Уровни организации почвы как сложной системы

Почва — четырехфазная система

Почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газовой и живой. Твердая фаза почвы — это полидисперсная органоминеральная система, состоящая из первичных, вторичных минералов и органических веществ растительного и животного происхожде­ния, а также продуктов их взаимодействия. Она наименее дина­мична и образует каркас для других фаз, характеризуется опреде­ленными морфологическими признаками, гранулометрическим, минералогическим и химическим составом.

Жидкая фаза почвы— это вода, занимающая часть порового пространства, поступающая в виде атмосферных осадков и из грунтовых вод, содержащая растворенные органические и мине­ральные вещества и потому названная почвенным раствором. Почвенный раствор характеризуется определенным химическим со­ставом, кислотно-щелочными и окислительно-восстановительны­ми параметрами и другими показателями. Ему принадлежит веду­щая роль в химических, биологических, биохимических и других процессах, протекающих в почвах в вертикальном и латеральном (боковом) переносе веществ. Он является непосредственным ис­точником питания растений. Жидкая среда динамична, продукты ее функционирования обновляются в течение суток.

Газовая фаза почвы — это почвенный воздух, заполняющий поровое пространство, свободное от воды. Так же, как и атмосфер­ный, почвенный воздух в основном состоит из азота, кислорода и углекислого газа, но в отличие от атмосферного содержание в нем кислорода и углекислого газа сильно изменяется во времени и в пространстве. Скорость обновления продуктов функциониро­вания газовой фазы в целом сопоставима со скоростью обновле­ния жидкой фазы.

Живая фаза почвы (почвенная биота) — это населяющие почву организмы. К ним относятся микроорганизмы, бактерии, грибы, водоросли, представители почвенной микрофауны; про­стейшие, насекомые, дождевые черви и др. Отнесение обитающих в почве корней растений к живой фазе почв, так же как и млеко­питающих, остается дискуссионным, хотя их вклад в почвообра­зование очень существенный.

Согласно современным представлениям почва является сложной системой, имеющей многоуровневую структурную орга­низацию. На базе системного подхода были определены иерархи­ческие уровни структурной организации почвы (Б.Г. Розанов, 1988). Наиболее низким уровнем является атомарный (радиоак­тивные изотопы, естественная и искусственная радиоактивность). Следующий уровень — кристалло-молекулярный, или молекулярно-ионный (молекулы и ионы твердой, жидкой, газообразной и живой фазы почв). Третий уровень структурной организации по­чвы — уровень элементарных почвенных частиц — это фракции разного размера, выделяемые при гранулометрическом анализе (песок крупный, средний, мелкий; пыль крупная, средняя, мел­кая; ил). Эти частицы различаются не только размером, но и со­ставом и свойствами. Четвертый уровень — почвенные микро- и макроагрегаты, или структурные отдельности, включающие кро­ме агрегированных (склеенных) элементарных почвенных частиц специфические новообразования (конкреции, стяжения, пленки и др.). Клеящим веществом в агрегатах являются новообразован­ные гумусовые вещества, соединения кальция, железа и др.

Пятый уровень организации — почвенный горизонт. Морфологические признаки, состав, строение и свойства генетических горизонтов позволяют диагностировать почвенные процессы и почвенные разности.

Шестой уровень структурной организации — это почвенный профиль (почвенный индивидуум), характеризующий почву как особое природное тело, состоящий из закономерного сочетания генетических горизонтов.

Седьмой и последующие уровни являются уровнями почвен­ного покрова: элементарный почвенный ареал — участок террито­рии, занятый одной почвой, почвенные комбинации, структуры, включающие два или несколько элементарных почвенных ареалов (сочетания, вариации, комплексы и др.). К последнему уровню сле­дует отнести почвенный покров, или педосферу в целом, как от­дельную геосферу Земли, имеющую общепланетарные функции.

Каждый из перечисленных уровней организации требует спе­циальных методов исследования и способов контроля и управления.

Почвы образуются в результате взаимодействия факторов почвообразования. В.В. Докучаевым было установлено пять гло­бальных факторов почвообразования: климат, растительность и животный мир (биологический фактор), почвообразующие породы, рельеф и возраст страны (время). Впоследствии были добав­лены хозяйственная деятельность человека (фактор, ставший в настоящее время глобальным) и ряд локальных факторов, таких как почвенно-грунтовые и грунтовые воды, поверхностные воды половодий и паводков в поймах рек, вулканический фактор в об­ластях действующих вулканов.

Почвоведение изучает почву не только как особое природ­ное тело, но и как средство производства, как предмет труда и как продукт труда. Это связано с тем, что главным функциональ­ным свойством почвы является плодородие, обеспечивающее жизнь на Земле и являющееся результатом жизни. Под плодородием понимается способность почв обеспечивать растения земными факторами жизни, а это: элементы питания, вода, почвенный воздух, стимулирующая способность, теплорегулирующая способность, кислотно-щелочные и окислительно-восстановитель­ные условия, энергетические поля, каркас для корневых систем. Кроме того следует различать космические факторы жизни растений (солнечная энергия, свет и тепло) и атмосферные факторы (кислород, углекислый газ, элементы питания).

Плодородие почв — предмет изучения одного из главных на­правлений прикладного почвоведения — агропочвоведения. Оно зависит от состава и свойств почв, формируется и развивается вместе с развитием почвы в результате взаимодействия факторов почвообразования, поддается количественной оценке и регулированию.

Источник

Фазы (части) почвы

Факторы почвообразования. Климат. Рельеф.

Фазы (части) почвы

Лекция 2.

Почва состоит из четырех (фаз или частей): твердой, жидкой, газообразной и живой.

Твердая фаза почвы. В состав твердой фазы почвы входят минералы и химические соединения, унаследованные от исходной горной породы и неизмененные при последующем выветривании и почвообразовании – их называют первичными. Твердую фазу почвы формируют разнообразные компоненты вторичного происхождения. Они образуются при выветривании исходной горной породы и почвообразовании. Это: вторичные глинистые минералы, простые соли, оксиды и гидроксиды, растительные остатки и продукты их трансформации типа детрита, гумусовые вещества и их органо-минеральные производные. Эти продукты образуются на месте или же приносятся агентами геохимической миграции — поверхностными, внутрипочвенными и грунтовыми водами, а также аэральным путем.

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, сложением, структурой и пористостью.

Жидкая фаза почвы. Это влага, циркулирующая в пределах почвенного профиля вместе с растворенными в ней разнообразными минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. Она называется почвенным раствором. Почвенный раствор представ ляет собой исключительно динамичную фазу почвы, он играет важную роль в жизни живых организмов, а также в процессах миграции веществ в почвенном профиле. Динамика почвенного раствора тесно связана с характером атмосферного и грунтового увлажнения почвы, температурным и окислительно-восстановительным режимами, деятельностью живых организмов.

Газовая фаза почвы. Представляет собой почвенный воздух, который заполняет разнообразные пустоты (поры, трещины и т. п.), имеющиеся в почве и не занятые водой. Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного и динамичен во времени.

Живая фаза почвы. Эта фаза представлена живыми организмами, населяющими почву, которые помимо всего прочего служат важнейшим фактором почвообразования. В состав живой фазы почвы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), почвенная микро- и мезофауна (простейшие, насекомые, черви и т. д.), корневые системы зеленых растений.

Все фазы почвы взаимосвязаны, оказывают взаимное влияние друг на друга и существуют как единое целое, между почвой и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией, т. е. почва — открытая система.

Взаимодействие почвы с другими природными телами осуществляется через следующие процессы:

• многосторонний обмен газами (О2, СО2, 2 и др.) и влагой (жидкой и парообразной)

в системе атмосфера—почва—растения—порода;

• обмен коротко- и длинноволновой радиацией в системе Солнце_почва_атмосфера;
• многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера—почва—порода;
• обмен биофильными элементами в системе почва—растения;
• одностороннее поступление в почву органического вещества, синтезированного зелеными растениями и несущего в себе химическую энергию (трансформированную лучистую энергию Солнца).

Почва — сложная структурная система .

По Б.Г.Розанову (1975), под структурным уровнем организации того или иного объекта понимается такая группа материальных объектов, все индивидуальные представители которой характеризуются принципиально однотипным характером превращений вещества и энергии и однотипными как по направлению, так и по интенсивности взаимодействиями. Каждый структурный уровень характеризуется своим особым комплексом природных законов поведения и взаимодействия (внутри себя и с окружающей средой) составляющих его объектов и явлений.

Каждый последующий более высокий структурный уровень организации включает в себя все объекты, явления и взаимодействия более низких уровней и, кроме того, имеет дополнительно некоторые иные явления и взаимодействия, что делает его принципиально иным природным образованием. Переход от одного структурного уровня к последующему определяется прежде всего изменением характера взаимодействия.

Выделяют следующие уровни структурной организации почвы.

Атомарный уровень. Взаимодействия, происходящие на этом уровне, преимущественно связаны с радиоактивностью почв, возникающей при распаде естественных радионуклидов семейства урана, радия, тория и некоторых искусственных нуклидов. Распад радиоактивных элементов сопровождается выделением энергии. Процесс распада и превращения радиоактивных элементов, вероятно, представлен во всех почвах. Хотя радиоактивные элементы обычно присутствуют в почвах в ультрамикроконцентрациях, процесс их распада, растянутый во времени, может вносить заметный вклад в энергетический баланс почв и оказывать определенное воздействие на биологические процессы и выветривание минералов. Реально в почве мигрируют и трансформируются не атомы, а ионы, молекулы и более сложные образования.

Ионно-молекулярный уровень. В качестве элементов на этом уровне структурной организации почвы выступают активные центры молекулярно-ионной природы, находящиеся на поверхности раздела твердой фазы почвы, а также молекулы и ионы жидкой и газообразной фаз, взаимодействующие с активными центрами и между собой.

Ионы — главный компонент почвенных растворов, они играют исключительно важную роль в таких процессах и явлениях, как кислотность и щелочность почв, питание растений, окислительно-восстановительное состояние, засоление и рассоление, обменные реакции, формирование разнообразных органо-минеральных производных и др.

Молекулярный (вещественный) состав почвы чрезвычайно разнообразен. Это тысячи различных соединений, многие из которых до настоящего времени не идентифицированы. Исключительная сложность вещественного состава — одна из характерных особенностей почвы, отличающих ее от других природных объектов. Например, относительно полно изучен состав кристаллических минеральных соединений (почвенных минералов) некоторых типов почв, идентифицированы многие органические соединения индивидуальной природы (сахара, аминокислоты, фенолы, кислоты жирного ряда, ферменты и др.), получены сведения о составе и свойствах комплексных органо-минеральных соединений. Почвенные соединения в молекулярной и ионной формах присутствуют преимущественно в почвенном растворе. Основная часть соединений твердой фазы почвы находится в агрегированном состоянии и формирует следующие уровни структурной организации почвы.

Уровень элементарных почвенных частиц. Элементарные почвенные частицы — это частицы различных размеров и различной природы (минеральные — кристаллические и аморфные, органические и органо-минеральные), унаследованные от материнской породы, измененные и новообразованные в процессе почвообразования. На этом уровне происходят основные превращения веществ в почве. Особую роль здесь играют почвенные коллоиды, которые определяют многие важнейшие свойства почвы — воднофизические, сорбционные, буферную способность и др.

Агрегатный уровень. Элементарные частицы в почвах обычно существуют не изолированно, а объединяются между собой под действием различных факторов в характерные для каждого типа почвообразования агрегаты и новообразования (за исключением песчаной). На агрегатном уровне происходит и локализация почвенных процессов, например передвижение влаги и растворенных в ней веществ по межагрегатным полостям и трещинам и т. д. Многие биохимические и химические явления, связанные с превращением веществ и составляющие важную часть почвообразования, протекают не на поверхности, а внутри агрегатов.

Горизонтньый уровень. Почвенный горизонт — относительно однородный слой почвы, обособившийся в процессе почвообразования. Формирование горизонта связано с преобразованием, аккумуляцией, привносом или выносом веществ, что отражается на взаимодействии и способе организации агрегатов и почвенных новообразований. В пределах почвенного горизонта протекают не только вертикальные, но и боковые процессы перемещения вещества и энергии, приводящие к формированию тех или иных особенностей горизонтов. Каждый тип почвы всегда характеризуется наличием горизонтов, наиболее ярко отражающих специфику почвообразования.

Профильный уровень. Закономерные сочетания отдельных почвенных горизонтов, взаимодействующих между собой, образуют почвенный профиль или собственно почву как особое природное тело. Это не просто арифметическая сумма горизонтов, а структурный уровень почвенной организации . Почвенные горизонты связаны между собой непрерывным обменом веществ и энергии, что составляет главную черту профильного уровня организации почвы. Именно на этом уровне наиболее полно проявляется специфика почвы как единого целого. Профильный метод изучения почв, введенный еще В.В.Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований.

Уровень почвенного покрова. Этот уровень структурной организации представляет собой почвенный покров определенной территории, на которой в зависимости от особенностей рельефа, почвообразующих пород и других местных условий формируются почвенные комбинации, представленные разными почвами.

Для получения исчерпывающей информации о почве как природном объекте необходимо проведение исследований на всех уровнях ее организации.

Источник