Формирование плодородия почвы, сущность процесса почвообразования
Общая схема почвообразования
Во всех породах, покрывающих поверхность земного шара, с момента их образования возникают и непрерывно развиваются процессы физического и химического выветривания.
В результате выветривания горные породы переходят из массивного состояния (скалы, камни) в раздробленные (дресва, песок, глина). При этом они приобретают ряд новых свойств и особенностей: рыхлость, пористость, водо – и воздухопроницаемость, влагоемкость. Увеличивается их общая поверхность (за счет образования большого количества мелких частиц), которая усиливает химическое выветривание; образуются новые, в том числе и легкорастворимые в воде соединения. Таким образом, начинают создаваться условия для произрастания растительности. Но тем не менее в своем новом состоянии рыхлая горная порода еще бесплодна или характеризуется лишь зачатками плодородия.
Образующиеся в результате физического и химического выветривания легкорастворимые соединения под влиянием атмосферных осадков вымываются из горных пород, поэтому последние обедняются элементами зольного питания растений. Кроме того, такой биологически важный элемент, как азот, потребляемый в большом количестве растениями, практически не содержится в магматических горных породах.
Накопление зольной и азотной пищи в поверхностных горизонтах почвообразующей породы происходите результате жизнедеятельности зеленых растений и микроорганизмов.
Следовательно, одни процессы физического и химического выветривания не могут создать почвы из горной породы. Они только подготавливают горную породу к развитию на ней почвообразовательного процесса.
Превращение горной породы в почву происходит в результате одновременно идущих процессов — выветривания и почвообразования.
Почвообразовательный процесс это совокупность явлений превращения веществ и энергии, совершающихся в поверхностных слоях земной коры, образующих почву.
Началом процесса почвообразования необходимо считать тот момент, когда на продуктах выветривания горных пород поселяется растительность и микроорганизмы. С этого момента начинает формироваться почва — природное тело, обладающее присущими только ему качествами, самое существенное из которых — плодородие, т. е. способность производить урожай растений.
Огромная роль в развитии почв принадлежит растительности. Пронизывая корнями почвообразующую породу, растения извлекают из нее элементы зольного питания и азот, который появляется в породе в результате жизнедеятельности микроорганизмов, и закрепляют эти элементы в синтезированном органическом веществе своего тела. Отмершие остатки растений концентрируются на поверхности и в верхних слоях почвообразующей породы и служат источником нищи и энергии для микроорганизмов, создавая тем самым благоприятные условия питания для новых поколений растений.
Следовательно, зеленые растения и микроорганизмы заставляют элементы зольного и азотного питания изменять формы своих соединений и передвигаться в толще горной породы, превращающейся в почву. Между растениями и горной породой, таким образом, возникает круговорот зольных элементов и азота, который осуществляется в результате постоянно идущих процессов синтеза и разрушения, органического вещества. В результате этого круговорота в верхних горизонтах почвы происходит накопление, или концентрация, элементов зольной и азотной пищи растении.
В процессе разложения растительных остатков в почве всегда синтезируются новые органические вещества— тумбовые, которые, медленно разрушаясь микроорганизмами, накапливаются в почве и придают ей ряд благоприятных физических и физико-химических свойств.
При распаде органического вещества почвы выделяются органические кислоты. Воздействуя на материнскую породу, они усиливают ее выветривание. Наконец, сами растения выделяют корнями различные кислоты, под влиянием которых труднорастворимые минеральные соединения частично переходят в растворимые, доступные растениям.
Характерная особенность почвообразования — постепенно совершающиеся в поверхностных слоях измельченных горных пород процессы синтеза и разрушения органического вещества, перехода минеральных соединений в органические и обратно.
Именно в этом двухстороннем переходе одной формы вещества в другую и заключается специфическая сущность почвообразования.
Однако приведенный выше процесс почвообразовании представляет лишь самую общую схему.
Почвообразовательный процесс, или почвообразование – это сложный природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования в природных или антропогенных экосистемах Земли.
Специфика почвенного покрова, наличие почв различного гранулометрического состава, разной степени увлажнения требует глубокой дифференциации всех мер и приемов, направленных на повышение плодородия почв и урожаев сельскохозяйственных культур.
Систему этих мер можно условно разделить на три большие группы, тесно связанные между собой.
1. Мероприятия, направленные на изменение внутренних свойств почв и создание оптимальных почвенных условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности растений. К ним следует отнести:
благоприятный водно-воздушный режим, создаваемый главным образом мелиоративным воздействием;
оптимальное состояние кислотности ночи, достигаемое известкованием;
достаточные запасы гумуса в почве, пополнение которого происходит за счет внесения органических удобрений и усиленного развития корневых систем растений;
оптимальное содержание подвижных элементов питания для растений, создаваемое путем внесения минеральных и органических удобрений.
2. Мероприятия, направленные на изменение в благоприятную сторону состояния земельных угодий:
завалунености, закустаренности, контурности, эродированности. Значение этих работ особенно велико, так как в Беларуси отмечается очень большая неоднородность почвенного покрова по степеням состояния.
3. Мероприятия, позволяющие наиболее оптимально реализовать, использовать присущее данной почве плодородие и способствовать его увеличению. Сюда относятся
подбор соответствующих почвенным условиям высокоинтенсивных культур и другие агротехнические приемы.
Выделяют методы биологического, химического и физического воздействия на почву для повышения ее плодородия или окультуривания.
Биологический метод заключается в регулировании процессов синтеза и разложения органического вещества в почве, правильном подборе возделываемых растений и сортов, наилучшем соотношении между ними и правильном чередовании их в севообороте.
Химический метод предусматривает применение минеральных удобрений, известкование и гипсование почвы, обогащение при этом почвы питательными веществами, изменение реакции почвенного раствора, интенсивность и характер микробиологических процессов, и другие свойства, определяющие плодородие почвы.
Физический метод направлен на изменение основных агрофизических свойств почвы: строение пахотного слоя, его плотность, пористость и структурное состояние.
Каждый из этих трех методов в той или иной степени воздействует практически на все свойства почвы и протекающие в ней процессы. Но наиболее эффективные результаты можно получить лишь тогда, когда сочетаются все три метода.
Почвообразовательный процесс (почвообразование) – это сложный природный процесс преобразования материнской горной породы в почву, ее становления и эволюции под воздействием комплекса факторов. По своей природе почвообразование – это биофизико-химический процесс.
Преобразование горной породы в почву происходит в результате одновременно идущих процессов – выветривания и почвообразования. Они тесно связаны между собой, но обычно первый процесс предшествует. Физическое и химическое выветривание подготавливают породу к почвообразованию – доводят до состояния рухляка, в котором может содержаться некоторое количество влаги и элементов питания в доступной форме.
Общая схема почвообразования состоит из следующих основных стадий:
1 стадия – привнесение химических элементов и соединений с атмосферными осадками, почвенными животными и растениями в почвообразующую породу. Почвообразование начинается с поселения на продуктах выветривания горной породы микроорганизмов, растений, животных. Сначала поселяются одноклеточные организмы (фото- и хемосинтезирующие авторофы), микроскопические водоросли. Они добывают из породы труднодоступные элементы и связывают азот – тем самым создают условия для поселения более сложных растительных организмов. Зеленые растения поглощают из породы необходимые химические элементы, осуществляют фотосинтез и создают органические вещества. Органические остатки отмерших организмов разлагаются микроорганизмами. Из большей части остатков, после их частичного разложения, синтезируется новое стойкое вещество – гумус, а остальная часть полностью минерализуется до конечных продуктов разложения – СО2, Н2О, ионы. Гумус постепенно накапливается в верхней части породы, придавая ей темную окраску и новые свойства. Одновременно с образованием гумуса идет и процесс его разложения микроорганизмами.
В результате постоянно идущих процессов синтеза и разложения органического вещества происходит круговорот углерода, азота и элементов зольного питания в системе почва – растение – почва. Его обычно называют малым или биологическим круговоротом веществ. Благодаря биологическому круговороту в верхних слоях почвы накапливаются элементы питания растений N, К, Р, Са, S, и др. В результате порода приобретает качественно новое свойство – плодородие.
Вместе с малым круговоротом веществ в природе имеет место и так называемый большой, или геологический, круговорот веществ. С ним связан процесс выноса из почвы взмученных и растворенных веществ в ручьи, реки, моря, океаны с образованием на дне водоема осадочных пород.
В результате геологических изменений земной коры они вновь могут выйти на дневную поверхность и попасть под влияние континентального выветривания. Очевидно, что для поддержания плодородия почвы необходимо стремиться содействовать проявлению биологического круговорота веществ и ограничивать геологический.
Отличительной чертой почвообразовательного процесса является синтез минеральных соединений – глинистых минералов, солей под воздействием организмов, продуктов их распада, атмосферных факторов. Одновременно идут и процессы разрушения минералов. В итоге минералогический состав почвы может существенно отличаться от минералогического состава материнской породы.
2 стадия – преобразование, перемещение и аккумуляция химических элементов по профилю почвы и формирование генетических горизонтов.
Почвообразование сопровождается взаимодействием минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений.
Характерная черта почвообразовательного процесса – перераспределение части минеральных и органических веществ по вертикальному профилю с помощью воды и корневых систем растений и возникновение генетических горизонтов.
В начальной фазе образования почвы возникают фрагментарные почвенные горизонты. В период зрелой фазы формируется почвенный профиль и устанавливаются показатели состава и свойств почв.
3 стадия – частичный вынос химических элементов за пределы почвенного профиля с участием атмосферных осадков. Эта стадия начинается когда почва уже сформирована (наличие почвенного профиля, определенного состава и свойств почвы).
В результате общей схемы почвообразования формируется новая регулирующая, открытая биокосная система, для которой характерны цикличный и поступательный характер почвообразования. Скорость почвообразования зависит от величины используемых энергетических ресурсов.
Источник
Плодородия почвы как природного процесса почвообразования
Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений во всех необходимых им условиях (элементах питания, воде, воздухе, тепле и др.) для нормального роста и развития.
Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.
Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы. Плодородия является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве — результатом окультуривания.
§1. Виды почвенного плодородия
Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое) и потенциальное.
Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Естественное плодородие в одном случае может быть сравнительно высоким, в другом весьма низким, но всегда определяется сочетанием и совместным влиянием природных факторов и процессов почвообразования. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.
Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию). С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т.п.
Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное (экономическое) плодородие.
Эффективное (экономическое) плодородие представляет собой ту часть плодородия почвы, которая реализуется в виде урожая растений. Оно является реальным выражением искусственного и природного плодородия, вместе взятых, и представляет собой результат воздействия человека на почву в определенных социально-экономических условиях. Следовательно, к основным факторам, от которых зависит эффективное плодородие, относятся не только уровень природного плодородия, но в большей степени условия использования почв в производстве, уровень развития науки, техники и реализации их достижений, и растет вместе с ростом последних. Является частью потенциального плодородия почв.
Потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее приобретенными в процессе почвообразования или созданными (измененными) человеком свойствами. Характеризуется запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечения растений другими факторами – водой, воздухом, теплом (а это возможно при окультуривании) – длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Огромное потенциальное плодородие имеет, например, луговой торфяник, после осушения и освоения на нем получают очень высокие урожаи культурных растений за счет частичного расхода запасного фонда. Высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые.
Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому говорят об относительном плодородии почв, т.е. по отношению к определенным видам растений или растительным формациям. Одна и та же почва может быть плодородной для одних и малопригодной для других растений. Например, болотные почвы высокоплодородны для болотной растительности и не подходят для степной, кислые подзолистые плодородны в отношении лесной растительности, на солончаках хорошо произрастает галофильная растительность.
§2. Факторы и условия плодородия почв. Воспроизводство плодородия
Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).
Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:
1) комплекс физических свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;
2) комплекс химических свойств – гумусовый состав, минералогический и химический состав, количество подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;
3) комплекс физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный потенциал;
4) комплекс биологический свойств – количество микроорганизмов, преобладание бактерий (нитрифицирующих, целлюлозоразрушающих, наличие азотфиксирующих), ферментативная активность, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние;
5) комплекс режимов почвы – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.
Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 13 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.
Лимитирующие факторы плодородия и прием их ликвидации
Источник