморазвитие почв прослеживается в работах В. В. Докучаева, Б. Б. Полынова, А. А. Роде, В. А. Ковды, И. А. Соколова и др. Период времени, необходимый для формирования зрелого профиля, происходящего при неизменных внешних условиях, называют периодом, или возрастом саморазвития почвы.

Эволюция почв – это их изменение во времени в процессе взаимодействия факторов почвообразования, направленного на достижение равновесного состояния с существующей физико-географической обстановкой. В ходе эволюции формируется почва, которая находится в равновесии или квазиравновесном состоянии по отношению к климату и растительности, – т. н. климаксная почва. Происходит в процессе изменения внешней среды формирования, изменения почвообразующих факторов, представляет собой последовательную смену периодов саморазвития почв. Темпы эволюции почв могут стать соизмеримыми с темпами эволюции внешних факторов. В этих условиях весь биогеоценоз будет медленно эволюционировать.

Различают конкретный, или относительный, возраст почв, который означает время почвообразования в условиях стабильных факторов, и суммарный, или абсолютный, возраст почв, включающий всё время с момента выхода материнской породы на дневную поверхность. Средний относительный возраст современных зрелых почв составляет сотни и тысячи лет (различен для разных генетических типов почв). Абсолютный возраст современных почв – это тысячи или десятки тысяч лет (зависит от геоморфологической динамики и эволюции территории). На древних неэродированных участках суши в тропических и субтропических зонах абсолютный возраст ферраллитных, аллитных, ферритных почв может достигать сотен тысяч и миллионов лет, а аллитных бокситовых почв и латеритов – нескольких десятков миллионов лет.

Постулат равноправия факторов почвообразования в 1990 г. был сформулирован И. А. Соколовым «все закономерности организации педосферы определяются взаимодействием всех факторов почвообразования; не существует и теоретически не может существовать ни в настоящем, ни в прошлом, ни в будущем таких территорий или таких условий, где действие хотя бы одного из пяти обязательных факторов почвообразования (горная порода, климат, живые организмы, рельеф, время) не имело бы места» (Соколов, 1990^[1]).

Необходимость обязательного учёта при изучении почв всей совокупности факторов замечательно иллюстрирует схема природных зон территории Европейской части России, составленная Г. Н. Высоцким. В ней указаны основные элементы климата (осадки, испаряемость, солнечная радиация и др.), свойства грунтов (мерзлота, карбонатность, засолённость, уровень грунтовых вод), растительность и почвы.