Формирование урожаев связано с большим расходом биогенных
элементов почв, распадом гумуса. Так, на урожай зерновых,
равный 50 ц/га, расходуется не менее 10 ц гумуса или
0,03% массы пахотного слоя.
Иногда в качестве синонима «гумусу» указывается термин «перегной
», однако это не точно. Перегной в понимании «грубый гумус» допускает
наличие остатков организмов, не утративших тканевую структуру,
а перегной в широком смысле даже не исключает наличие в нем живых
организмов — низших (микроорганизмов) и высших (личинок насекомых
и др.).
7.2. Геосферные оболочки Земли 265
Гумификация — процесс превращения органических остатков
в ходе биохимических реакций при затрудненном доступе
кислорода в темно-окрашенные высокомолекулярные вещества,
в основном в гуминовые и близкие к ним кислоты. В процессе г у мификации
происходит не только разложение, но и синтез органических
веществ.
Для формирования гумуса необходим дренаж почвы, так
как при переувлажнении разложение идет очень медленно
из-за нехватки кислорода, препятствующей росту аэробных
редуцентов. В таких условиях растительные и животные остатки
сохраняют свою структуру и, спрессовываясь, образуют
торф.
Одновременно с гумификацией многие жизненно важные
элементы переходят из органических соединений в неорганические,
например, азот в ионы аммония (NH4), фосфор в орто-
фосфат-ионы (Н2РО^), сера в сульфат-ионы (SO|~), т. е. идет
процесс минерализации. Углерод высвобождается в процессах
дыхания и в виде С02 поступает в атмосферу.
7.2.4.5. Профиль почвы
В результате перемещения и превращения веществ почва
любого типа расчленяется на отдельные слои или горизонты,
сочетание которых составляет профиль почвы (рис. 7.22).
Во всех типах почв самый верхний горизонт Av который
имеет относительно темный цвет, называют гумусовым или
перегнойно-аккумулятивным. В нем располагается большая
часть корней растений. Избыток или недостаток гумуса определяет
плодородие почвы. Мощность гумусового горизонта
колеблется в широком интервале от 10—30 до 100—300 мм
и более.
В верхнем слое почвы пашни в результате регулярной обработки
формируется пахотный гумусовый горизонт с ровной,
параллельной поверхности границей на глубине 200—250 мм.
На лугах и сенокосах верхняя часть гумусового горизонта может
плотно переплетаться с корнями живых травянистых растений,
образующих дернину. Выше горизонта Ах иногда находится
горизонт А0, состоящий из разлагающихся растительных
остатков: лесной подстилки, степного войлока и т. п.
В лесных почвах под горизонтом Ах залегает малоплодородный
подзолистый1 (элювиальный) горизонт А2, имеющий
Под цвет золы.
266 Глава 7. БИОСФЕРА
В
с
D
Ао
А,
А2
Рис. 7.22. Характерный профиль (схематический разрез) почвы
светлый оттенок, непрочную структуру и пылеватое строение.
В черноземных, темно-каштановых, каштановых и других типах
почв этот горизонт отсутствует. В нечерноземной зоне он
зачастую начинается от поверхности. Присутствие горизонта
А2 свидетельствует о том, что верхние слои почвенного профиля
бедны элементами питания, имеют кислую реакцию.
Подзолистый горизонт обладает низким плодородием, ибо
кислые растворы, поступающие из верхнего горизонта, выносят
из него все металлы (кальций, магний, марганец, железо,
алюминий). Остается лишь кварц, имеющий белесую окраску.
На пашне подзолистый горизонт может быть разрушен при обработке
и вовлечен в пахотный горизонтАп а х .
Из горизонта А (А0 + Ау + А2) часть химических соединений
вымывается вниз в горизонт В — горизонт вмывания
(иллювиальный). Там поступающее сверху вещество (ил, органическое
вещество, железо, другие металлы) накапливается
и преобразуется.
Ниже расположен почвенный горизонт С — материнская
порода, измененная почвообразующим процессом, под которой
залегает горизонт D — исходная горная порода, не затронутая
почвообразованием. Материнская порода обычно залегает
на глубине более 1 м (если почва не заболочена).
7.2. Геосферные оболочки Земли 267
Все горизонты почвы представляют собой смесь минеральных
и органических элементов в различных сочетаниях. При
избыточной увлажненности почвы ее генетические горизонты
модифицируются и превращаются в глеевый, оглеенный или
торфяный.
Глеевый горизонт G служит индикатором постоянного или
очень длительного переувлажнения и имеет характерную холодную
окраску — синеватую, серо-сизую или голубоватую.
Он практически не корнеобитаем, постоянно обводнен, в нем
отсутствует кислород.
Если горизонт подвергается относительно непродолжительному
переувлажнению и сохраняет признаки основного генетического
горизонта (например, подзолистого, иллювиального и
др.), то он как бы маркируется признаками периодического застоя
избыточной влаги. Такой горизонт называется оглеенным
и обозначается индексом g совместно с основным индексом горизонта,
например Bg. В оглеенных горизонтах плохо развиваются
корни растений, сельскохозяйственные культуры подвергаются
угнетению и гибнут. Характерным примером может
служить почва со следующим чередованием генетических горизонтов:
Av А2 В, Bg, G, или гумусовый, подзолистый, иллювиальный,
иллювиальный оглеенный, глеевый.
Активное переувлажнение приводит к накоплению в поверхностных
горизонтах органических остатков. Если их по
массе более 30%, существуют растительные волокна, также
различимы остатки растений-торфообразователей, то формируется
торфяный горизонт Т. Нередко мощность слоя торфа
достигает 2—4 м, но чаще 1—2 м. Часть торфа, имеющая контакт
с воздухом, окрашена в черный цвет, как и осушенная
толща торфяных почв. Ниже постоянного уровня грунтовых
вод торф имеет желтоватый, бурый или соломистый цвет.
Помимо перечисленных, наиболее распространенных генетических
горизонтов, выделяют и иные специфические горизонты,
которым характерно, например, повышенное содержание
карбонатов (карбонатный горизонт), железа (рудяковый
горизонт), извести (известковый горизонт) и др.
7.2.4.6. Почвообразование
В своей классической работе о почвах России в 1870 г.
В. В. Докучаев определил главные почвообразующие факторы,
а именно: климат, геологические условия (материнскую породу,
топографию (рельеф), живые организмы и время (рис. 7.23).
268 Глава 7. БИОСФЕРА
Рис. 7.23. Схема взаимодействия четырех почвообразующих факторов
(по Н. Грину, У. Стауту, Д. Тейлору). Влияние времени в схеме
не отражено
Физическое и химическое разрушение материнской породы
под влиянием климата и в меньшей степени живых организмов
называется выветриванием. Основными факторами,
вызывающими выветривание, являются вода и температурные
колебания, поэтому осадки (дождь и снег) и температурный
режим — два главных климатических фактора почвообразования.
Влияние топографии связано с тем, что на различной высоте,
при различной крутизне и экспозиции склона условия различны.
Живые организмы образуют органические компоненты
почвы (подстилку и гумус). Деятельность почвенных детрито-
фагов зависит от растительности. При прохождении через пищеварительный
тракт дождевого червя минеральные и органические
компоненты измельчаются и перемешиваются, что
улучшает структуру почвы. Ходы детритофагов и мелких позвоночных
животных улучшают аэрацию и облегчают рост
корней.
Важное значение для образования почвы имеет время.
Скорость этого процесса в умеренном климате различна — может
потребоваться от нескольких десятилетий (при формиро-
7.2. Геосферные оболочки Земли 269
вании почвы на вулканическом пепле) до нескольких тысяч
лет (на обнаженной поверхности скальных пород).
Почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего
существует большое разнообразие ее типов. Тип почвы
в конкретной местности имеет большое значение для человека,
так как от него зависит урожайность сельскохозяйственных
культур. Главнейшими типами почв России являются тундровые,
подзолистые почвы таежно-лесной зоны (наиболее распространенные),
черноземы, серые лесные почвы, каштановые
почвы (к югу и востоку от черноземных), бурые (в сухих степях
и полупустынях), красноземы, солончаки.
7.2.4.7. Почва как компонент биосферы
Плодородие — способность обеспечивать рост и развитие
растений. Это важнейшее свойство почвы играет первостепенную
роль в жизни человека, но ее уникальная ценность не ограничивается
сферой сельскохозяйственного производства.
Почва является главным звеном всех наземных биоценозов
и биосферы Земли в целом, а также одним из основных
природных ресурсов.
Плодородие обусловлено суммой всех свойств почвы, среди
которых особо выделяют поглотительную способность — свойство
удерживать питательные вещества в зоне корневых систем.