Почвы

Почва - это самый поверхностный слой коры выветривания или рыхлых наносов, пронизанный корнями растений, ходами червей, насекомых, мелких земле-роев и наиболее сильно измененный 'совместным воздействием на породу атмосферной влаги, воздуха, живых макро- и микроорганизмов и их остатков. Разнообразие почв на земной поверхности очень велико, что обусловлено разнообразием сочетаний факторов почвообразования: горных пород, климата, растительности, рельефа и возраста той поверхности, на которой образовалась почва, а также историей формирования данной почвы.

Чернозем

Подзол

Краснозем

Почва обладает бесценным для человека свойством - плодородием. С возникновением земледельческой практики человек имел дело с почвой и постигал ее свойства. Однако долгое время понятие "почва" ассоциировалось с рыхлой горной породой или с обрабатываемым пахотным горизонтом.

Горные породы - это источник минеральной части почвы, в зависимости от них изменяется минералогический, химический, механический составы (глина, суглинок, супесь, песок) и многие физические свойства почв.

Климат как фактор почвообразования действует многообразно. С климатом связаны энергетика почвообразования, тепловой и водный режимы, накопление запасов доступной растениям влаги, продолжительность промерзания, наличие горизонта вечной мерзлоты, развевание почв при сильных ветрах. Растительность - поставщик в почву органических веществ, вследствие биологического поглощения она удерживает в почве ряд минеральных веществ; растительный покров затеняет поверхность почвы, ослабляет силу ветра, препятствует эрозии и дефляции почв. Животные, населяющие почву, разрыхляют почвенную массу, способствуют образованию почвенной структуры; животные-фитофаги размельчают органические ткани и ускоряют их разложение.

В. В. Докучаев (1846 - 1903)

Лишь в конце XIX в. великий русский естествоиспытатель Василий Васильевич Докучаев своими исследованиями русского чернозема и других почв Русской равнины и Кавказа установил, что почвы представляют собой особые природные тела и по своим внешним морфологическим особенностям и свойствам сильно отличаются от горных пород, на которых они образовались, а их распределение на поверхности Земли подчинено строгим географическим закономерностям.

Схема биологического круговорота веществ в системе 'почва-растение'

Рельеф как фактор почвообразования выступает как перераспределитель тепла, влаги и твердых масс. С историей развития рельефа и изменениями климата связана и история развития почв.

Мощный фактор преобразования почв - деятельность человека: внесение удобрений, обработка, осушение и орошение почв, направленные на повышение плодородия, существенно изменяют характер и направление почвообразования.

При одинаковом сочетании факторов почвообразования образуются одинаковые почвы. О сходстве и различии почв можно судить прежде всего по их морфологии. Подобно тому как мы определяем растения, минералы, животных по внешним морфологическим признакам, так же мы можем определить и почвы, судить об их происхождении и свойствах.

Вскрыв почву достаточно глубоким разрезом (глубиной 1,5 - 2,0 м и более), можно увидеть, что вся верхняя толща породы неоднородна и представляет чередование различных по окраске, плотности, структуре и другим признакам слоев, или, как их называют, почвенных генетических горизонтов. Совокупность горизонтов образует тот или иной генетический профиль почв. Почвенные горизонты и почвообразующая порода обозначаются начальными буквами латинского алфавита (А, В, С).

Расчленение первоначально однородной толщи почвообразующей породы на обособленные горизонты происходит по следующим причинам: на поверхность почвы и в ее верхний, наиболее корнеобитаемый слой ежегодно поступают органические остатки отмирающих наземных и подземных частей растений. При действии воды, кислорода и микроорганизмов они разлагаются, частично минерализуются, а частично превращаются в устойчивые темноокрашенные органические соединения - почвенный гумус.

Гумус накапливается в верхней части почвенного профиля, окрашивает ее в темный цвет, склеивает минеральные частицы исходной породы, в результате чего образуется специфическая мелкокомковатая, или зернистая структура, формируется верхний гумусовый горизонт А черного, темно-серого, серого, коричневого цветов. Народное название почвы "чернозем" появилось благодаря цвету верхнего гумусового горизонта почв степной зоны.

Схема строения почвенного профиля

Микроконкреция гетита в ферраллитной почве

Новообразования кальцита в черноземе

Потоки глины заполняют поры в иллювиальном горизонте серых лесных почв

В некоторых случаях на поверхности почвы сохраняется слой слаборазложившихся растительных остатков: в лесу - подстилка, в заболоченных местах - торф.

Влага дождей, талых снеговых вод, поступающая на поверхность почвы, просачивается в рыхлую почвенную толщу и, передвигаясь по порам, трещинам, корневым ходам вниз, растворяет и увлекает вместе с собой подвижные продукты выветривания и почвообразования.

Некоторая часть почвенной влаги перехватывается корнями растений, идет на построение их тканей и возвращается в атмосферу при транспирации. Вместе с влагой поглощаются и, таким образом, предохраняются от вымывания биологически жизненно важные элементы: азот, фосфор, калий, многие микроэлементы. Они возвращаются в верхние горизонты почв вместе с растительным опадом. Этот процесс называется биологическим круговоротом веществ. Часть влаги и растворенных в ней веществ, не вовлеченных в биологический круговорот, перемещается вниз по профилю. Так как почва периодически прогревается, часть почвенной влаги испаряется, концентрация растворов увеличивается, наименее растворимые органо-минеральные и минеральные вещества начинают осаждаться внутри почвенного профиля на той или иной глубине. Они заполняют поры и полости, образуя различные по форме и химическому составу новообразования, различимые невооруженным глазом, а также хорошо видимые под микроскопом в тонких шлифах, сделанных из почвы без нарушения ее естественного сложения.

Горизонты, обогащенные теми или иными новообразованиями, называются иллювиальными, или горизонтами вмывания, и обозначаются латинской буквой В.

Если влаги много и верхние горизонты плохо оструктурены, в иллювиальные горизонты вмываются не только растворенные вещества, но и мелкие твердые почвенные частицы, не превышающие по своим размерам почвенные поры. Это преимущественно глинистые частицы диаметром меньше 0,001 мм (или 1 микрона). Потеки глины, заполняющие поры, хорошо видны при микроморфологическом изучении почв. В некоторых почвах при обильном поступлении на их поверхность влаги, особенно под лесной растительностью, промывание верхних горизонтов идет настолько интенсивно, что между гумусовым и иллювиальным горизонтами формируется особый обедненный и органическими и подвижными минеральными соединениями элювиальный горизонт (или горизонт вымывания). Он обозначается латинскими буквами EL. Он имеет светлую окраску, напоминающую по цвету золу. Отсюда и название "подзол" - так называли крестьяне бедные почвы лесной зоны.

Почвенные комплексы сухих степей и полупустынь

В некоторых почвах ниже гумусового горизонта ни элювиальные, ни иллювиальные горизонты не выражены, хотя эта часть профиля отличается от подстилающей породы по цвету и структуре; минеральная масса более сильно выветрела, оглинена или ожелезнена; такие горизонты называются метаморфическими и обозначаются латинскими буквами Bt. Это горизонты, в которых идет интенсивное внутрипочвенное выветривание; они свойственны некоторым почвам лиственных лесов, так называемым буроземам, и некоторым почвам влажных субтропических лесов - красноземам.

Неизмененная почвообразованием порода, находящаяся ниже метаморфических или иллювиальных горизонтов, обозначается индексом С. Если климат сухой и жаркий, почвы насквозь не промачиваются, наоборот, почвенная влага из глубоких горизонтов подтягивается кверху, что приводит к формированию горизонтов, обогащенных легкорастворимыми слоями. В понижениях рельефа, где близко к поверхности стоят грунтовые воды, капиллярный подъем и испарение влаги приводят к образованию солончаков - почв, поверхность которых часто покрыта белыми выцветами и корками солей.

Строение почвенного профиля, состав генетических горизонтов, их мощность, степень выраженности этих диагностических признаков позволяют отнести данную почву к определенному типу, подтипу, роду и виду, дать ей название. Название почвы и ее свойства уточняются после проведения различных анализов: химических, минералогических, спектральных, рентгеновских и др. Для того чтобы сделать анализы, берут из каждого генетического горизонта специальные образцы. Чтобы изучить динамику почв, их водный, тепловой режимы, состав почвенных растворов, режим питательных веществ, проводят стационарные исследования на специально оборудованных для этого площадках. Полевые почвенно-географические исследования включают изучение и описание почв в целях их систематики, выявление связи свойств почв и их распространения с местными факторами почвообразования: микроклиматом, элементами рельефа, свойствами почвообразующих пород, естественной растительностью и хозяйственной деятельностью человека. Поэтому почвовед-географ в полевой период значительную часть времени и сил отдает изучению физико-географических особенностей обследуемой территории и ее сельскохозяйственного использования.

Для выявления связи почв с факторами почвообразования на обследуемой территории закладывается серия профилей, пересекающих различные мезо- и микроэлементы рельефа, массивы, сложенные различными почвообразующими породами и покрытые различной растительностью. На каждом профиле делается ряд почвенных разрезов.

После того как установлена связь почв с определенными сочетаниями факторов почвообразования и устанавливается состав почвенного покрова, проводится путем заложения серии разрезов полевая почвенная съемка для определения границ распространения различных почв и перенесения этих границ на аэрофотоснимок или на топографическую основу. При почвенно-географических исследованиях полевое и лабораторное изучение почв и почвенного покрова завершается составлением почвенной карты. Почвенная карта - один из главных документов, необходимых для учета земельных фондов, районных планировок, землеустройства, планирования инженерных сооружений, организации ирригационных систем.

На почвенных картах показываются красочным фоном, штриховками, различными знаками генетические единицы почв (типы, подтипы и т. д.), механический состав (глинистый, суглинистый, песчаный и т. д.), наличие камней, эродированность почв, пестрота почвенного покрова и другие важные для практики признаки.

На почвенных картах различного масштаба выявляются почвенные структуры различного порядка. Обзорные почвенные карты стран и континентов выявляют мегаструктуру почвенного покрова, наиболее общие почвенно-географические закономерности, на них выделяются равнинные и горные почвенные зоны и провинции и наиболее крупные почвенно-географические области. Среднемасштабные карты отражают макроструктуру - местные особенности почвенного покрова, на них видны закономерности связи почв с определенными геоморфологическими районами. На крупномасштабных картах хорошо видна мезоструктура почвенного покрова - сочетания почв по элементам мезорельефа; это водораздельные поверхности, склоны различной крутизны и экспозиции, террасы, поймы рек и др.

Воздушный транспорт стал обычным явлением во всех видах экспедиций, в том числе и в почвенных

Почвенные карты разделяются на следующие категории: детальные - М: 1:5000 (т. е. в 1 см -5 м) и крупнее - проводятся на небольших площадях, на различного рода экспериментальных, например сортоиспытательных, участках для иллюстрации пестроты (комплексности) почвенного покрова; крупномасштабные - М:1:10 000 -1:25 000 обычно составляются на территории отдельных хозяйств: колхозов, совхозов, для землеустроительных, агрономических и мелиоративных целей; среднемасштабные - М:1:50 000 -1:300 000 составляются для целей районного и областного планирования сельскохозяйственных и лесохозяйственных, а также природоохранных мероприятий, мелкомасштабные - М: 1:500 000 и мельче составляются при маршрутных почвенных исследованиях в малоизученных районах нового освоения, а также путем генерализации почвенных карт более крупного масштаба. Обзорные почвенные карты используются для целей общего государственного планирования сельскохозяйственных мероприятий, общего почвенного районирования, учета земельных фондов, для научных и педагогических целей.

Почвы мира

При составлении почвенных обзорных карт в настоящее время широко используется космическая информация. На почвенных картах отражается не только состав почвенного покрова и соотношения площадей, занимаемых различными почвами, но и структура почвенного покрова, т. е. закономерные сочетания контуров различных почв с преобладанием тех или иных геометрических форм: концентрических, округло-пятнистых и др.

в сельском хозяйстве почва - основное средство производства

На детальных почвенных картах-планах выступает микроструктура почвенного покрова, обусловленная наличием микрорельефа, неоднородностью растительного покрова, мерзлотными процессами и другими причинами. Таким образом, почвенные карты несут большую информацию о почвах и почвенном покрове, они позволяют судить о почвенных ресурсах, их природных качествах и современном состоянии.

Почвы представляют собой неоценимое богатство для человека, с ними связано производство сельскохозяйственной продукции. От уровня их плодородия зависит обеспечение человечества продуктами питания и другими полезными растительными материалами.

Только на основании глубокого знания законов развития и распространения почв можно разработать наиболее рациональную систему их использования: предохранение от порчи, загрязнения, смыва, развевания, заболачивания, засоления, т. е. от всех тех отрицательных процессов, развитие которых может понизить плодородие почв или полностью их уничтожить.

Воздействие человека на почвы многообразно и часто противоречиво. Кроме знания законов развития почв и факторов, обусловливающих плодородие, кроме разнообразных технических средств необходимы определенные социально-экономические условия, в которых наука становится движущей силой производства и ее достижения могут быть использованы обществом в полной мере.

Биогеография - наука, изучающая распределение живых организмов по земному шару и причины его изменения.

В классической древности ученым была известна лишь незначительная часть земного шара и сообразно с этим - ничтожное число животных и растений. Так, в песнях Гомера (между XII и VIII вв. до н. э.) упоминаются лишь 63 растения, в сочинениях "отца ботаники" Феофраста (родившегося в 370 г. до н. э.) - около 500. Число известных видов животных было еще меньше. В результате завоевательных походов Александра Македонского (IV в. до н. э.) и римлян (III в. до н. э. - IV в. н. э.) кругозор ученых был заметно расширен, но никаких значительных биогеографических обобщений не было сделано. В эпоху средневековья, когда наука была "служанкой богословия", в сочинениях ученых факты перемешивались с легендами, и даже путешествия таких исследователей, как Марко Поло, заметно пополнившие наши биогеографические знания, не смогли развеять царившего мрака.

Соотношение числа видов и классов животных, обитающих в море, пресной воде и на суше

Жизнь... Невозможно представить себе нашу планету без населяющих ее живых организмов, обитающих и в глубинах океана, и на вершинах гор, и в бесплодных, казалось бы, пустынях, и на окраине ледяного щита Антарктиды. Все процессы, происходящие на современной Земле, связаны с жизнью. Живое принимает участие в круговороте веществ в природе. Но ведь не всегда же так было. Жизнь много моложе Земли. Организмы появились на Земле, наверно, не более 1,5 млрд. лет назад. А сколь многообразным за это время стал мир живых существ! Он насчитывает сейчас никак не менее 1,5 - 2 млн. видов. Жизнь можно изучать с различных позиций. Разнообразие форм организмов исследует морфология. Их функции: дыхание, кровообращение, размножение - физиология; родственные связи - систематика; взаимоотношения с окружающей средой - экология; географию организмов и их сообществ - биогеография. Постепенно складывались наши представления о распределении живых существ по лику Земли.

Период отрывочных сведений о мире растений и животных в начале XVI в. сменяется накоплением сведений о флоре и фауне различных отдаленных, дотоле неизвестных стран. Ученые этого времени знакомятся с новыми животными и растениями. Открываются ботанические и зоологические сады, а также музеи, хранящие засушенные растения - гербарии, чучела и спиртовые препараты животных. Знаменитый шведский ученый Карл Линней устанавливает порядок в этом хаосе новых форм, создав свою "Систему природы", положившую начало современной систематике. В конце XVIII - начале XIX в. материалов по флоре и фауне разных стран накопилось столько, что настало время обобщающих работ. Среди ученых этого времени выделяется Александр Гумбольдт. Труды Гумбольдта посвящены ботанической географии, но его с полным правом можно считать отцом биогеографии, так как основные идеи этого ученого можно применить и к зоогеографии. Он впервые для земного шара в целом показал зависимость распределения растительного покрова от климата, сходство...

(В книге-источнике отсутствуют страницы: 262-263)

Распределение надземной и подземной фитомассы суши

Живые существа благодаря своей необычайной активности создали на Земле качественно новые условия существования. Они образовали ранее не существовавшую оболочку нашей планеты, которую австрийский ученый Э. Зюсс назвал в 1875 г. биосферой и учение о которой было развито В. И. Вернадским.

Огромна потенциальная скорость размножения живых существ, а следовательно, и их продуктивность. В. И. Вернадский приводит такие примеры. Одна диатомовая водоросль, беспрепятственно размножаясь, может за восемь дней дать количество органического вещества, равное по объему нашей планете. Инфузория за пять лет может дать количество материи, в 104 раза превышающее объем Земли. Он пишет: "Если бактерия холеры может покрыть сплошным покровом поверхность планеты в одни с четвертью сутки, то наиболее медленно размножающийся организм суши - индийский слон - сделает это в 3000-3500 лет; скорость передачи геохимической энергии жизни для бактерии холеры, равная приблизительно 33 000 см/сек, близка к скорости звуковых волн; она для слона будет около 10-2 см/сек. В безмерности геологического дления земной жизни геохимический эффект обеих морфологических форм - слона и бактерии - окажется по существу одним и тем же. Самый медленно размножающийся организм в биосфере будет являться огромной меняющей окружающую среду силой, как и самый быстрый". Однако эти возможности организмов не осуществляются потому, что значительная их часть гибнет, не достигнув зрелости и не осуществив размножения. Значит, часть органического вещества отмирает, разлагается, вступает в круговорот веществ.

Согласно современным данным, общая масса растительных организмов в биосфере равна примерно 1013 - 1015 т, а масса животных организмов, по одним данным, равна 1010 т, по другим меньше массы растений в 10 тыс. - 100 тыс. раз. Основу биомассы растений составляют леса - 1011 - 1012 т, масса травянистой растительности в 5-10 раз меньше. Максимальная биомасса сосредоточена во влажных тропических лесах, где она колеблется от 500 до 1700 т на 1 га.

И в Арктике есть места высокой плотности жизни. 'Птичий базар'. Чайки моевки

В пределах биосферы В. И. Вернадский выделил "слой живого вещества", или "область концентрации жизни", в которой существуют растения - основные накопители энергии на нашей планете. Этот слой охватывает нижний слой тропосферы до 10 - 30 м над растительным покровом, верхний, освещенный слой вод, в котором могут существовать зеленые растения, и почву и подпочву с корнями растений, микроорганизмами и почвенными животными.

За время своего существования биосфера сыграла огромную роль в изменении химизма атмосферы, солевого состава вод, в образовании почвы. Все процессы происходят в биосфере значительно быстрее, чем в других сферах Земли. Так, растения исчерпали бы запас углекислого газа в атмосфере за 4 - 35 лет, если бы он не возобновлялся в значительной степени при участии тех же растений и животных. Без растений не было бы кислорода в воздухе, без живых организмов не возникли бы почвы.

Первоначально жизнь на нашей планете возникла в океане. Лишь в силурийском периоде, 300-350 млн. лет назад, на суше появились первые обитатели. При их участии возникли грандиозные отложения полезных ископаемых. Это был первый период в развитии жизни на суше. Вторым явилось изменение состава атмосферы под влиянием организмов: резко уменьшилось содержание углекислоты, возросло содержание кислорода; воздух стал более проницаемым для солнечных лучей, и многие виды, не приспособленные к недостатку влаги в атмосфере, вымерли. Одни группы растений и животных (древовидные папоротники, плауны и хвощи, динозавры и пр.) сменялись в процессе эволюции другими. Увеличивалось разнообразие мира живых существ. Организмы, влияя на среду, постепенно приспосабливались к ее изменениям. Дифференциация условий на Земле, все увеличивающаяся в процессе геологической истории, приводила к размещению организмов по различным местообитаниям, к выработке ими разнообразных приспособлений к климатическим, гидрологическим, орографическим, почвенным условиям, о чем детальнее будет сказано в разделе "Экологическая проблема".

Крупные ящерицы-игуаны на Галапагосских островах

Изменение растительных сообществ в горах и на равнине (на примере Северной Америки)

Биосфера с ее живым населением сделала возможным возникновение человека и человеческого общества. Она дает человеку возможность существовать за счет использования природных ресурсов и ведения хозяйства. При этом особенно опасно авантюристическое отношение к освоению природы. Лозунг "на наш век хватит" неизбежно приведет к истощению возможностей природной среды и к непоправимым потерям в биосфере. При все усиливающемся воздействии человека на природу, в том числе и на мир живых существ, меняются особенности окружающей нас среды. Уже исчезли с лица Земли многие сотни видов растений и животных, другие стали редкими; воды рек и океанов загрязнены промышленными отбросами, нефтью, смазочными маслами и пр.; вредные вещества выбрасываются в атмосферу, вырубаются леса, преобразуется весь лик нашей планеты. Без коренной перестройки нашего отношения к природе жизнь человека на Земле станет невозможной гораздо раньше, чем мы это можем предположить. Вот почему знание законов распределения по земному шару живых существ, знание тех условий, которые им необходимы для нормального существования, представляют необходимое условие для жизни человечества.