Факторы участвующие образованию почв

Факторы и условия почвообразования

Почва образуется под влиянием многих факторов и условий, является результатом взаимодействия различных частей географической оболочки. Это и атмосфера, и гидросфера, и литосфера, и тонкая «пленка» живого вещества , которая сосредоточена в основном у земной поверхности.

Впервые о факторах почвообразования заговорил В. В. Докучаев, основоположник такой науки как почвоведение. Именно он обратил внимание на связь процесса формирования почвенного покрова с внешними компонентами природной среды.

Основные факторы почвообразования (по В. В. Докучаеву):

1. Почвообразующая порода (или материнская)
2. Климат
3. Рельеф
4. Растительные и животные организмы
5. Время

Чтобы показать функциональную взаимосвязь между почвенным покровом и почвообразующими факторами, исследователь выявил специальную формулу:

П= ƒ(К, Г, О, Р)*Т

Обозначения в ней следующие:

• П – почва
• К – климат
• Г – горные породы
• О – организмы
• Р – рельеф
• Т – время

Позднее последователи Докучаева добавили еще два важных условия, которые также имеют большое влияние на процесс почвообразования. Это антропогенный фактор, за которым скрыта деятельность человека , и фактор воды.

Таким образом, на почвообразование наибольшее воздействие оказывают:

• Материнская порода
• Климат
• Рельеф
• Вода
• Растительные и животные организмы
• Время
• Деятельность человека

Рассмотрим каждый фактор.

Материнская порода

Она также называется почвообразующей.

Большинство почв образовалось на рыхлых осадочных породах. Они становятся источником минеральных элементов для плодородного слоя, передают ему свою структуру, некоторые физические и химические свойства.

Роль материнской породы существенна на начальных этапах почвообразования. Затем она немного снижается. Минералы попадают в грунт из остатков растений, а на физические свойства влияет влажность, количество осадков, земляная фауна.

Климат

Самое большое влияние на образование почвы оказывают средние температуры в климатической зоне, влажность (осадки) и ветер.

В холодном и слишком жарком климате химические и биологические процессы в грунте протекают медленно , растительность тут скудная. Поэтому плодородный слой в такой зоне очень тонкий. При недостатке воды почвы могут превратиться в солончаки, а переизбыток приведет к заболачиванию.

Лучшим климатом для формирования почв считается умеренный теплый (суббореальный). Именно в таких зонах образовались типичные черноземы. В России это территории Кубани, Ставрополья.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Климат как фактор почвообразования.

Рельеф

На крутых склонах гор почвы подвергаются ветровой и водной эрозии. Южная сторона холма или горы лучше прогревается, там хорошо развивается растительность, и слой почвы более толстый. В долинах скапливается вода, что может привести к образованию болот. От рельефа зависит и уровень стояния грунтовых вод. В низине он выше, чем на возвышенности.

Самые оптимальные условия для формирования почв на равнинах. Здесь не застаивается вода, грунты не подвергаются водной и ветровой эрозии.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Рельеф как фактор почвообразования.

Вода

Вода, поверхностная и грунтовая, влияет на окислительно-восстановительный режим почвы. Кроме того, влага оказывает воздействие на процессы выветривания, образования минералов и гумуса. Она берет на себя роль терморегулятора , определяет тепловой баланс и температурный режим почвы.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Вода как фактор почвообразования.

Растительные и животные организмы

Иначе этот фактор еще называют биологическим.

На формирование почвы влияют растения, микроорганизмы и земляная фауна. Высшие растения – это основной источник органических веществ. От их вида и состава зависят многие характеристики почвы. Микроорганизмы (грибки, бактерии) играют ведущую роль в разложении органических веществ на простые минеральные, доступные растениям для усвоения.

Животные перерабатывают грубые органические остатки, разрыхляют землю. Важную роль играют дождевые черви. Они пропускают через себя от 5 до 600 т грунта за месяц. Их выделения богаты углеводами, которые склеивают частицы почвы и становятся средой для обитания бактерий.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Биологический фактор почвообразования.

Время

Формирование плодородного слоя – это практически беспрерывный процесс, занимающий тысячелетия. Второе название этого фактора – возраст.

Различают абсолютный и относительный возраст почвы. Первый измеряется от начала формирования почвенного покрова до наших дней. Большинство современных почв образовались в четве р тичный период (около 2 миллионов лет назад). На развитие 1 м плодородного грунта идет от 20 до 80 тысяч лет (в зависимости от климатической зоны).

Относительный возраст – это скорость формирования почвы. Она отличается в разные периоды, зависит от изменения влажности и температуры на протяжении лет, периода глобального похолодания или потепления.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Время как фактор почвообразования.

Деятельность человека

Человек начал влиять на почву, когда занялся сельским хозяйством. Произошло это около 10 тысяч лет назад. Влияние повысилось в последние столетия.

Антропогенные изменения связаны с вырубкой лесов, орошением пустынных земель и осушением болот. В результате меняется структура растительности, водный режим. При ведении сельского хозяйства в грунт вносятся минеральные и органические удобрения, химикаты для борьбы с вредителями и сорняками. При уборке урожая с полей вывозится большая часть зеленой массы. Верхний слой грунта постоянно вспахивается.

Влияние человека бывает положительным и отрицательным. При неправильной обработке почвы деградируют, их плодородие падает. Если придерживаться всех правил ухода за грунтом, его характеристики улучшатся, а урожайность будет расти.

Подробнее вы можете прочитать в нашей статье Деятельность человека как фактор почвообразования.

Также рекомендуем вам ознакомиться с нашей статьей Плодородие почвы: как его сохранить и повысить. Там подробно описано , от чего зависит плодородие почвы, как можно определить плодородность, а также даны некоторые рекомендации по повышению ее уровня.

Все факторы почвообразования действуют одновременно. Больше всего на почвы влияет климат. От него зависят тип растительности, влажность и количество осадков. По климатическим зонам также принято классифицировать почвы по типам. Подробнее об этом вы можете узнать в нашей статье Типы почв.

Если вы хотите узнать в целом, как формируется почва, читайте наш раздел Как образуется почва (почвообразование).

Подробнее о каждом факторе почвообразования вы можете прочитать в наших вложенных статьях:

Источник

Научная электронная библиотека

2. Факторы почвообразования

(процессы внешней динамики)

Источником энергии внешних процессов является солнечная радиация, превращающаяся на Земли в энергию воды, ветра.

Экзогенные – это процессы преобразования поверхностной части земной коры под действием лучистой энергии Солнца, силы тяжести, воды, воздуха, живых организмов.

Выветривание (гипергенез) – сумма процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов на поверхности суши, под влиянием факторов и условий географической среды (Добровольский, Никитин, 2002). Это постоянно идущий процесс раз

Рис. 1. Выветривание

рушения и химического изменения горных пород на суше при их взаимодействии с атмосферой, гидросферой и живыми организмами, одно из основных звеньев круговорота веществ в литосфере (рис.1).

Выветривание + сила тяжести = перемещение масс

Выветривания + сила тяжести + движущая жидкость = эрозия (Уильмс, 2009).

Продукты выветривания разделяют по размерам: глыбы – более 20 см, щебень 20–1 см, дресва 1–0,2 см, песок 2–0,1 мм, алеврит 0,1–0,01 мм, целит (глина) – менее 0,01 мм.

Дезинтеграция – физическое дробление и выветривание минеральной части почвы.

Гальмиролиз – подводное выветривание, преобразование морских осадков под действием соленой воды (рис. 2).

Рис. 2. Гальмиролиз

Корразия – механическая обработка обнаженных горных пород при помощи переносимых ветром твердых частиц, шлифовка, высверливание обтачивание (рис. 3).

Причины возникновения выветривания

1. Колебания температур в течение суток, сезонов. Суточные колебания наиболее сильны на поверхности породы, годичные – до глубины 10–20 м. В морском климате они минимальны, в континентальном разница доходит до десятка градусов.

Горные породы расширяются при повышении температуры и сжимаются при охлаждении. Их теплопроводность мала, поверхностные и более глубокие слои нагреваются неодинаково. Из-за этого в породе создается механическое напряжение, которое вызывает появление разрывов между отдельными слоями массивной породы, что является началом дробления. Происходит десквамация — отшелушивание

Рис. 4. Десквамация

2. Изверженные породы неоднородны, они состоят из зерен минералов различного размера, у них разный коэффициент теплового расширения.

При изменении температуры напряжения возникают не только между слоями, но и отдельными зернами различных минералов по поверхности их соприкосновения.

3. Вода капиллярно всасывается в трещины. При замерзании она расширяется на 1/10 своего объема и раздвигает частицы породы, разрушая ее. Вода с большой силой притягивается поверхностями кристаллов, поэтому входит в трещины с усилием и оказывает расклинивающее действие, заставляя отдельности, разделенные трещиной, еще более отодвигаться.

В трещины попадают корни, которые тоже разрушают породу. Лишайники, растущие на поверхности скал, при периодическом увлажнении и высушивании то набухают, то съеживаются, отрывают небольшие частицы породы, с которыми прочно скреплены.

4. Оторвавшиеся от основного массива обломки породы скатываются по склону, сносятся водами и дробятся.

5. Ледники захватывают обломки, измельчают и истирают их. В итоге увеличивается общая поверхность породы. Чем она больше, тем большее число ионов находится на поверхностном слое и может участвовать в химическом выветривании (рис. 5).

Рис. 5. Деятельность ледников

Физическое. Распад массивов горных пород на обломки, щебень минералы без изменения их химического состава. Интенсивно в резко континентальных зонах при широком диапазоне дневных и ночных температур.

На поверхности породы происходит шелушение поверхностного слоя в ви-

Рис. 6. Физическое выветривание

де концентрических слоев – скорлупок (явление десквамации). Физическое выветривание ускоряется при наличии влаги (рнис. 6).

Морозное – разновидность физического. Разрушение пород происходит под воздействием замерзающей воды, проникающей в трещины и поры. Объем льда увеличивается на 9 %. Проявляется в арктических и субарктических зонах. Интенсивно при –45 °С, когда вода замерзает не только в трещинах, но и в капиллярах, разрывая породу и доводя ее до лессовидной (рис. 7).

Рис. 7. Морозное выветривание

Химическое – это совокупность различных химических процессов (гидролиз, окисление), в результате которых минералы, слагающие породы подвергаются распаду, изменяют свой химический состав и строение, формируют новые минералы и соединения (рис. 8).

Рис. 8. Химическое выветривание

Растворение и выщелачивание – итог действия воды. Дождевые капли захватывают из атмосферы газы, обогащают ими породу.

Окисление – переход элементов с низкой валентностью в высоковалентные:

Fes2 + nH2O = mO2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 + H2SO4

пирит сульфат сульфат гидроокись

закиси железа окиси железа трехвалентного Fe

Восстановление – элементы с высокой валентностью переходят в соединения с более низкой валентностью (рис. 9):

Рис. 10. Зона оксиления и восстановления

Рис.11. Гидратация и растворение

Рис. 12. Гидролиз

До глубины 30 м основные агенты химического выветривания – вода, СО2, О2, температура (рис. 34). Сульфат кальция с водой образует гипс и увеличивается в объеме на 33 %. В кристаллах каждого типа минералов существует определенная геометрическая пространственная система – кристаллическая решетка.

Растворение и выщелачивание – итог действия воды, которая за период циркуляции обогащается растворимыми солями, которые также усиливают разложение (рис. 10-12).

Химическое изменение и разрушение пород с образованием новых минералов и соединений. Интенсивно на экваторе и в тропиках, приводит к накоплению в озерах и болотах полезных ископаемых: бокситов, фосфоритов, никеля, кобальта, осадочного железа.

Живые организмы активно участвуют в химическом выветривании. Выделяя СО2, усиливают его действие на породу. Лишайники ускоряют действие влаги на породу.

• глина → алевролит → глинистый сланец → кристаллический сланец → гнейс. При воздействии органических растворов – вместо глинистого сланца – горючий;

• остатки раковин → известняк → мрамор;

• бурый уголь → каменный → антрацит → графит.

Органическое (биологическое) выветривание (рис. 13). Происходит под действием дробления пород корнями растений и кислот, образующихся при разложении растительных и животных остатков, экскрементов животных, микроорганизмов, грибов, лишайников.

Рис. 13. Органическое выветривание

Диатомовые водоросли, которые строят свой панцирь из кремнезема, разлагают алюмосиликаты, выделяя А1 в виде гидроокиси. Слизистые выделения бактерий разрушают полевые шпаты, грибы рода пенициллин выделяют вещество, разрушающее минералы. Бактерии-нитрификаторы окисляют аммиак, продуцируют азотную кислоту, которая вытесняет из минералов щелочи. Древесные растения на песках превращают биотит в каолинит.

Органические кислоты, образующиеся при разложении биоты, поступают в водные растворы, омывающие частицы минералов, вытесняют катионы из решетки минералов.

Экзогенные процессы Волгоградской области

Выветривание распространено по долинам рек, овражно-балочным системам. Оттепели и весенне-зимние заморозки вызывают растрескивание и разрушение пород, просадку и обрушение стен оврагов. Темно-серые майкопские глины, вязкие в выветренном состоянии, рассланцовываются на мелкие чешуи, образуя осыпи щебнистой глины. При увлажнении набухают, уплотняются, заполняют трещины в породе.

С геологической точки зрения Волгоградская область осложнена большим количеством рек, очень много разветвлений и подвижный водный бассейн. Русла – проекция геологических разломов. Регион пересекает большая сеть водотоков. Они разрезают область на отдельные геологические блоки, устойчивость которых зависит от ряда факторов. Равновесие было нарушено после строительства двух ВДХ (Волгоградское и Цимлянское). Это вызвало дополнительную перегрузку поверхностных слоев, поднялся уровень грунтовых вод.

В результате строительства на Волге каскада ВДХ отступление берегов в Самаре – 16 м в год, на Саратовском ВДХ – на 7,5 м, Волгоградском –20 м.

Горные породы, на которых формируется почва – почвообразующие или материнские. Это материальная основа почвы. От нее почва наследует более 90 % своего состава, физический, механический, химический состав и свойства. Остальная часть – органические соединения, корни растений, живые организмы.

Осадочные породы (рис. 11) образуются из магматических и метаморфических пород в результате длительных процессов их разрушения и неоднократного перемещения продуктов выветривания водой, льдом, ветром (пески, глины и др.), а также из отложений остатков различных организмов (известняк и др., рис. 11)

Рис. 11. Осадочные породы

Кора выветривания – верхние горизонты горных пород, в которых протекают процессы физического, химического и биологического выветривания. Почвообразование приурочено к верхней части коры выветривания или во всей – при формировании почв на каменистых субстратах (рис. 12).

Рис. 12. Кора выветривания

Почвообразующая (материнская) порода – часть коры выветривания, из которой образовалась почва, иначе геологические породы, находящиеся у дневной поверхности, из которых образовалась почва в ходе жизнедеятельности поселившихся на них организмов.

Подстилающая порода – геологическое образование, на которой залегают материнские породы.

Основные почвообразующие породы четвертичных отложений осадочных пород:

1. Элювиальные, элювий – продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования (рис. 16, 17).

Рис. 17. Строение элювия

2. Делювиальные, делювий – наносы, отложенные на склонах дождевыми или талыми водами в виде пологого шлейфа (рис. 18).

3. Пролювий формируется в горных странах временными водными и селевыми потоками значительной силы (рис. 19).

Рис. 19. Пролювий

4. Аллювиальные породы, аллювий – осадки речных водных систем (рис. 20).

5. Озерные ленточные отложения накапливаются в озерных депрессиях древнего происхождения.

6. Ледниковые моренные отложения – продукты выветривания пород, перемещенные и отложенными ледниковыми массами.

7. Флювиогляциальные или водно-ледниковые наносы песчаного состава образованы потоками воды тающих ледников.

8. Покровные суглинки и глины – отложения, остающиеся на месте тающих масс льда.

9. Лессы и лессовидные породы – суглинки и глины вне ледниковых равнин различного генезиса, расположенные в суббореальном и субтропическом поясах вне лесных зон (рис. 21).

Рис. 21. Лёссовые породы

Однородность лёссовидных и покровных глин и суглинков вызвана тем, что в свое время они были почвенными горизонтами (Вальков и др., 2006). Нижние горизонты постепенно превращались в породу, биологическое и физическое активное почвообразование показывало однородные гумусовые горизонты.

10. Эоловые пески – формируются под воздействием ветра в рельефных формах бугров, дюн, барханов.

Морские отложения, часто засоленные, формируются в ходе поднятия и выхода на поверхность морского дна.

Дочетвертичные древние коры выветривания встречаются чаще аллитного типа.

Почвообразующие породы Волгоградской области по содержанию основных компонентов разделяют следующим образом (Дегтярева, Жулидова, 1970):

– на кремнеземистые (пески и опоки), они почти полностью состоят из двуокиси кремния;

– глиноземно-кремнеземистые – из двуокиси кремния и алюминия (глины, суглинки, алевролиты);

– карбонатные (мел, известняк, мергель).

Рельеф формируется в результате взаимодействия внешних и внутренних процессов (рис. 22).

Рис. 22. Формирование рельефа

Он находится в постоянном развитии, и современный облик территории имеет длительную историю. Главная роль в формировании рельефа в послеледниковый период принадлежала эрозионным процессам, которые действовали совместно с выветриванием, накоплением рыхлого материала в речных долинах, на террасовых участках в нижних частях склонов.

Макрорельеф – самые крупные формы, определяющие облик большой территории (равнины, плато, горные системы, возвышенности, речные долины, приморские низменности, комплексы морских террас). Его возникновение связано с тектоническими движениями земной коры.

Мезорельеф – формы средних размеров: увалы, холмы, лощины, долины, террасы и их элементы (плоские участки, склоны разной крутизны).

При характеристике склонов как мезорельефных элементов учитывают их крутизну. По шкале С. А. Захарова пологие – 5°, покатые – 5–20°, крутые 20–45°, обрывистые – более 45°.

Микрорельеф – мелкие формы небольшой площади с колебаниями относительных высот в пределах одного метра: бугорки, понижения, западины, возникающие на ровных поверхностях из-за просадок, мерзлотных деформаций.

Элементы мезо- и микрорельефа, особенно склоны, перераспределяют влагу осадков на земной поверхности и регулируют соотношение вод, стекающих по поверхности и просачивающихся в почву. Поверхности разного наклона и экспозиции (направление по частям света) получают неодинаковое количества солнечной радиации, влаги. Сочетание температурных условий и увлажнения обусловливает различную скорость создания и разрушения органических веществ, состава и интенсивности деятельности микрофлоры и фауны, разнообразие растительности, формирование разных типов почв.

Экспозиция – определенное расположение элементов рельефа по отношению к частям света или преобладающим ветрам.

Грунтовые и поверхностные воды как фактор почвообразования

Геологическая работа подземных вод

Суффозия (подкапывание) – растворение и вынос растворенных и мелких частиц подземными водами. Интенсивна в осадочных породах. Сопровождается образованием суффозионных воронок, западин и блюдец, в результате проседания пластов пород над образовавшимися пустотами. Растворяющая способность воды значительно растет, если в ее составе много СО2, О2 и других газов и растворенных солей. СО2 увеличивает растворимость в воде известняка в 2-3 раза.

Суффозионные явления в карбонатных породах называют карстовыми по месту Карст в Югославии, близ Триеста. В итоге образуются карстовые пещеры, пустоты в слоях известняка, доломита. Над карстовыми пещерами возникают провальные воронки.

ОПОЛЗНИ – результат суффозии, смещение масс горных пород под действием силы тяжести. Мелкие перемещения поверхностных слоев – оплывины.

Классификации подземных вод

По качественному составу: сульфатные, сероводородные (Мацеста), железистые и мышьяковистые (Кавказ), бромистые, йодистые (Трускавец), радоновые (Цхалтуба, Пятигорск), серные (Пятигорск), углекислые (Кисловодск).

По количеству солей: пресные содержат меньше 1г/л, солоноватые – 1-25, соленые – 25-50, рассолы – более 50.

Минерализация – количество растворенных веществ в воде, их состав.

В подземных водах содержится более 60 элементов. В виде газов – тяжелый водород, азот, сероводород, аммиак, углекислый и угарный газы, кислород, радон. Бактериальная жизнедеятельность значительно преобразует их солевой состав. Качественный состав подземных од и их минерализация влияют на химический состав почв.

По положению в рельефе выделяют три группы перераспределения осадков, которые называют рядами увлажнения и соответствующие им типы почв.

1. Автоморфные – формируются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока поверхностных вод, при глубоком залегании грунтовых вод – ниже 6 м.

2. Полугидроморфные – при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых на глубине менее 3–6 м, капиллярная кайма может достигать корней растений.

3. Гидроморфные – при длительном поверхностном застое или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м, капиллярная кайма может достигать поверхности почвы.

Грунтовые воды, залегающие на 3–4 м глубине могут вызвать переувлажнение и засоление почв. Уровень грунтовых вод, при котором начинается угнетение растений – критический.

Атмосфера и климатические условия

Определенное сочетание температурных условий и увлажнения обусловливает тип растительности, темпы создания и разрушения органических веществ, состав и интенсивность деятельности микрофлоры и фауны, интенсивности биологических и биохимических процессов в почве.

Климатические условия – это поступление на поверхность Земли световой и тепловой энергии, воды. Из всего многообразия климатических факторов почвоведы, прежде всего, используют температуру, количество атмосферных осадков (рис. 23, табл. 1).

Рис. 23. Зональность климата

Поступление солнечной радиации имеет зональный характер, зависит от географического места и альбедо – отражающей способности. Альбедо почвы (лат. albedo – «белизна») − количественная характеристика отражательной способности почвы (рис. 24). Определяется в долях (%) отраженной радиации от общей, поступающей на поверхность. Самое большое альбедо у снега − 70–90 %, это сильно задерживает его таяние, у песка − до 35 %, у травяного покрова − 20–25 %, у лесных крон − от 5 до 20 %. Наименьшее альбедо у воды − 5 % и у пашни (черноземы − 5 %, подзолы − до 20 %). Общее альбедо земного шара составляет около 40 %.

Рис.24. Альбедо почв

Объективная мера потенциальной биологической и агрономической оценки термического режима – сумма активных температур выше 10 °С.

Временное варьирование температур, характерное для приземного слоя, ослабевает и затухает в коре выветривания на глубине 2,5–3,5 м. Здесь устанавливается постоянная температура, типичная для данной территории, она совпадает со среднегодовой температуры атмосферы (табл. 1). При минусовых среднегодовых температурах воздуха характерно распространение вечной мерзлоты.

Приземный слой – воздух от поверхности Земли до высоты 30-50 м, наиболее загрязненный, в нем содержатся продукты горения, загрязняющие вещества, семена, споры и пыльца растений, микроорганизмы.

Показатели температуры воздуха и различных поверхностей, наблюдающиеся в солнечные дни июня, июля и августа

Источник