Биологический фактор

Деятельность растений, животных и микроорганизмов является обязательной частью процесса формирования почв. Почвы не могут существовать без биологического воздействия. Многие живые организмы и продукты их жизнедеятельности входят в состав почвы.

Роль высших зеленых растений. Они основные продуценты и поставщики органического вещества в почву. Растительная масса образует у поверхности земли в результате биосинтеза, затем после отмирания в виде наземных и подземных остатков поступает в почву, где подвергается разложения под действием микроорганизмов. Часть растительного опада превращается в простые соединения – в углекислоту, воду и оксиды азота и выносится из почвы или вновь захватывается растениями. В процессе разложения освобождаются также элементы минерального питания растений (зольные элементы). Другая часть органических остатков трансформируется в специфические соединения – гумусовые вещества, которые накапливаются в почве, и придают ей особые физические и химические свойства.

В гумусе аккумулируется энергия, которая ассимилирована растениями в процессе фотосинтеза. Гумусовые кислоты, воздействуя на первичные и вторичные минералы почв, вызывают их распад и образование органо-минеральных веществ. Благодаря гумусовым веществам отдельные частицы склеиваются в почвенные агрегаты.

Количество и характер поступающих в почву наземных и подземных остатков зависит от типа растительности и гидротермических условий. Наибольшей биологической продуктивностью обладает лесная растительность (4000-5000ц/га). В саваннах, степях и кустарничковых тундрах эта величина находится в пределах 250-650ц/га. Минимальная биомасса – в полярных и тропических пустынях - 50ц/га.

У разных типов растительности отличается структура биологической продуктивности. Например, в лесной зоне велика доля наземной биомассы, значительная часть растительных остатков накапливается в подстилке на поверхности почвы. В степных, тундровых, пустынных фитоценозах, наоборот, основные количество биомассы приходится на корневые системы, при их отмирании органическое вещество поступает прямо в почву.

Кроме того, высшие зеленые растения воздействуют на почву путем прижизненного выделения веществ: органических кислот, ионы ОН^-, Н⁺, НСО₃^-, углекислый газ. Катионы кальция, магния и калия вымываются атмосферными осадками из листьев и хвои растений (из листьев может вымываться до 10 кг/га кальция).

Т.о., в системе почва – растение существует постоянный круговорот веществ, активность которого зависит от типа ландшафта. Например, в хвойных лесах ежегодно в круговорот вовлекается и возвращается до 100 кг/га минеральных веществ. В низинных лугах и в прериях – до 1000 кг/га и более. Наибольший показатель во влажных тропических лесах, где растительность отдается почвам в год 5000 кг/га минеральных веществ.

Роль микроорганизмов. Они рассеяны по всей толще почв, плотность их очень велика. Основная масса приурочена к верхнему корнеобитаемому слою, богатому отмершими растительными остатками. В приповерхностном 20-25 см слое почвы масса микроорганизмов может достигать 10 т/га и более. Наиболее многочисленная группа почвенных микроорганизмов – бактерии. В 1 г почвы содержится сотни млн-в особей. Другие группы микроорганизмов - актиномицетов, грибов и водорослей – достигает десятков и сотен тысяч на 1 г почвы.

Главная функция микроорганизмов в почвах – разложение растительных и животных остатков. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы выделяют ферменты, которые ускоряют превращение отмершего органического вещества в гумусовые кислоты и простые вещества. При участии микроорганизмов в почве происходят процессы окисления и восстановления железа и марганца, нитрификация и денитрификация, гидролиз и распад минералов и др. Одна из главных функций – фиксация атмосферного азота.

Роль почвенных животных: ускоряют разложение органических остатков, перемешивают и разрыхляют почву, способствуют образования структуры. В почве обитают тысячи видов животных, которые по размеру подразделяются на: нанофауну – простейшие организмы, живущие во влажной среде, микрофауной – мельчайшие насекомые (ногохвостки, клещи, коловратки), мезофауной (мокрицы, пауки, многоножки, мелкие моллюски) и макрофауной (дож. черви, крабы, змеи, грызуны).

Почвенные животные выполняют функцию разрушения и измельчения растительной и животной биомассы. При прохождении через кишечный тракт животных почвенная масса подвергается обработке ферментами, которые ускоряют гидролиз и окисление, обогащается различными веществами и приобретает структуру.

По типу потребления почвенная фауна делится на: фитофагов, которые используют в пищу ткани живых растений (нематоды, грызуны), сапрофагов - питаются тканями мертвых растений (черви, муравьи, многоножки), некрофагов - поедают трупы животных (жуки, личинки мух), хищников – питаются живыми особями (клещи, скорпионы, простейшие) и копрофагов – специализируются на выбросах других животных (мухи, некоторые жуки).

Рельеф

Рельеф земной поверхности, т.е. ее строение (форма), образован участками различного наклона и гипсометрического уровня. На крутых или равнинных, повышенных или пониженных участках почвообразование протекает по-разному. Поэтому рельеф является важным фактором почвообразования и географического распространения почв.

Благодаря рельефу на земной поверхности перераспределяется солнечная радиация. При этом в увеличении или уменьшении солнечной радиации играет экспозиция склонов. На склонах южной экспозиции вследствие большего притока тепла интенсивнее происходит прогревание почвы, испарение влаги, дольше сохраняются биологически активные температуры. На склонах северной экспозиции, наоборот, почвы сильнее промерзает, с более длительным снежным покровом, она развивает в условиях, способствующих накоплению влаги.

Особенно велика роль экспозиции в горных странах, где уклоны достигают больших величин. Например, северные склоны могут быть покрыты лесной растительностью с характерными для нее почвами, а южные – горно-степными фитоценозами, со степными почвами.

Например, северные склоны Тянь-Шаня получаются солнечной радиации по сравнению с южными в 10 раз меньше зимой и в 1,% раза меньше летом.

На южных склонах до известной крутизны поток солнечной радиации увеличивается по сравнению с горизонтальной поверхностью, особенно зимой, когда солнце стоит низко над горизонтом. А летом крутые склоны южной экспозиции оказываются в менее благоприятных условиях, чем пологие, т.к. полуденные лучи идут под тупым углом к их поверхности, т.е. начинают скользить вдоль склона.

Положение самого теплого склона в течении года меняется. С января по март температурный максимум лежит на юго-западе, затем быстро переходит на юго-восток. В течение лета происходит обратный переход на юго-запад.

В связи с особенностями движения воздушных масс разные формы рельефа (вершины, склоны и долины) различаются по климатическим показателям. Из-за стекания холодного воздуха с вышележащих участков климат долин, как правило, обладает большими контрастами тепла и влажности, чем склоны и вершины, и следовательно из почвы существенно различаются. Например, выхолаживание депрессий рельефа приводит к тому, что во всей Восточной Сибири многолетняя мерзлота гораздо мощнее в долинах и падях, чем на возвышенностях.

Кроме того, рельеф приводит к перераспределению влаги. В условиях, когда поверхность имеет уклон, создаются условия для бокового стока влаги. Выпавшие осадки с возвышенных элементов рельефа стекают по склонам в пониженные места, и таким образом возвышенные водораздельные участки рельефа обычно теряют часть влаги атмосферных осадков, а почвы пониженных участков получаются дополнительную влагу благодаря притоку ее сверху. Это приводит к тому, что почвы повышений и склонов меньше увлажняются по сравнению с почвами равнинных, и особенной пониженных, элементов рельефа.

В природе иногда даже очень незначительные местные различия в гипсометрических уровнях поверхностей приводят к ярко выраженной контрастности в почвенном покрове. Например, в полупустынных районах встречаются комплексы разнотипных почв, приуроченных к микрорельефу с перепадами высот в несколько десятков сантиметров. При этом на микроповышениях развиваются слабопромытые почвы с большим количеством водно-растворимых солей у поверхности, а в микропонижениях формируются хорошо промытые с мощным травяным покровом, большим количеством органического вещества и глубоким залеганием солей.

Т.е. даже ничтожные по разности высот (до нескольких см) колебания рельефа могут привести к резким отличиям в обеспеченности влагой и в почвообразовании. Это особенно четко проявляется в зонах избыточного или недостаточного увлажнения. Например, в полупустынях Саратовской области на плоских водоразделах по краям мелких, еле уловимых западин при перепаде высот всего 1-2 см светло-каштановые почвы сменяются глубокими солонцами, а в центральных частях этих западин – с глубиной 2-10 см приурочены корковые солонцы.

Г.Н. Высоцкий отмечал, что степень увлажнения и дренажа при данных климатических условиях зависит не только от наружного рельефа, но и от рельефа внутреннего – водоупорных слоев, поддерживающих водоносные горизонты.

Г.Н. Высоцкий ввел понятие о плакорах как о возвышенно-равнинных положениях, которые исключают застаивание влаги и роль грунтовых вод в почвообразовании, на них преимущественно и развиваются зональные почвы.

По условиям миграции химических элементов все ландшафты делятся на: элювиальные, супераквальные и субаквальные. Элювиальные ландшафты и свойственные им почвы формируются на повышенных элементах рельефа при глубоком залегании грунтовых вод, на оказывающих влияние на почвы и растительность. Супераквальные (надводные) ландшафты формируются на пониженных элементах рельефа, где грунтовые воды подходят близко к поверхности и влияют на почвы и растительность (низкие террасы и поймы рек, бессточные впадины, побережья и т.д.). Субаквальные ландшафты – это местные водоемы с водной растительностью и донными почвами.

Выделяют следующие типы рельефа:

1. макрорельеф,

2. мезорельеф,

3. микрорельеф,

4. нанорельеф.

Макрорельеф – определяет строение земной коры на больших территориях (равнины, горы, долины рек, водоразделы и т.д.), влияет на зональность почвенного покрова.

Мезорельеф – компонентами являются холмы и депрессии значительных размеров и т.д. - определяет структуру почвенного покрова и характер мезокомбинаций в пределах конкретного ландшафта

Микрорельеф – микроповышения и микропонижения не выраженных размеров (обычно - до 7-10 м метров в диаметре, 10-15 см высотой).

Нанорельеф – наименьшие формы рельефа (выбросы из нор землероев, кочки, мелкие промоины и т.д.). Микрорельеф и нанорельеф влияют на пятнистость и комплексность почвенного покрова, определяют микрокомплексность.

Оценить роль рельефа в почвообразовании можно только при учете совокупного воздействия всех факторов почвообразования на данной местности.

Например, в гумидных районах при господстве увлажнения над испарением, в пониженных элементах рельефа (депрессии, долины) близкий уровень грунтовых вод всегда способствует образованию почв гидроморфного ряда – болотных, лугово-болотных, дерново-глеевых и др. По своему морфологическому строению, химическому составу, режимам эти почвы резко отличаются от автоморфных почв, сформированных на возвышенных водораздельных пространствах.

В аридных и семиаридных условиях залегание близкого уровня грунтовых вод в понижениях рельефа приводит к образованию засоленных почв - солончаков, а на водоразделах признаки засоления в почвах отсутствуют.

Рельеф и вертикальная природная зональность.

Значение рельефа как перераспределителя солнечного тепла и атмосферной влаги особенно сильно проявляется в горах в связи с сильным расчленением и большой крутизной склонов. Однако помимо названных факторов здесь еще сказывается роль абсолютной высоты местности.

Известно, что с изменением высоты местности меняются все климатические характеристики: давление, инсоляция, температура, влажность воздуха, количество осадков и др. Вследствие разреженности атмосферы, уменьшения запыленности воздуха и количества водяных паров с высотой увеличивается солнечная радиация и возрастает приток биологически активных УФЛ. Вместе с тем по этим же причинам увеличивается излучение тепла землей, которое превышает его поступление. Поэтому в горах на каждые 100 м высоты температура падает в среднем на 0,5º.

Количество осадков в горах подвергается еще более сложным изменениям. Благодаря тому, что количество влаги в воздухе с высотой убывает быстрее, чем давление воздуха, больше всего осадков выпадает не в самых высоких поясах гор, а в некоторой средней зоне, положение которой определяется местными условиями.

Например, а Средней Азии максимум осадков выпадает на высоте не менее 3000 м, в Гималаях – 1000-1500, в Альпах – на высоте около 2000 м. Зоны наибольших осадков весьма часто совпадают с поясом леса или нижней частью субальпийского пояса, где отмечаются наибольшая облачность, сильные туманы и чрезвычайно обильные росы. Кроме того, в горах характер выпадения осадков оказывается довольно сложным из-за задерживающего влияния горных хребтов на перемещение воздушных масс. В связи с этим на наветренной стороне горных систем обычно выпадает больше атмосферных осадков, чем на подветренной или вообще во внутренних частях горных сооружений.

Изменение с высотой местности климатических условий, имеющих первостепенное значение для почвообразования, приводит к высотной дифференциации растительности и почв, т.е. к возникновению вертикальной природной зональности. Почвенно-растительные зоны, последовательно сменяя друг друга, образуют вертикальные почвенные структуры. Подробнее особенности вертикальной зональности будут рассмотрены позднее при анализе главных закономерностей географии почв.

Роль рельефа в миграции твердого вещества почв.

Процесс смыва и размывания почв и горных пород текучими водами, который называется эрозией (от лат. «erosio» - разъедание), протекает повсеместно. При этом следует различать нормальную, или естественную эрозию, которая проявляется только в геологических масштабах времени, и ускоренную, иногда приобретающую катастрофический характер. Ускоренная эрозия часто возникает в результате хозяйственной деятельности человека после уничтожения естественной растительности.

Подробнее тема эрозии будет нами рассмотрена позднее.

Роль рельефа в миграции растворимых продуктов выветривания и почвообразования

С перераспределением влаги по элементам рельефа связана миграция растворимых продуктов выветривания и почвообразования. Эта миграция может осуществляться как с поверхностными водами, так и с грунтовыми.

Возвышение водораздельные участки с глубоко залегающими грунтовыми водами получают влагу лишь из атмосферы. Пониженные элементы рельефа кроме дополнительного поступления продуктов выветривания и почвообразования с поверхностным стоком с вышележащих элементов рельефа также часто характеризуется близким залеганием грунтовых вод. Они оказывают существенное влияние на почвы, т.к. с ними поступают различные вещества, вымытые из почв и коры выветривания водоразделов.

В таких условиях рельефа возможно значительное накопление в почвах химических элементов, главным образом обладающих наибольшей миграционной способностью в данной климатической и ландшафтной обстановке. Например, в лесной зоне в притеррасной части пойм рек, в приозерных понижениях, где грунтовые воды подходят близко к поверхности или даже выклиниваются, происходит выпадение соединений железа, выносимых со значительной площади. Иногда в почвах образуются целые слои (плиты) лимонита. В условиях аридных ландшафтов с миграцией растворимых продуктов почвообразования и выветривания связано засоление почв легкорастворимыми солями.

В связи с тесной зависимостью направления почвообразования от характера миграции веществ в почвоведении по предложению П.С. Коссовича (1906) давно принято подразделение почв на два основных отдела: генетически самостоятельных, или автономных, и генетически подчиненных, или гетерономных.

На возвышенных элементах рельефа приток извне воды и различных веществ происходит только из атмосферы – т.н. автономные почвы, продукты почвообразования в них остаются на месте или выносятся в пониженные части рельефа. В почвы пониженных элементов рельефа, особенно в замкнутых депрессиях, вещества поступают не только из атмосферы, но и за счет бокового притока. Такие почвы называются гетерономные, или геохимически подчиненные. Это явление называется геохимическим сопряжением.

Таким образом, рельеф играет важную роль в перемещении на земной поверхности воды и продуктов выветривания и почвообразования в виде твердого и жидкого стока. Распределение основных типов коры выветривания – остаточной и аккумулятивной – находится в зависимости от геоморфологических условий. Остаточные коры выветривания свойственны водораздельным участкам, а аккумулятивные располагаются по склону в определенной последовательности, зависящей от фазы развития коры выветривания на водоразделе. При этом надо иметь в виду, что с процессом миграции рыхлых и растворимых продуктов выветривания связано и формирование самого рельефа.