IV. минеральные подпочвенные горизонты.

С – материнская порода – рыхлые четвертичные отложения, незатронутые почвообразованием.

D – четвертичные отложения, отличающиеся по генезису от вышележащей материнской породы.

D₂ – девонские пески.

R – дочетвертичные отложения.

3. Выветривание, его формы и значение для почвообразования.

Выветривание – это процесс разрушения горных пород под влиянием температурных колебаний, воды, а также живых и растительных организмов.

Выветривание (гипергенез):

- механическое (физическое)

- химическое

-биологическое

В природе идут одновременно с взаимодействием друг с другом, и разделить их практически невозможно.

1. Механическое выветривание – разрушение горных пород на обломки различной величины и формы. Выветривание под температурным фактором. Также активную роль играет вода при замерзании увеличивается в объеме. Ветер, но не сам по себе, в воздухе должны быть во взвешенном состоянии минеральные частицы, которые ударяются о горные породы.

→ →

При механическом выветривании породы полиминерального состава – гранит. Пределом выветривания – разрушение горной породы на отдельные минералы. Дальше механическое выветривание не идет. При изменении горной породы наблюдается существенное изменение свойств. Появляются следующие физические свойства у выветрившейся породы: 1. Появляется влагопроницаемость. 2. Воздухопроницаемость. 3. Меняются физические постоянные – удельный вес, теплопроводность и самое главное – происходит увеличение удельной или суммарной поверхности вещества.

S S

→

Так как увеличивается S, увеличивается возможность выхода веществ в окружающую среду.

2. Химическое выветривание – за счет растворения, гидратации, гидролиза.

Гидратация – присоединение к минералам в горных породах воды. Гидролиз – потеря минералами воды входящий в их состав.

K₂ Al₂ Si₆ O₁₆ калийный полевой шпат. Значение химического выветривания: K – есть, но недоступен, прочно удерживается в минералах силами молекулярного притяжения:

K₂ Al₂ Si₆ O₁₆ +2H₂O ↔ H₂ Al₂ Si₆ O₁₆ + 2KOH I–стадия повсеместно.

KOH ↔ K⁺ + OH^-

Растения способны усваивать питательные элементы не на молекулярном, а на ионном уровне. Первичные минералы – входящие в состав горных пород. Вторичные минералы – после химического выветривания. Химическое выветривание может идти дальше.

II стадия субтропические и экваториальные широты.

H₂ Al₂ Si₆ O₁₆ + nH₂O→ H₂ Al₂ Si₂ O₈ ∙ H₂O+ SiO₂ ∙nH₂O

Каолин аморфная кремнекислота.

В более низких широтах химическое выветривание идет дальше. В экваториальных широтах химическое выветривание достигает максимального развития.

H₂ Al₂ Si₂ O₈ ∙ H₂O→ Al₂O₃ + 2 SiO₂ + 2H₂O.

В низких широтах средняя температура +25, высокая влажность: горные породы разрушаются до отдельных оксидов, идет в теплых гумидных районах земного шара. В экваториальных широтах глубокое разрушение способствует образованию металлооксидов (Al₂O₃; Fe₂O₃).

Биологическое выветривание.

- Разрушение горных пород под влиянием растительных организмов.

Биологическое выветривание – биохимическое выветривание. Лишайники (литофильные) поселяются на горных породах, своими ризоидами выделяют кислоты, которые взаимодействуют с минералами, входящими в состав горных пород.

В процессе 3-х выветриваний:

1. Образуются материнские породы, на которых формируются почвы.

2. В процессе выветривания питательные элементы из недоступных форм переходят в доступные.

3. Увеличивается удельная поверхность вещества, которая способствует выходу питательных элементов в окружающую среду.

4. Изменение горных пород сопровождается изменением физических свойств: водопроницаемость, воздухопроницаемость, теплопроводность.

5. Измельчение горных пород определяет возможность поселения на продуктах выветривания древесных и травянистых растений.

4. Механический состав почв, его влияние на почвообразование. Классификация почв по гранулометрическому составу.

Твердая фаза почв представлена продуктами выветривания (обломки горных пород). Гранулы – продукты выветривания. Гранулы > 1мм. – скелет;

Гранулы < 1мм – мелкозем.

Мелкозем подразделяется по размерам частиц на 3 фракции:

1. Песчаная фракция: 1–0.01 мм. Преобладает SiO₂ .

2. Пылеватая фракция: 0.01–0.001мм.

3. Илистая фракция < 0.001 мм. Вторичные минералы.

Механический или гранулометрический состав – фракций мелкозема выраженное в % по отношению к его общей массе.

Классификация механического состава Качинского.

Механический состав	Содержание песчаной фракции в %.	Содержание физической глины в % (ФГ)
1. Песчаная H2O	>90%	<10% ПЛМС
2. Супесчаная O2	90-80	10-20% ПЛМС
3. Легкосуглинистая Самые плодородные	80-70	20-30% Пср МС
4. Среднесуглинистая Самые плодородные	70-60	30-40% Пср МС
5. Тяжелосуглинистая H2O	60-50	40-50% ПТМС оглеение
6. Глинистая O2	<50	>50% ПТМС оглеение

1 и 2 – имеют лёгкий механический состав (тёплые); 2 и 3 – средний (самые лучшие почвы); 4 и 5 – тяжелый (холодные).

ФГ – илистая фракция + пылеватая фракция в %.

Механический состав влияет на плодородие почв. K, P,Ca,Mg илистая и пылеватая фракции.

Чем тяжелее механический состав почвы, тем плодороднее почва (потенциально), но с другой стороны механический состав влияет на вводно-воздушный состав. Почвы ЛМС – бедны питательными элементами.

Плодородие определяет механический состав:

1. Наличие питательных элементов.

2. Водно – воздушные свойства почв.

3. Емкость поглощения (чем больше илистой фракции, тем выше емкость поглощения).

4. Сроки посева и созревания с/х. культур.

5. Себестоимость с/х продукции. Песчаные легче перекопать → нужно меньше бензина.

5. Гидроклиматические факторы почвообразования.

Климат оказывает прямое и косвенное воздействие на почву. Почвообразование идет при положительных температурах. При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химических реакций повышается в 2 раза.

Косвенное воздействие: показатель – сумма активных температур.

Σ ≥ +10^о

135 – сред. Суточная 10 градусов; 135 * 10=1350^о сумма активных температур.

Осадки. Ку = осадки/испарение; К.у.= 750/400=1.8

К.у. > 1.0губительно малоплодородные почвы.

К.у. = 1.0 норма

К.у. < 1.0 недостаток.

Климат

К числу важнейших факторов почвообразования относится климат. С ним связаны тепловой и водяной режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы. Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе “приземный слой воздуха — почва — почвообразующая порода”. Тепловой режим обуславливает процессы переноса и аккумуляции тепла в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.Этот фактор способствует распределению почв (так же, как и растительности) по широтным зонам. Так, в тундровой зоне выделяются специфические тундровые почвы, в таежной – подзолистые, в зоне широколиственных лесов – серые лесные, в степной – черноземы и т.д. Это значит, что температура и количество осадков влияют на почвообразование (рис. 1).

Водный режим

Водный режим почвы в основном определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года, их формой (при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока).

Климатические условия

Климатические условия оказывают косвенное влияние и на такие факторы почвообразования, как почвообразующие породы, растительный и животный мир и др. С климатом связано распространение основных типов почв.

Рис. 1. Изменение климатических показателей, растительности и почв на профиле от тундры до пустыни (зачернен гумусовый горизонт)

6. Роль материнских пород и рельефа в почвообразовании.

Рельеф. Поверхность земной коры неоднородна. Она представляет собой, грубо говоря, чередование понижений и возвышенностей. Если превышения между крайними точками рельефа лежат в пределах от сотен метров до нескольких километров, говорят о макрорельефе; от нескольких до десятков метров – о мезорельефе; от десятков сантиметров до 1 м – о микрорельефе. Вдоль макрорельефа распределяются температура, осадки и другие климатические факторы, а вдоль микрорельефа – напочвенная растительность и характер подстилки. Когда говорят о распределении почв по рельефу, то, как правило, имеют в виду мезорельеф. Верхние и нижние части склонов различаются между собой по условиям почвообразования. В верхних частях почвы обычно получают воду в основном из атмосферных осадков, в нижних – преобладает питание от грунтовых вод. В связи с этим почвы низин часто бывают переувлажнены или заболочены, а почвы верхних частей мезорельефа – сухими или свежими (средне увлажненными). Кроме того, вниз по склону происходит постоянный вынос частиц за счет внутрипочвенного стока, что приводит к формированию элювиоделювиального комплекса (см. ниже).

Материнская порода. Горная порода, на которой началось образование почвы, называется материнской породой. В зависимости от происхождения различают осадочные, обломочные и метаморфические горные породы. Осадочные сформировались в результате выхода на дневную поверхность морских или озерных отложений; обломочные – в результате переотложения материала физического и химического выветривания изначально монолитной горной породы, метаморфические – в результате выхода на дневную поверхность мантийного вещества.
Разные породы различаются по своим физическим и химическим свойствам, что обуславливает формирование на них различных почв. В пределах умеренной зоны Евразии на поверхности залегают следующие виды материнских пород.

1. Морена. Представляет собой горную породу ледникового происхождения. Ледники переносят огромное количество обломочного материала разного размера – от тонких (глинистых или пылеватых) частиц до крупных валунов. Морены бывают различные (рис. 2). Одни из них были аккумулированы в самом теле ледника и сформировались in situ при его таянии. Такова основная морена. В конце ледникового языка (или покровного щита) образуется конечная морена, представляющая собой груду обломочного материала, которую принес ледник. При долгом стоянии ледника на одном месте лед стаивает и весь обломочный материал скапливается у его края, образуя валы и целые гряды. Такова, например, Клинско-Дмитровская гряда, представляющая собой конечную морену времен Московского оледенения (рис. 3). Морена – не сортированная порода. В ней перемешаны частицы различного размера – от глинистых до валунов. Как правило, она суглинистого механического состава и красно-бурого цвета, бескарбонатна.

2. Покровные суглинки и глины. Так же, как и морена, образовались при таянии ледника. Однако в отличие от морены их образование связано с ледниковыми водами, поэтому они хорошо сортированы и в них отсутствуют валуны. Покровные суглинки и глины всегда приурочены к вершинам возвышенностей мезорельефа в средней полосе европейской части России. Как уже было сказано, в них отсутствуют валуны, цвет всегда желто-бурый (не имеет красноватого оттенка), бескарбонатны, более богаты микроэлементами, чем морены.

3. Флювиогляциальные отложения. Представляют собой песчаные или супесчаные водно-ледниковые наносы. Во время таяния ледника в его ложбинах собирались талые воды, которые образовывали целые реки с разветвленной сетью притоков. Эти водные потоки обладали значительной мощностью, основное русло местами могло пролегать на поверхности ледника, местами – заглубляться в трещины и каналы, доходившие до дна ледника, образуя подледниковые потоки. Эти потоки размывали основную морену, захватывая легкие частицы (глинистые, песок и мелкие обломки), перенося их на значительные расстояния, сортируя и откладывая в другом месте. В зависимости от условий образования и морфологических особенностей выделяют три вида флювиогляциальных отложений. Это зандры, камы и озы.

Зандры(от лат. sandur – песок) – это пологоволнистые равнины, сформировавшиеся в результате отложения частиц в местах выхода подледниковых вод на поверхность за конечной мореной (рис. 4). Вытекавшие из-под края ледника потоки широко разливались по лежащей за ним равнине. При этом сразу за конечной мореной откладывались наиболее крупные частицы (галька), далее – на широких площадях – пески и в нижнем течении таких потоков, где скорость воды наименьшая, – покровные суглинки и глины. Таким образом, в зандровых равнинах по площади преобладают песчаные отложения. Типичным примером зандровой равнины может служить Мещерская низменность, сформировавшаяся при таянии Московского ледника.

Камы– хаотически разбросанные холмы высотой 10–20 м, напоминающие моренные холмы, но отличающиеся от них внутренним строением. Они составлены хорошо отсортированным песком, часто чередующимся со слоями глины или гальки. Такое строение объясняется деятельностью стоячих ледниковых вод, скапливавшихся в ложбинах ледника, так что образовывались ледниковые озера.

Озы– это вытянутые по направлению движения ледника узкие песчаные гряды или валы, длина которых колеблется от нескольких сот метров до нескольких километров, а высота – от 5 до 50 м (рис. 5). Предполагается, что образование оз связано с отложением песчаного материала морены во внутриледниковых каналах.

Флювиогляциальные отложения являются наиболее бедными из всех ледниковых отложений.

4. Лёссы и лессовидные суглинки. Лесс представляет собой горную породу эолового (ветрового) происхождения. Он образован пылеватыми частицами, содержит до 70% карбоната кальция, светло-желтого цвета, с большим количеством пор. Лессы образуются по краям пустынь и в степях. Лессы Восточной Европы образовались, по всей видимости, во время Днепровского оледенения. Лессы Средней Азии и Китая имеют более раннее – плиоценовое – происхождение. Лессовидные суглинки отличаются от лессов более северным географическим положением (северные степи, отчасти – зона широколиственных лесов), более темным цветом, меньшим количеством пор, меньшим содержанием кальция. Лесс и лессовидные суглинки обладают самыми лучшими лесорастительными свойствами.

5. Ленточные глины. Представляют собой донные отложения ледниковых озер. Имеют слоистую структуру: в них наблюдается чередование более светлых и более темных слоев. Образование слоев связано с сезонной динамикой озерных отложений. Летом озеро принимает в себя сток ручьев и речек, несущих частицы различного размера – от тонких илистых до более крупных песчаных, которые оседают на дне озера. Зимой же сток замедлен, поэтому на дно откладывается только тонкий илистый материал.

6. Озерные отложения.Донные отложения озер, сформировавшиеся в условиях более теплого климата, чем предыдущая порода. В них отсутствует слоистость, они имеют глинистый или тяжелосуглинистый механический состав, как правило, красноватый цвет.

7. Морские отложения. Донные отложения морей прошлых геологических периодов, вышедшие на дневную поверхность. Представляют собой довольно богатые микроэлементами глины различного цвета (белого, черного, красного, синего), известняк или мел.

8. Эоловые отложения. Скопления частиц, переотложенных в результате пыльных бурь, ураганов и тому подобных явлений, связанных с деятельностью ветра. Распространены в аридных районах (пустыни, степи) и по берегам морей. К эоловым отложениям относятся, например, песчаные дюны на побережье Балтийского моря и барханы в пустынях Средней Азии.

9. Аллювиальные отложения. Отложения постоянных водных потоков – рек различной величины, ручьев. Воды реки или ручья всегда несут в себе взвесь частиц различного размера – от тонких пылеватых до более грубых песчаных. Отложение реками аллювия приводит к формированию поймы. В притеррасной пойме, где скорость потока незначительна, откладываются илистые и глинистые частицы. В прирусловой пойме, как правило, откладывается песок, что приводит к формированию пляжей и прирусловых валов. В центральной пойме наблюдаются смешанные по механическому составу отложения, часто слоистые.

10. Элювий и делювий.Этот вид материнской породы наблюдается на склонах мезорельефа. Он образуется из-за поверхностного стока атмосферных осадков. Тонкие струйки воды, текущие вниз по склону по почвенным порам, увлекают с собой тонкие частицы, которые в конечном итоге отлагаются в основании склона, а более грубые – песчаные – остаются наверху. В результате на склонах накапливается довольно мощный слой осадков, имеющих суглинистый состав, а сам склон при этом выполаживается. Отлагающиеся в нижней части склона осадки называются делювием, а опесчаненная порода в верхней части склона – элювием.

11. Торф. Материнская порода органогенного происхождения. На старых верховых болотах, где слой торфа может достигать нескольких метров, он представляет собой субстрат для поселения фитоценозов, следовательно, является материнской породой.

Рис. 6. Схема строения долины равнинной реки:
1 – русловый аллювий; 2 – пойменный аллювий; 3 – старичный аллювий; 4 – склоновые отложения; 5 – русло реки; 6 – пойма реки; 7 – зарастающая старица; 8 – надпойменная терраса; 9 – береговые валы

Время. На свойства почвы оказывает влияние и возраст материнской породы. Так, флювиогляциальные пески на территории южной тайги менее богаты минеральными элементами, чем такие же пески в северной тайге на северо-западе России. Это связано с тем, что песчаные отложения северных районов более молодые, чем южных. Первые сформировались при таянии последнего ледника примерно 10 000 лет назад, а вторые – гораздо раньше, при таянии ледников, существовавших в предыдущие стадии оледенения. Поэтому песчаные почвы на юге таежной зоны подвергались химическому выветриванию (оподзоливанию и т.д.) более длительное время, чем на севере.

7. Роль микроорганизмов в почвообразовании.

От характера растительности, поселяющейся в определенном месте, напрямую зависит характер формирующейся здесь почвы, и наоборот. Растительность воздействует на почвы как прямо, так и опосредованно. Прямое влияние заключается в отложении на поверхности почвы опада, который, разлагаясь, обуславливает ее физико-химические свойства. Так, хвойные породы дают более кислый опад, чем лиственные, что способствует развитию подзолистого процесса под хвойными лесами. Опад широколиственных пород обладает слабокислой и нейтральной реакцией и содержит много кальция, являющегося одним из главных элементов в формировании свойств почв, благоприятных в лесорастительном отношении. Моховая растительность, отлагая слои торфа, часто подтягивает кверху уровень грунтовых вод, ухудшая лесорастительные условия.

Создаваемая таким образом среда определяет характер местообитания для почвенной микро- и мезофауны, представители которой также влияют на процесс почвообразования, разрыхляя, перемешивая разнородные участки почвы, разлагая органику. Таким образом, косвенное влияние растительности на почвы заключается в создании среды для поселения фауны редуцентов.

Колоссальная роль в почвообразовании – низшие бактерии (Б). Б. спосбны усваивать из атмосферы O₂, N₂, H₂, C₂.

Азот фиксаторы – бактерии, способные усваивать атмосферный азот. Нитрификаторы - бактерии усваивающие азот из аммиачных соединений. Способны окислять аммиачный азот. 2 NH₃ + 3O₂ →2HNO₂ + 158 кал.

Нитрификаторы (nitrasamonas) недоступный аммиачный азот переводят в аммиачную кислоту. HNO₂ ↔ H⁺ + NO₂^-

Растения усваивают питательные элементы в ионной форме. Нитрификаторы способны окислять дальше HNO₂ до азотной кислоты.

HNO₂ + O₂ → HNO₃

H⁺ NO₃^-

Амонификаторы – усваивают азот из белковых соединений и переводят его в доступную форму. Среди группы бактерий азот фиксаторов существует род Clostridium azotobacter – паразитируют на корнях бобовых растений и усваивают атмосферный азот.

Колоссальная роль бактерий в минерализации растительного опада травянистых сообществ. Бактерии - гумусообразующие, за счет бактерий в гумусе – гумидные кислоты.

Грибная микрофлора типична для лесных цинозов. Её значение: -минерализация растительного опада, -образование гумуса. В лесных сообществах минерализация происходит благодаря микрофлоре. Они способствуют переходу пород в доступную форму. Принимают участие в образовании гумуса. В составе гумуса в лесных ценозах входит фульвокислота, в травянистых гуминовая.

Водоросли. Сине-зеленые водоросли усваивают атмосферный азот. Почвы обогащаются органическими веществом. Лишайник - симбиоз гриба и водоросли: - способствуют обогащению субстрата органическим веществом; - разлагают растительные остатки; - участие в процессах выветривания

Высшие растения играют колоссальную роль в почвообразовании. Биологический круговорот. Растения усваивают питательные элементы на ионом уровне, усваивают питательные элементы из водных растворов.

Биологический круговорот основных типов зональных биоцинозов.

Тип растительного покрова	Биомасса	Прирост Ц/га	Опад Ц/га	Подстилка Ц/га	Отнош. Подстил. К опаду.
	Ц/га	Надз. Часть в %	Подзем. В%
Тундра	50(159)			10(38)	10(37)	35(280)	3.5
Ельники (южно-таежные)	3300 (2700)			85(155)	55(120)	(1300)	6.3
Дубравы	(5800)			90(330)	65(255)	(800)	2.3
Степи луговые	(1180)			(682)	(682)	(800)	0.9
Саванны	667(727)			120(-)	115(-)	13(16)	0.1
Влажные тропические леса	(11000)			(2000)	(1500)	20(178)	0.08

(-) количество зольных питательных элементов.

В лесных цензах преобладает надземная биомасса (80%). Корневая масса преобладает в травянистых растениях (68%). В лесных цинозах земного шара подавляющая часть питательных элементов оказывается законсервированной в стволах и ветвях деревьев. Они накапливаются в течение всей их жизни. В травянистых сообществах биологический круговорот гораздо интенсивнее. Здесь формируются наиболее плодородные почвы Земного шара. Корни древесных - многолетние. В травянистых сообществах есть растения однолетние и многолетние (часть корневой системы отмирает.) В лесных цинозах гумус резко убывает с глубиной, в травянистых сообществах – плавно.

Химический состав золы некоторых химических элементов

Группы растений	Общая зольность	Содержание в золе в %
K	Ca	Mg	P	S
Бактерии	7.3	14.7	6.0	4.8	1.0	1.2
Водоросли	25.3	5.0	23.1	1.7	1.5	8.9
Грибы.	7.2	28.4	3.2	2.4	16.5	2.3
Лишайники	2.6	9.3	11.0	2.4	2.3	2.9
Хвойные породы	3.8	15.4	26.4	4.5	6.2	6.2
Злаки	6.6	23.0	4.4	1.9	2.1	2.4
бобовые	7.9	27.0		3.4	4.7	1.7