Какие свойства почвы зависят от почвообразующей породы
Почвообразующие породы (материнская порода) — любые генетические типы плотных или рыхлых пород, которые служат основой (каркасом) для формирования почв.
Почвы образуются из горных пород, которые делятся на группы разного генезиса, минералогического и химического состава и различаются по свойствам (рис. 2.2).
В процессе выветривания и почвообразования исходные характеристики материнской породы в разной степени преобразуются:
- • одни характеристики практически без изменений наследуются почвой — наиболее устойчивые минералы, каменистые компоненты, основные черты гранулометрического состава;
- • другие трансформируются значительно, в результате чего почва пре- обретает своеобразные свойства.
Почвы молодого возраста близки по составу и строению к материнским породам. Чем старше почвы, чем дольше в них идут процессы почвообра-
Рис. 2.2. Разнообразие почвообразующих пород
зования и выветривания, тем больше возникает различий между почвами и исходными почвообразующими породами.
Петрографический состав пород является одной из причин разнообразия почв в природе. В одних и тех же биоклиматических и геоморфологических условиях почвы могут быть разными, если они приурочены к неодинаковым породам. Например, в условиях умеренно холодного климата таежных областей почвообразование может идти в нескольких направлениях: на карбонатных породах формируются дерново-карбонатные почвы, а на бедных, сильно выветрелых, обогащенных кварцем — подзолы.
Почвообразующими породами могут быть:
- • массивно-кристаллические магматические и метаморфические породы;
- • плотные осадочные породы;
- • рыхлые осадочные отложения.
Первые две группы имеют ограниченное распространение. Основными почвообразующими породами являются рыхлые осадочные отложения плейстоценового (четвертичного) возраста.
Массивно-кристаллические магматические породы образовались из магмы. По условиям застывания они подразделяются на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). По содержанию оксида кремния Si02 породы делятся на кислые (оксида кремния более 65%), средние (от 65 до 52%), основные (52—40%) и ультраосновиые (
Вторичные массивно-кристаллические (метаморфические) породы образуются из магматических или осадочных пород в недрах Земли под воздействием высокого давления, высоких температур и горячих паров и газов. При метаморфизации песчаники превращаются в кварциты, известняки — в мраморы, глины — в глинистые сланцы, граниты — в гра- нито-гнейсы.
Осадочные породы — это продукты выветривания массивно-кристаллических пород или остатков различных организмов. По времени образования они подразделяются на древние (дочетвертичиые — десятки и сотни миллионов лет) и молодые (четвертичные — десятки и сотни тысяч лет).
Древние осадочные породы утратили рыхлость, пористость и являются плотными породами. Они представлены различными по геологическому возрасту и составу плотными морскими и континентальными отложениями, выходящими на дневную поверхность, встречаются как в горных районах, так и пределах равнинных областей, поверхность которых не перекрыта четвертичными отложениями. Широкое распространение получили известняки, мергель, глинистые сланцы и песчаники.
Молодые осадочные породы, в отличие от плотных, обладают благоприятными для почвообразования свойствами: рыхлым сложением, пористостью, водопроницаемостью, водоудерживающей и поглотительной способностью.
По происхождению и химизму осадочные породы делятся на группы:
- • механические наносы (грубообломочные ( > 1 мм) — каменистая морена, галечники, щебень, дресва, гравий; песчаники (1—0,1 мм) — прибрежные, ледниковые, речные, эоловые; суглинки (0,1—0,01мм) — ледниковые, флювиальные; глины (
- • химические осадки (пресноводный мергель — известковая порода, содердащая 20—30% углекислого кальция; гипс, мирабилит, поваренная соль, кремнезем, окислы железа и т.п.);
- • осадочные породы биогенного происхождения ( торф, сапропель — органический ил на дне пресноводных озер, трепел — скопление кремневых панцирей диатомовых водорослей, шунгиты — биогенные осадки, некоторые известняки).
Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения — известняки, мергели, доломиты, мел.
Четвертичные отложения являются основными почвообразующими породами. На них почти повсеместно развиваются почвы. Почвообразов- ние и плодородие существенным образом зависит от их состава, строения и свойств.
К главным почвообразующим породам относятся:
- • аллювиальные отложения — отложения с различным механическим составом, образованные при непосредственном участии водных (чаще всего речных) потоков. Характеризуются слоистостью (горизонтальной или косой), окатанностью минеральных зерен, наличием органических остатков;
- • водноледниковые отложения (флювиогляциальные), отлагаемые потоками талых вод и представленные преимущественно галькой, гравием и косослоистым песком. Различают внутриледниковые (интрогляциаль- ные) и приледниковые (перигляциальные) отложения. Водноледниковые отложения слагают особые формы рельефа: озы, зандры, камы и др.;
- • делювий — наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами в виде полого шлейфа, в верхней части которого накапливается грубый материал, а в нижней — пылеватый, глинистый;
- • озерные отложения, которые заполняют понижения древнего рельефа, их отличают глинистость и слоистость (ленточные глины прилед- никовых озер). Характеризуются присутствием органических прослоек, углекислого кальция, а при недостатке влаги — гипса и легкорастворимых солей;
- • моренные отложения образуются в результате выветривания различных пород и последующего перемещения и переотложения ледником. Характеризуются несортированностью, неоднородным механическим составом, присутствием валунов, наличием песчаных фракций, различной окраской (красно-бурой, желто-бурой);
- • лёсс — рыхлая пылеватая суглинистая карбонатная порода палевого или серо-желтого цвета. Характеризуется большим содержанием фракции крупной пыли (0,05—0,01 мм), большой пористостью, хорошей водопроницаемостью, прочной микроструктурой;
- • лёссовидный суглинок — лёсс, возникший, переработанный во время или после отложения и отличающийся отсутствием карбонатов;
- • морские отложения формируются в результате перемещения береговой линии морей, явлений трансгрессии и регрессии, характерных для четвертичного периода. Отличаются слоистостью, сортированностью и кумуляцией солей;
- • покровный суглинок — отложения, имеющие покровное залегание на морене, желто-бурую окраску, хорошо выраженную сортированность с преобладанием пылеватой фракции и отсутствием валунов;
- • элювий — продукты, возникшие на месте разрушения (выветривания) коренных пород и остающиеся на месте образования. Формируется в горных районах и на равнинных плато. Характерным признаком является наличие щебенки, представленной обломками невыветрившейся магматической или метаморфической породы. Для элювия характерна тесная связь с исходной породой;
- • эоловые отложения — продукты почв и горных пород, отложенные ветром. Обычно это пески и другие мелкообломочные минеральные отложения.
Какова же роль почвообразующих пород в почвообразовании? Посредством своего вещественного состава они оказывают большое влияние на гранулометрический, минералогический и химический состав почв, их физические и физико-механические свойства, водный, тепловой, воздушный и другие режимы.
На ранних стадиях почвообразования четко прослеживается зависимость между свойствами почв и характером почвообразующих пород, которая по мере развития почвы становится менее отчетливой.
Почвообразующие породы влияют на скорость почвообразования и его направленность. На маломощной коре выветривания плотной породы за длительный период формируются примитивные, слаборазвитые почвы. В той же биоклиматической зоне на ледниковых отложениях легкого механического состава формируются почвы с хорошо развитым почвенным профилем.
Состав почвообразующих пород определяет уровень плодородия. Низким уровнем плодородия отличаются почвы, сформировавшиеся на продуктах выветривания кислых магматических пород, (граниты, гранито- гнейсы). Почвы с высоким уровнем природного плодородия формируются на продуктах выветривания средних (диорит, андезит) и основных (габбро, базальты) пород, богатых питательными и щелочноземельными элементами.
Почвообразующими породами, которые определяют хорошие физикохимические свойств почв, являются карбонатные породы.
Горные породы, из которых формируется почва, называются почвообразующими, или материнскими.
Почвообразующие породы характеризуются по их происхождению, составу, строению и свойствам. Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические и химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса.
Свойства и состав материнских пород влияют на состав поселяющейся растительности, ее продуктивность, на скорость разложения органических остатков, качество образующегося гумуса, особенности взаимодействия органических веществ с минералами и другие стороны почвообразовательного процесса.
Главными почвообразующими породами являются рыхлые осадочные.
Осадочныепороды — отложения продуктов выветривания массивно кристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на обломочные, химические осадки и биогенные.
К наиболее распространенным осадочным породам относятся континентальные четвертичные отложения: ледниковые, водно-ледниковые, лессы и лессовидные суглинки, элювиальные, аллювиальные, делювиальные, пролювиальные, эоловые, менее распространены озерные, морские. Они различаются по характеру сложения, влагоемкости, водопроницаемости, порозности, что определяет водно-воздушный и тепловой режимы.
Биологический фактор почвообразования
Под биологическим фактором почвообразования понимается многообразное участие живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в почвообразовательном процессе.
Наиболее могущественным фактором, оказывающим влияние на направление почвообразовательного процесса, являются живые организмы. Начало почвообразования всегда связано с поселением организмов на минеральном субстрате. В почве обитают представители всех четырех царств живой природы — растения, животные, грибы, прокариоты. Пионерами в освоении и преобразовании косного минерального вещества в почве яляются различные виды микроорганизмов, лишайники, водоросли. Они еще не создают почву, они готовят биогенный мелкозем — субстрат для поселения высших растений — основных продуцентов органического вещества. Именно им, высшим растениям, как главным накопителям вещества и энергии в биосфере, и принадлежит ведущая роль в процессах почвообразования
Роль древесной и травянистой, лесной и степной или луговой растительности в процессах почвообразования существенно различна.
Под лесом опад, являющийся главным источником гумуса, поступает преимущественно на поверхность почвы. В меньшей степени в гумусообразовании участвуют корни древесной растительности.
В хвойном лесу опад, в силу специфики его химического состава и большой механической прочности, очень медленно подвергается процессам разложения. Лесной опад вместе с грубым гумусом образует подстилку типа «мор» той или иной мощности. Процесс разложения в подстилке осуществляется преимущественно грибами; гумус имеет фульватный характер.
В смешанных и, особенно, в широколиственных лесах лиственный опад более мягкий, содержит в своем составе высокое количество оснований, богат азотом. Процесс минерализации ежегодного опада в основном совершается в течение годового цикла. В лесах подобного типа в гумусообразовании принимает большое участия опад травянистой растительности. Освобождающиеся при минерализации опада основания нейтрализуют кислые продукты почвообразования, синтезируется более насыщенный кальцием гумус гуматно-фульватного типа.
Иной характер поступления органических остатков и химических элементов в почву наблюдается под пологом травянистой степной или луговой растительности. Основным источником образования гумуса является масса отмирающих корневых систем и в значительно меньшей степени надземная масса (степной войлок, семена растений и т. д.). Это объясняется тем, что биомасса корней у травянистой растительности (в отличие от древесной) обычно значительно преобладает над надземной биомассой. Опад травянистой растительности в отличие от опада древесных пород характеризуется более тонкой структурой, меньшей механической прочностью, высокой зольностью, богатством азотом и основаниями.
Почвообразовательный процесс, протекающий под влиянием травянистой растительности, носит название дернового процесса.
Наряду с высшей растительностью большое влияние на процессы почвообразования оказывают многочисленные представители почвенной фауны — беспозвоночные и позвоночные, населяющие различные горизонты почвы и живущие на ее поверхности.
Функции беспозвоночных и позвоночных животных важны и разнообразны; одна из них — разрушение, измельчение и поедание органических остатков на поверхности почвы и внутри ее.
Вторая функция почвенных животных выражается в накоплении в их телах элементов питания и главным образом в синтезе азотсодержащих соединений белкового характера. После завершения жизненного цикла животного наступает распад тканей и возврат в почву накопленных в телах животных веществ и энергии.
Деятельность роющих животных оказывает большое влияние на перемещение масс грунта и почвы, на формирование своеобразного микро- и нанорельефа. В некоторых случаях перерытость почв и выбросы на поверхность достигают таких размеров, что возникает необходимость введения в номенклатуру почв специальных определений (например, карбонатный перерытый чернозем). Профиль таких почв имеет рыхлое, кавернозное строение, почвенные горизонты часто перемещены и трансформированы.
Таким образом, в почвообразовании участвуют три группы организмов — зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы. Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны.
Зеленые растения являются единственным первоисточником органических веществ в почве, и основной функцией их как почвообразователей следует считать биологический круговорот веществ — поступление из почвы элементов питания и воды, синтез органической массы и возврат ее в почву после завершения жизненного цикла.
Основными функциями микроорганизмов как почвообразователей являются разложение растительных остатков и почвенного гумуса до простых солей, используемых растениями, участие в образовании гумусовых веществ, в разрушении и новообразовании почвенных минералов.
Основными функциями почвенных животных является разрыхление почвы и улучшение ее физических и водных свойств, обогащение почвы гумусом и минеральными веществами.
Курс лекций «Почвоведение»
ЛЕКЦИЯ 3.Свойства почв и ее структура
1.Морфологические признаки почв 34
1.1.Строение почвы 34
1.2.Окраска почвы 38
1.3.Гранулометрический состав почв и его агрономическое значение 40
2. Органические и органо-минеральные вещества в почвах 43
2.1.Влияние условий почвообразования на гумусообразование 43
2.2.Состав гумуса 44
2.3. Гумусовое состояние почв 48
Краткий конспект Лекции 3 49
1.Морфологические признаки почв
В процессе почвообразования горная порода приобретает многоуровневую морфологическую организацию. Существуют морфоны 1,2, 3, 4,5 порядков. Для выделения морфонов существует система морфологических признаков почвы.
Морфологические признаки почвы – система показателей, позволяющей отличать морфологические элементы один от другого.
К внешним морфологическим признакам относятся:
строение,
мощность профиля и отдельных горизонтов,
окраска,
гранулометрический состав,
структура,
сложение,
новообразования,
включения.
1.1.Строение почвы
Всякая почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов — слоев, на которые дифференцируется исходная материнская горная порода в процессе почвообразования.
Эта вертикальная последовательность горизонтов получила название почвенного профиля.
Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования.
Почвенный профиль представляет первый уровень морфологической организации почвы как природного тела, почвенный горизонт — второй.
Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Главные факторы образования почвенного профиля, т. е. дифференциации исходной почвообразующей породы на генетические горизонты, —
это, во-первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие или восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности)
и, во-вторых, вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растений, микроорганизмы, почвообитающие животные).
Строение почвенного профиля, т. е. характер и последовательность составляющих его генетических горизонтов, специфично для каждого типа почвы и служит его основной диагностической характеристикой. При этом имеется в виду, что все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены.
Почвенный горизонт, в свою очередь, также не является однородным и состоит из морфологических элементов третьего уровня — морфонов, под которыми понимаются внутригоризонтные морфологические элементы.
На четвертом уровне морфологической организации выделяются почвенные агрегаты, на которые естественно распадается почва в пределах генетических горизонтов.
Следующий, пятый уровень морфологической организации почвы можно обнаружить уже только с помощью микроскопа. Это микростроение почвы, изучаемое в рамках микроморфологии почв.
Почвообразующие, или материнские, породы — это рыхлые, выветривающиеся горные породы, из которых вследствие развития процессов почвообразования формируются почвы.
Ведущим процессом в образовании материнских пород является выветривание. Это длительный, сложный и динамичный процесс. Различные скорость и характер разрушения горных пород приводят к формированию разных рыхлых материнских почвообразующих пород, отличающихся признаками и свойствами. К ним относятся следующие материнские породы:
Элювий — продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования. В горных районах на склонах элювий представляет собой обломки горных пород, перемешанные с мелкоземом.
Эоловые отложения, образующиеся под влиянием ветра. К ним относят пески дюн и барханов, бугристые и кучевые пески. Они сортированы по механическому составу, имеют косую неправильную слоистость. Нередко под ними встречаются погребенные почвы.
Лёссы — отложения палевого цвета, карбонатные, неслоистые, пористые, на 70-85% состоящие из пылеватых частичек, хорошо сортированные, образуют вертикальные стенки. Наиболее вероятное происхождение лёссов эоловое. Чаще всего встречаются по окраинам пустынь, в предгорьях в условиях засушливого климата.
Делювиальные отложения, формирующиеся в нижних частях склонов. Они состоят из материала, снесенного с водоразделов талой и дождевой водой, обычно хорошо сортированы и, как правило, сложены более мелкими частицами, чем материнские породы на водоразделах, часто кумулированы. В зонах, переходных от водоразделов к нижним частям склонов, образуются делювиально-элювиальные отложения.
Пролювиальные отложения, образующиеся под влиянием временных грязево-каменных селевых потоков, которые, вырываясь на ровные участки, растекаются и формируют конусы выноса, состоящие из разнородного обломочного материала.
При образовании временных водотоков в оврагах также происходит вынос материалов в широкие долины балок или рек. Эти отложения обычно более или менее сортированы, слоисты и могут быть выделены в природных условиях. Они называются пролювиально-аллювиальными отложениями оврагов.
Аллювиальные отложения — это отложения постоянно действующих водотоков (рек, крупных ручьев). Долины рек целиком сложены аллювиальными отложениями. Эти отложения легко определяются по следующим признакам: они слоисты, хорошо сортированы по механическому составу, сверку обычно более мелкие, чем снизу; могут содержать включения торфа. Древнеаллювиальные отложения с течением времени изменяются в процессе почвообразования, теряя слоистость.
Озерные отложения образуются на дне озер. Очень часто это тонкие илистые слоистые отложения, нередко перемешанные с органическими остатками, образующие сапропелевый и органический илы и даже торф.
Морские отложения-отложения побережий. Они состоят, как правило, из грубообломочного материала, валунов, гальки, хорошо сортированы. Отложения мелких морей — шельфовые отложения, чаще всего песчаные, имеют тонкую слоистость, хорошо сортированы по механическому составу. В дельтах часто образуются песчано-илистые или илистые отложения, сформировавшиеся из морских и речных отложений, насыщенных органическими веществами, железомарганцевыми и фосфоритными новообразованиями. В мелководной части образуются отложения органического и химического происхождений: ракушечники, известняки, соли. На материковом склоне образуются пестроцветные илы и глины, содержащие значительное количество соединений железа, органического вещества и карбонатов. Они всегда засолены и при выходе на поверхность способствуют образованию засоленных почв.
Ледниковые отложения — рыхлые горные породы, перенесенные ледником. Как правило, они не сортированы, неслоисты, имеют разный механический состав — от песков до тяжелых суглинков красного, желтого и красно-бурого цвета. Содержат значительное количество часто грубошлифованных неокатанных камней — валунов самого различного размера, хрящей, хаотично расположенных линз и прослоек разного механического состава. Отложения могут иметь кислую, нейтральную и слабощелочную реакции.
Флювиогляциальные отложения, образовавшиеся под действием текучих вод ледника. Они обычно хорошо сортированы, имеют правильную, косую или диагональную слоистости. Отложения чаще всего характеризуются песчаным механическим составом, но могут быть супесчаными или суглинистыми.
Ленточные глины — это отложения, образовавшиеся в при ледниковых озерах. Они хорошо сортированы, имеют правильную слоистость, встречаются в обширных понижениях, часто под торфяными болотами.
К материнским породам относятся покровные и лёссовидные суглинки.
Покровные суглинки чаще всего встречаются в зоне распространения морен. Обычно они бурого цвета, плотные, пористые, хорошо сортированные, безвалунные, пылеватосуглинистые, толщиной 1-3 м. В южных районах покровные суглинки карбонаты.
Лёссовидные суглинки распространены очень широко. Как правило, они палевые, буровато-палевые, пылеватые, карбонатные, хорошо сортированы, от лёсса и покровных суглинков отличаются более тонким механическим составом (в покровных суглинках содержание пылеватых частиц более 60-70%. Механический состав колеблется от легких суглинков до глин.
Распространение материнских пород по территории СССР связано с их геологическим происхождением. На территориях, прилегающих к побережью Ледовитого океана; встречаются морские, ледниковые и флювиогляциальные отложения. Южнее, в зоне северной тайги, начинают преобладать флювиогляциальные отложения и морены. В зоне современной южной тайги на водоразделах преобладают моренные, а в обширных понижениях — флювиогляциальные и древнеаллювиальные отложения. В зоне смешанных лесов на водоразделах в основном встречаются покровные суглинки и морены, а долины рек сложены древними и современными аллювиальными отложениями. В лесостепной зоне покровные суглинки и морены сменяются лёссовидными суглинками, пылеватыми, нередко карбонатными, переходящими в зоне полупустынь, пустынь и сухих предгорий в лёссы. В зоне пустынь лёссы сменяются эоловыми песками.
Таким образом, на примере европейской части СССР, сопоставляя зоны климата, можно отметить общее закономерное изменение материнских пород. Их свойства наряду с другими факторами оказывают большое влияние на состав и продуктивность лесов. Чаще всего на песчаных отложениях формируются сосновые леса, на моренах и покровных суглинках — еловые, березовые и осиновые, а на лёссовидных суглинках и лёссах — дубовые, липовые, ясеневые и др. Наилучшие условия роста, например, сосны зависят от свойств материнских пород и меняются в зависимости от почвенно-климатических условий. В северных районах наилучшие условия роста древесных пород наблюдаются на песчаных почвах, подстилаемы суглинками, и средней и южной тайге — на супесчаных почвах, а в зоне лесостепи — на средне- и тяжелосуглинистых лёссовидных отложениях.
Материнские, или почвообразующие, породы. Они оказывают существенное влияние на почвообразовательный процесс, поскольку почвы долгое время сохраняют их химические и водно-физические свойства, а также минералогический и механический составы. На горных породах, содержащих большое количество химических элементов, необходимых для питания растений, формируются более плодородные почвы. Наиболее богатые почвы развиваются, например, на карбонатных суглинках, тогда как на песках они беднее, но часто оказываются лучше аэрированы, теплее. В зависимости от материнских пород меняется состав растительности. Так, на песчаных почвах формируются сосняки, а на суглинистых — травянистая лугово-степная растительность; изменяется и тип почвообразования.
Соотношение между глинистыми и песчаными частицами оказывает влияние на все свойства почвы. Механический состав почв определяет продуктивность и состав насаждений. На рыхлых и связных песках в борах растут сосновые насаждения, на супесчаных почвах в суборях — сосновые насаждения с примесью ели, дуба, липы, березы и осины, на легкосуглинистых почвах в сураменях и судубравах прекрасно растут сосново-еловые или сосново-дубовые насаждения, на средне- и тяжелосуглинистых почвах в раменях — ельники. Наилучшие условия для роста сосны складываются на супесчаных, для ельников на легко- и среднесуглинистых, для дубрав на средне- и тяжелосуглинистых почвах. Механический состав оказывает большое влияние на выбор способов обработки почв, определение доз внесения удобрений и различных приемов ведения сельского и лесного хозяйства.