Ю. В. Евтефеев, Г. М. Казанцев

ОСНОВЫ АГРОНОМИИ

Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 110401 «Зоотехния»

if у МОСКВА (Mi 2013

УДК 631.5:631.4:631.8(075.8) ББК 41.4:40.3(я73).

Е27

Рецензенты:

заведующий кафедрой общего земледелия и защиты растений АГАУ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Международной академии аграрного образования Н.В. Яшутип\ доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры растениеводства и кормопроизводства НГАУ М.Е. Черепанов; кандидат биологических наук, доцент кафедры растениеводства и кормопроизводства НГАУ В.Л. Петрук; заведующий кафедрой сельскохозяйственных машин, доктор технических наук, профессор В.И. Беляев

Научные редакторы:

заведующий кафедрой почвоведения и агрохимии АГАУ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Международной академии аграрного образования, заслуженный деятель Российской Федерации J1. М. Бурлакова;

профессор кафедры растениеводства, селекции и семеноводства АГАУ, доктор сельскохозяйственных наук, академик Международной академии аграрного образования И. Т. Трофимов

Евтефеев Ю.В., Казанцев Г.М.

Е27 Основы агрономии : учебное пособие / Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М. : ФОРУМ, 2013. — 368 с. : ил. — (Высшее образование).

ISBN 978-5-91134-192-3

В учебном пособии изложены составные части основ агрономии: основы почвоведения, земледелия и агрохимии. Основы агрономии изложены в краткой форме в соответствии с учебной программой по кормопроизводству с основами ботаники и агрономии, утвержденной Министерством образования РФ для специальностей 310700 — «Зоотехния» по квалификации — зооинженер, 311200 — «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции».

Пособие предназначено для студентов вузов.

УДК 631.5:631.4:631.8(075.8) ББК 41.4:40.3(я73)

© Ефтефеев Ю.В.,

ISBN 978-5-91134-192-3

Казанцев Г.М., 2008 © Издательство «ФОРУМ», 2008

Предисловие

Данное учебное пособие подготовлено для студентов высших аграрных учебных заведений специальностей 310700 — «Зоотехния», 311200 — «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции».

Особенностью этого учебного пособия является краткое описание основ почвоведения, земледелия и агрохимии в соответствии с программой курса «Кормопроизводство с основами ботаники и агрономии». Оно облегчит студентам изучение генезиса, строения, состава и свойств основных типов почв, путей сохранения и повышения их плодородия. Ознакомит студентов с системами земледелия, составлением севооборотов, мерами борьбы с сорными растениями, приемами и системами обработки почвы применительно к условиям Сибири, особенностями применения удобрений для повышения урожайности и качества кормовых культур, организацией устойчивой кормовой базы для животноводства в различных природно-экономических зонах.

Авторы выражают признательность и благодарят профессоров Л. М. Бурлакову и И. Т. Трофимова за внимательное научное редактирование данного учебного пособия, за замечания и рекомендации по написанию основ агрономии.

Введение

«Кормопроизводство с основами ботаники и агрономии» является одной из ведущих дисциплин учебного плана при подготовке специалистов по специальностям 310700 — «Зоотехния», и 311200 — «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции». Основной целью этой дисциплины является формирование теоретических знаний и практических навыков по методам и способам производства кормов для животноводства. Изучение этой дисциплины формирует у студентов представление о системе производства кормов, рациональном их использовании и путях интенсификации кормопроизводства.

Специалистам в области сельского хозяйства нужно знать не только биологические особенности и питательность кормовых растений, но и условия, при которых получают максимальные урожаи, внедряют более совершенные технологии их выращивания. Необходимы теоретические знания по основам агрономии: почвоведению, земледелию, агрохимии.

Основным средством производства в сельском хозяйстве является почва. Рациональное использование почвенного плодородия требует знаний состава, свойств, режимов и законов эволюции основных типов почв. Необходимо знать не только пути эффективного использования плодородия почвы, но и способы его восстановления и расширенного воспроизводства в целях получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур с высоким качеством.

Рациональное использование почвенного плодородия с сохранением экологически приемлемого состояния территории должно основываться на знании законов земледелия, применении зональных адаптивно-ландшафтных систем земледелия с использованием химической мелиорации и систем защиты культурных растений от болезней и вредителей.

Основной целью данного учебного пособия является краткое изложение основ почвоведения, земледелия и агрохимии в одной книге в объеме учебной программы, рекомендуемой Министер-

ством образования рф для специальностей 310700 — «Зоотехния» и 311200 — «Технология производства и переработки сельскохозяйственной Продукции». Книга может быть полезной для студентов высших цграрных учебных заведений неагрономических специальностей: экономистов, инженеров-механиков сельскохозяйственного Производства и др.

ЧАСТЬ 1 ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

Глава 1

свойства почв - плодородия, о рациональном использовании почв, повышении их плодородия и охране от неблагоприятных природных и антропогенных воздействий

Основы почвоведения как науки 6ыли заложены в России в конце XIX в. турдами русских ученых . В. Докучаева,

П. А. Костычева, Н. М. Сибирцева. В В Докучаев в классическом труде «Русский чернозем» (1883) заложил основы генетического почвоведения. Он создал учение о географических зонах дал научную классификацию почв. П. А. Костычев внес большой вклад в изучение биологических основ почвообразования и способов повышения плодородия почв, он автор первого в России учебника «Почвоведение* Н М. Сибирцев творчески развил учения В. В. Докучаева и П. А. Костычева, разработал генетическую классификацию почв.

В познание биологической сущности почвоведения большой вклад внес В. Р. Вильямс (1863-1939). он развил генетико-агрономическое направление в почвоведении указал на ведущее

значение растительных формаций и микроорганизмов в формировании почв и их плодородия. Учебник В. Р. Вильямса переиздавался 5 раз.

Большой вклад в развитие почвоведения внес агрохимик и почвовед П. С. Коссович (1862—1915). Он рассматривал эволюцию почв в связи с изменением условий почвообразовательного процесса. В 1903 г. в Санкт-Петербурге он издал учебник по почвоведению. В 1908 г. был издан учебник по почвоведению К. Д. Глинки (1867—1927), который в своих трудах особое внимание уделил зональности почвенного покрова, генезису и классификации почв.

В последующие годы идеи В. В. Докучаева получили дальнейшее развитие в трудах многих русских и советских ученых, которые проводили классические исследования по изучению состава, свойств и режимов почв и были авторами новых учебников по почвоведению.

Первое научное определение почвы в отечественной науке дал В. В. Докучаев: «Почвой следует называть «дневные» или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых». Он доказал, что все почвы на земной поверхности образуются в результате «чрезвычайно сложного взаимодействия местного климата, растительности и животных организмов, состава и строения материнских горных пород, рельефа местности и, наконец, возраста страны».

По определению П. А. Костычева, почва — это «верхний слой земли до той глубины, до которой доходит главная масса корней растений».

В. Р. Вильямс определял почву как «поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений».

Почвы образуются на горных породах, которые изменились коренным образом под воздействием выветривания, микроорганизмов и растений. В результате этого воздействия возрастает концентрация минеральных элементов в верхних горизонтах горной породы, накапливаются соединения азота, которые начинают удовлетворять потребность высших растений в азотном питании. Под влиянием живых организмов постепенно накапливается сложное органическое вещество — гумус, развивается способность почвы удерживать воду, растворенные и диспергированные в почвенном растворе вещества, почва приобретает

способность удовлетворять все потребности высших растений и обеспечивать получение урожая.

Таким образом, почва является природным образованием, состоящим из генетически связанных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием выветривания и живых организмов. Почва, в отличие от горной породы, обладает важным качественным свойством — плодородием.

Почвы имеют основополагающее значение для существования жизни на Земле. Это значение заключается в следующем.

1. Почва является важной средой в развитии жизни на Земле. Непрерывно обмениваясь веществами и энергией с атмосферой, биосферой, гидросферой и литосферой, почвы поддерживают сложившееся на планете Земля равновесие, необходимое для существования жизни. В почве обитает огромное количество микроорганизмов, с ней связана жизнь насекомых, наземных животных. Растения, используя плодородие почвы, аккумулируют в процессе фотосинтеза огромное количество энергии в урожае. Люди расходуют эту энергию в качестве топлива, в пищу и на корм животным. Например, в 1 кг зерна пшеницы содержится до 3390 Ккал (или 14,0 МДж), что составляет суточную потребность человека в энергии. Семена сои содержат до 3900 Ккал в 1 кг.

Почва обеспечивает условия для жизни человека, так как она обладает способностью производить урожай растений — основной энергетический продукт. Масса растений, преобразованная животными в продукцию животноводства, тоже употребляется в пищу, для бытовых нужд и в промышленности.

Большое значение имеют санитарно-защитные функции почвы. Органическое вещество почвы ускоряет детоксикацию (разложение) вносимых пестицидов, закрепляет в малоподвижные формы загрязняющие вещества в результате сорбции и комплексообразования. Органические вещества участвуют в обменном и необменном поглощении ионов, входящих в состав минеральных удобрений, химических мелиорантов, пестицидов, радионуклидов, тяжелых металлов. Экспериментально доказано необменное поглощение катионов стронция и цезия. Необменное поглощение минеральной частью почвы возможно в результате защемления катионов в межплоскостных пространствах слоистых минералов.

2. Почва способствует поддержанию постоянного газового режима атмосферы Земли: содержание кислорода, азота, диокси-

да углерода, водорода и паров воды остается неизменным. Атмосфера в приземном слое состоит из азота — 78,08 %, кислорода — 20,95, аргона — 0,92, диоксида углерода — 0,04 и других газов — 0,01 %. Газовый состав атмосферы до зарождения жизни на Земле, по мнению ученых, был иным, в приземном слое преобладали аммиак, метан, водород. Современный газовый состав сформировался с появлением жизни на Земле под влиянием живых организмов.

3. Почва участвует в круговороте воды на Земле. Эта роль почвы связана с процессами миграции и аккумуляции веществ в сопряженных ландшафтах в соответствии с рельефом местности.

Огромное количество воды, поступающее с осадками, частично испаряется из почвы и при транспирации растений в атмосферу, другая часть стекает в реки, озера или, просачиваясь через почвы и верхние слои осадочных пород, поступает в грунтовые воды. Делювиальные воды приносят в реки минеральные и органические вещества. Почва оказывает большое влияние на формирование поверхностного и грунтового стоков, образование донных отложений Мирового океана, биогеохимический круговорот.

Экологические функции почвы общепланетарного масштаба обобщены в табл. 1.

Таблица 1. Глобальные функции почв (педосферы) (по Добровольскому и Никитину, 1990)Сферы влияния
Литосфера	Гидросфера	Атмосфера	Биосфера
Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы	Трансформация поверхностных вод в грунтовые воды	Поглощение и отражение солнечной энергии	Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши
Источник вещества для образования минералов, пород, по-пезных ископаемых		Регулирование влагооборота атмосферы	Связующее звено биологического и геологического круговорота веществ
Передача аккумулированной солнечной анергии в глубокие слои атмосферы	Участие в формировании речного стока	Источник твердого вещества и микроорганизмов, поступающих в атмосферу

Окончание табл. 1
Сферы влияния
Литосфера	Гидросфера	Атмосфера	Биосфера
	Фактор биопродуктивности водоемов за счет приносимых почвенных соединений	Поглощение и удержание некоторых газов, поступающих в атмосферу	Защитный барьер и условие нормального функционирования биосферы
Защита литосферы от чрезмерной эрозии и условие ее нормального развития	Сорбционный, защищающий от загрязнений барьер акваторий	Регулирование газового режима атмосферы	Фактор биологической эволюции

4. Обладая свойством плодородия, почва является основным средством производства в сельском хозяйстве. Используя почву как средство производства, человек изменяет ее свойства, режимы и плодородие, оказывает влияние на природные факторы почвообразования. Вырубка лесов, возделывание сельскохозяйственных культур меняют растительность; осушение или орошение меняют водный режим почвы. Большое влияние на почву оказывают приемы обработки, применение удобрений и химическая мелиорация, которые зачастую изменяют ее свойства коренным образом. Таким образом, почва становится не только средством производства и предметом труда, но и частично продуктом этого труда.

Глава 2 ПРОИСХОЖДЕНИЕ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

2.1. Происхождение минералов

Планета Земля состоит из минералов и горных пород, которые служат основой формирования почв и определяют их свойства.

Минералы являются природными химическими соединениями различных элементов, могут быть твердыми — кварц (Si0₂); доломит [Са, Mg(C0₃)₂]; гематит (Fe₂0₃); микроклин [(K₃Na)(AlSi₃0₈)]; галит (NaCl); кальцит (СаС0₃); магнезит (MgC0₃) и др.; жидкими — вода (Н₂0); газообразными — диоксид углерода (С0₂); аммиак (NH₃); метан (СН₄); водород (Н₂) и др. Известно более двух тысяч минералов. Минералы, часто встречающиеся и образующие основу горных пород, называют породообразующими. Содержание минералов в земной коре представлено в табл. 2.

По данным американского геохимика Ф. У. Кларка, среди породообразующих минералов преобладают полевые шпаты, пи-роксены, кварц, в которых содержание кислорода (49 %), кремния (26 %), алюминия (7,45 %) составляет по массе 82,5 %. Остальных элементов значительно меньше. Например, калия — 2,35 %, фосфора — 0,12, азота — 0,04 %.

Горные породы — природные агрегаты минералов, образующие геологические тела более или менее постоянного химического состава. Форма, размеры и взаимное расположение минералов обусловливают структуру и текстуру горных пород.

Минералы, образовавшиеся в недрах земной коры из компонентов магмы, называют первичными: лабрадор — Ca[Al₂Si_l20₈], микроклин — [(K₃Na)(AlSi₃0₈)], ортоклаз — K₂[Al₂Si₆0₁₆],

кварц — Si0₂, слюда — KAl₂[AlSi₃O_I0][OH]₂, флюорит — CaF₂, кальцит — СаС0₃, сидерит — FeC0₃, пирит — FeS₂ и др.

Таблица 2. Содержание породообразующих минералов в земной коре (по А. Е. Ферсману)
№ п/п	Название минерала	% по массе
1	Полевые шпаты: ортоклаз K2[AI2Si6016], микроклин [(K3Na) (AISi308)] и др.	55
2	Пироксены — R2[Si206], где R — Na, Са, Mg, Fe, AI и др. Например, эги-рин — Na Fe[Si206] и амфиболы — цепочечные силикаты, содержащие калий, натрий, кальций, алюминий, железо, кремний, фтор и др., в основании которых структура [Si4011]	15
3	Кварц и его разновидности — горный хрусталь, аметист, халцедон, цитрин и др.	12
| 4	Вода в свободном и поглощенном состоянии	8, 25
I 5	Слюды	3
6	Оксиды и гидроксиды — Fe203, Al203, Si02 - лН20, Fe203 • лН20, А1(0Н)3 идр.	3
7	Глинистые минералы — каолинит AI4[Si4O10] (0Н)8, монтмориллонит [AI4(OH)4Si8O20] • лН20, вермикулит (Mg, Fe2+, Fe , Mg)2_3(0H)2[(SiAI)4010]4H20	1,5
8	Кальцит —Са С03	1,5
9	Фосфаты — Са3(Р04)2, Са5[Р04]30Н и др.	0,75

Первичные минералы, попадая на дневную поверхность в результате вулканических процессов, подвергаются выветриванию. Величина частиц первичных минералов крупнее 0,001 мм.

В результате сложных физических, химических и биологических процессов образуются новые минералы, которые называют вторичными. По происхождению такие минералы делятся на две группы:

а) связанные с постмагматическими и метаморфическими, главным образом гидротермальными процессами (образовавшиеся в результате серитизации, хлоритизации, каолинизации и др.);

б) связанные с гипергенными процессаим (выветриванием и химической седиментацией) — это различные глинистые минералы, оксиды и гидроксиды, карбонаты, хлориды, сульфаты и др.

Вторичные минералы преобладают в виде частиц менее 0,001 мм.

Под выветриванием понимают изменение физического состояния и химического состава минералов и горных пород под

воздействием воды, воздуха, температурных колебаний, живых организмов, делювиальных потоков (талых и дождевых вод), деятельности моря, рек и ледников. Различают физический, химический и биологический типы выветривания, которые происходят, как правило, одновременно, с различной интенсивностью. В разных природных зонах, в зависимости от создавшихся условий, преобладает, как правило, одно из них.

Физическое выветривание — механическое разрушение горных пород и минералов без изменения их химического и минералогического составов. Физическое выветривание усиливается при больших амплитудах температур, проникновении воды в трещины горных пород. Разрушение увеличивается при замерзании воды.

В жарком климате действие, аналогичное замерзающей воде, производят соли. Они проникают в трещины горных пород в растворенном виде вместе с влагой, а при ее высыхании кристаллизуются. При росте кристаллов их объем увеличивается, и они оказывают существенное давление на стенки трещин. Например, CaS0₄, присоединяя воду, превращается в гипс (CaS0₄ • 2Н₂0), увеличиваясь в объеме на 33 %.

Раздробленные физическим выветриванием горные породы приобретают водопроницаемость и частичную влагоемкость, увеличивают общую поверхность, что благоприятствует химическому выветриванию. Усиление трещиноватости горных пород способствует также более легкому проникновению в них корней, таким образом активируя и биологическое выветривание.

Яркими примерами подавляющего господства процессов физического выветривания могут служить выровненные поверхности гольцов на Северном Урале, в горах Среденей и Восточной Сибири, где среди каменных россыпей высятся лишь отдельные скалы причудливой формы — свидетельства былого состояния вершинной поверхности.

Физическое выветривание горных пород и минералов замедляется по мере уменьшения размеров образующихся в результате него частиц и практически сходит на нет по достижении ими состояния крупной пыли — т. е. частиц диаметром 0,05—0,01 мм.

Химическое выветривание — процессы разрушения первичных минералов и горных пород с изменением их минералогического и химического составов. Это химические реакции под влиянием воды, диоксида углерода и кислорода, приводящие к образова-

нию вторичных минералов в гидросфере и в зоне осадочных пород, особенно в поверхностных слоях. Повышение температуры воды и насыщение ее углекислым газом, который создает кислую реакцию, увеличивает разрушающее действие на минералы, повышает их растворимость. Например, растворимость кальцита значительно возрастает при содержании в воде С0₂, он превращается в гидрокарбонат:

СаС0₃ + С0₂ + Н₂0 <-> Са(НС0₃)₂

Наиболее распространенными реакциями при химическом выветривании являются окисление, гидролиз, гидратация, кар-бонатизация и оглинивание (образование глинистых минералов).

При химическом выветривании первичных минералов образуются вторичные в виде простых солей, гидроксидов, оксидов и глинных минералов. Образование вторичных минералов и их более высокая растворимость в воде создают условия для вовлечения химических элементов в биологический круговорот веществ. Замещение катионов или анионов в одних минералах приводит к образованию новых минералов (метасоматический процесс). Особое значение имеет образование глинных минералов, которые придают почвам агрономическое свойство — поглотительную способность, обеспечивающую важные для плодородия почвы режимы.

К скрытокристаллическим относят глинные минералы группы каолинита, монтмориллонита и гидрослюд. К группе каолинита относится каолинит — Al₄[Si₄O,₀](OH)₈ — это двухслойный по кристаллической решетке минерал. Галлуазит — Al₄[Si₄O|₀](OH)₈ • 4Н₂0, образующийся при разрушении каолинита.

К группе монтмориллонита относится трехслойный по кристаллической решетке минерал монтмориллонит, структура которого отвечает формуле [Al₄(OH)₄Si₈O₂₀] • лН₂0.

К группе гидрослюд относят продукты химического выветривания слюд и полевых шпатов: иллит (К, Н₂0)А1₂(0Н)₂ [(А1, Si)₄O_l0] • лН₂0, вермикулит (Mg, Fe²⁺, Fe³⁺)₃(OH)₂[(Si,Al)₄O_l0] • 4Н₂0 и др. В почвах содержатся минералы, не относящиеся к глинным, но обладающие сходными свойствами — это цеолиты — группа алюмосиликатов кальция, натрия, калия, обладающие высокими адсорбционными свойствами по отношению к катионам.

Под биологическим выветриванием понимают механическое разрушение и изменение химического состава горных пород и минералов под влиянием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Корни растений и микроорганизмы выделяют диоксид углерода и органические кислоты, разрушающие минералы.

Нитрификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии — серную кислоту. Под действием этих кислот на минералы образуются легкорастворимые в воде соединения, катионы или анионы которых легко поглощаются растениями и микроорганизмами:

2K₂[Al₂Si₆0₁₆] + 4HN0₃ + 2Н₂0 = [Al₄(OH)₈Si₄O₁₀] + 8Si0₂ + 4KN0₃

ортоклаз

Калийная селитра — KN0₃ легкорастворимая соль, катион К⁺ легко поглощается растениями из раствора.

2Са₅[Р0₄]₃0Н + 14HN0₃ = ЗСа[Н₂Р0₄]₂ + 7Ca(N0₃)₂ + 2Н₂0 апатит

Образующийся монофосфат кальция растворяется в воде, и анион фосфорной кислоты становится доступным для растений.

Значительное влияние на минеральную и органическую часть почвы оказывают черви, личинки различных насекомых и другие животные. Диатомовые водоросли способны разлагать алюмосиликаты, силикатные бактерии разрушают полевые шпаты; грибы рода Penicillium способны разрушать первичные минералы; лишайники разрушают породы механически и изменяют их химический состав. Минералы, образующиеся при участии живых организмов, называют биолитами: диатомиты, кораллы, известняк, каменный и бурый угли и др.

В слое земной коры от поверхности до грунтовых вод, создаются благоприятные условия для выветривания минералов и горных пород, где происходит периодическое смачивание фильтрующимися дождевыми и талыми водами, содержится достаточно воздуха, изменяются температура и атмосферное давление, поэтому этот слой земной коры называют корой выветривания.

Процессы выветривания в большой степени обусловлены климатом. В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания остаются и накапливаются, а в условиях влажного климата выщелачиваются, вымываются в нижележащие слои и в грунтовые воды.

Различают два основных типа коры выветривания: сиаллит-ную и аллитную. Сиаллитная кора формируется в регионах с умеренно влажным климатом, для нее характерно содержание в составе пород 65—75 % Si0₂ и 10—15 % А1₂0₃, образование глинных минералов монтмориллонитовой группы и гидрослюд. Ал-литная кора выветривания формируется в условиях влажного субтропического и тропического климата. Для нее характерно повышенное содержание алюминия в породах (до 35 % А1₂0₃)при снижении до 50 % содержания Si0₂, преобладание минералов группы гидроокисей железа и алюминия, разрушение первичных минералов, вынос оснований и кремнезема. В составе глинных минералов преобладают каолинит или галлуазит.

2.2. Образование горных пород

Горные породы — природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела. Термин «Горная порода» впервые в современном смысле употребил в 1798 г. русский минералог и химик В. М. Се-вергин. По происхождению, строению и свойствам горные породы подразделяют на магматические, метаморфические и осадочные.

Магматические породы образовались при остывании и кристаллизации магмы. Магма (от греч. magma — густая мазь) — расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. При внедрении магмы в земную кору или при ее излиянии на поверхность Земли формируются магматические горные породы. Различают эффузивные и интрузивные магматические породы. Эффузивные породы образовались при излиянии магмы из глубины Земли на ее поверхность во время глубинной активности по вулканическим каналам или трещинам в земной коре. К таким породам относятся андезиты, базальты, диабазы, пемза, вулканическое стекло и др. Интрузивные породы образовались при остывании магмы в толще земной коры: в таких условиях постепенного остывания образуются граниты, диориты, габбро и др. В состав гранитов входят 65—75 % кварца, полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), роговая обманка, слюды. В составе габбро 40—52 % Si0₂, плагиоклазы, пироксены, оливин (MgFe)₂[Si0₄]. Все породы магматического происхождения называют первичными.

Метаморфические горные породы образовались из магматических или осадочных пород в недрах Земли в результате сложных превращений, изменения (метаморфизма) их минералогического состава, структуры и текстуры. К таким породам относят гнейсы, кварциты, сланцы и др.

Все осадочные горные породы, образовавшиеся в результате осаждения химических солевых минералов в гидросфере, землистых масс из суспензии текучих вод или органического материала в виде остатков растений, называют вторичными.

В земной коре магматические породы составляют 95 %, а на долю осадочных пород приходится около 5 %. Если рассматривать только так называемую зону гипергенеза, т. е. слои, выходящие на дневную поверхность или залегающие близко к ней, и гидросферу, то в ней осадочных пород окажется около 70—75 %, магматических — 20—25 %.

Большая группа осадочных пород образовалась в результате физического выветривания магматических и метаморфических горных пород и переотложения минеральных частиц ветром, реками, морем, ледниками и водой. Такие породы стали рыхлыми, воздухо- и водопроницаемыми, в них усилились реакции химического выветривания.

Выделяют три группы осадочных пород: обломочные, химические и органогенные. К обломочным относят грубообломочные (валуны, галька, гравий), песчаные (0,05—2,0 мм), пылеватые (0,05—0,005 мм), глинистые (<0,005 мм) и смешанные (почвообразующие): моренные, озерно-ледниковые отложения, суглинки и глины, лессовидные суглинки, лессы.

К химическим осадочным породам относятся известковые туфы (кальцит — СаС0₃), калийные соли: карналлит — КС1 • MgCl₂ • 6Н₂0, сильвинит — mKCl + wNaCl, гипс — CaS0₄ • 2Н₂0, глинные минералы.

К органогенным осадочным породам относятся известняки (ракушечные, коралловые), диатомиты, состоящие из панцирей Диатомовых водорослей, трепелы, опоки — легкие, тонкопористые породы, состоящие из аморфного кремнезема с примесью песка и глинистых частиц. Горючие осадочные породы (торф, сапропель, ископаемые угли), жидкие породы (нефть), газообразные — горючие газы.

Глава 3 ОБЩАЯ СХЕМА ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

3.1. Общая схема почвообразовательного процесса

Под почвообразовательным процессом понимают зарождение и эволюцию почвы под влиянием факторов почвообразования (материнская порода, климат, растительный и животный мир, геологический возраст территории, хозяйственная деятельность человека). Это совокупность биофизико-химических процессов, наиболее важными из них являются следующие:

1) превращения минералов горной породы, из которой образуется почва;

2) накопление в ней органических остатков и их постепенная трансформация;

3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложных органо-минеральных соединений;

4) накопление в верхней части почвы биофильных элементов, прежде всего элементов питания для живых организмов;

5) перемещение продуктов почвообразования с током воды в профиле формирующейся почвы.

Почва как природное образование представляет собой поверхностный, относительно маломощный по сравнению с отложениями горных пород горизонт земной коры, обладающий плодородием. В этом горизонте земной коры создаются условия для активного взаимодействия атмосферы, литосферы, растительных и животных организмов и других факторов почвообразования. Этот слой земной коры участвует во всех процессах превращения и перемещения веществ, происходящих в биосфере, связанных с обменом веществ в живых организмах и экосистемах. Биотические и абиотические процессы, происходящие

при образовании почвы, тесно взаимосвязаны с геологическим, биологическим и биогеохимическим круговоротами веществ и энергии на Земле.

Под геологическим круговоротом веществ понимают последовательность формирования горных пород, их первичные пространственные взаимоотношения, химический и минералогический составы, изменение в земной коре и на поверхности Земли, закономерности и условия образования и изменения осадочных пород, их вещественный состав и строение. Происходят сложные физико-химические процессы разрушения горных пород и минералов, их денудация. Денудация (от лат. denudation — обнажение) — совокупность процессов сноса и удаления с возвышенностей продуктов разрушения горных пород с последующим их накоплением в понижениях рельефа. Очень подробное определение геологического круговорота веществ дал известный отечественный геохимик и почвовед В. А. Ковда: «Геологическим круговоротом веществ с точки зрения почвоведения называется вся совокупность процессов образования земной коры, магматических и осадочных горных пород и минералов, обособления ее стратиграфических горизонтов, коры выветривания и форм рельефа, денудации и формирования водного, твердого и химического стока, седиментации и аккумуляции веществ, принесенных наземными и подземными водами и эоловым путем».

Геологический круговорот веществ является первичным условием в почвообразовательном процессе. С его помощью формируется материнская порода, которая является необходимым условием в почвообразовании и оказывает огромное влияние на химический, минералогический и гранулометрический составы и свойства почвы. В начале почвообразовательного процесса преобладают абиотические процессы: физические, физико-химические, химические, происходящие на атомно-ионном, молекулярном и коллоидном уровнях: растворение, осаждение, испарение, конденсация, сорбция, диффузия и др. Эти процессы небиологической природы И. П. Герасимов назвал элементарными почвенными процессами первого порядка, которые еще не объединены в биогеохимический круговорот веществ, это подготовительная предпочвенная стадия.

Геологический круговорот веществ может происходить без Участия биосферы. Появление биосферы и образование почв значительно изменяют поверхностный и грунтовый стоки, образование осадочных, поверхностных и донных отложений. Мик-

роорганизмы, растения и почвенная фауна значительно влияют на интенсивность и направленность процессов трансформации и перемещения веществ в ходе геологического круговорота. К абиотическим процессам добавляется биологический круговорот веществ. Биота поглощает минеральные элементы в почвообразующей породе, перемещает их в поверхностные горизонты и накапливает в верхних горизонтах органические вещества, что способствует образованию органо-минеральных соединений.

Вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности и отмирания биоты, окисляются, минерализуются, гумифицируются и накапливаются в почве. Образующиеся вещества снова поглощаются биотой и мигрируют по профилю почвы под влиянием не только биоты, но и абиотических процессов: климата, водно-физических, сорбционных и других свойств почвы. При этом биота противостоит миграции веществ под влиянием сил гравитации и поверхностного стока воды, способствует накоплению веществ в верхних горизонтах почвы.

В процессах биологического поглощения и трансформации веществ элементы возвращаются в почву в других соединениях, которых не было в горных породах, как правило, в растворимых формах, доступных для усвоения биотой. Это приводит к возрастанию биопродуктивности наземных экосистем и объема биологического круговорота веществ. На этой стадии почвообразовательного процесса содержание лабильных (доступных) веществ превышает их возможное поглощение биотой за один цикл, т. е. создается резервный фонд питательных веществ.

При развитии биосферы и почв сформировались биологический и биогеохимический круговороты. Биологический круговорот, по определению В. А. Ковды, включает «сумму циклических процессов обмена веществ и энергии между средой и совокупностью растительных и животных организмов».

Биологический круговорот веществ при образовании почвы с участием высших растений способствует профильной дифференциации почв. Растения перекачивают биофильные элементы из различных почвенных горизонтов на поверхность. Это перемещение имеет антигравитационную направленность, величина его зависит от размещения и поглощения корневой системы в почве и мест аккумуляции мортмассы. Масштабы такого перемещения больше в лесных экосистемах.

С возрастанием масштабов биологического круговорота элементарные почвенные процессы первого порядка достигают оп-

ределенного уровня и упорядоченности в пространстве и во времени, начинается формирование признаков почв, таких как оподзоливание, гумусонакопление, торфообразование, агрегатообразование, изменяются состав и физические свойства почвы.

Биотические и абиотические процессы трансформации и перемещения веществ в почвах включаются в сложный биогеохимический круговорот. В этом едином круговороте все вещества, дифференцированно распределенные в почвенном профиле, подвергаются абиотической миграции и биологическому поглощению. Поглощенные и синтезированные биотой вещества освобождаются при отмирании и разложении биоты, а возвращаясь в почву, дифференцируются по почвенному профилю, при этом биофильные элементы накапливаются в верхних горизонтах почвы. Происходит взаимодействие органических веществ с минеральной частью почвы и накопление органо-минеральных соединений.

Под воздействием физических процессов образующиеся вещества мигрируют по профилю почвы. Поверхностный и грунтовый стоки частично перемещают вещества за пределы почвы в почвообразующие породы, в грунтовые воды, в Мировой океан, таким образом вещества включаются в большой геологический круговорот.

По определению почвоведов, биогеохимический круговорот представляет собой систему согласованных в пространстве и во времени трансформационных и миграционных потоков вещества, протекающих последовательно или в фазе биоты, или в неживых фазах почвы. Для биологического и биохимического круговоротов свойственны избирательность поглощения организмами необходимых элементов из почвы и цикличность, связанная с поступлением солнечной радиации на поверхность Земли и с циклами развития растительных организмов.

Почвообразовательные процессы в условиях биогеохимического круговорота веществ приводят к формированию конкретных почвенных типов с индивидуальным строением почвенного профиля.

Таково влияние геологического, биологического и биогеохимического круговоротов веществ на почвообразовательный процесс.

Главными агентами в почвообразовательном процессе выступают живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Образование почв началось с появлением жизни на Земле. Физиче-

ское и химическое выветривание плотных горных пород подготавливали условия для поселения первых живых организмов: бактерий, лишайников, водорослей. На поверхности горных пород стали накапливаться органические соединения, образуемые простейшими. Часть органических соединений вступала в реакцию с минеральными веществами с образованием органо-минеральных комплексов. Так начинался первичный почвообразовательный процесс.

Постепенно доступность минеральных элементов для биоты повышалась. Благодаря продолжающимся процессам выветривания горных пород увеличилась их поглотительная способность, улучшилось обеспечение живых организмов водой. Создавались условия для поселения и размножения более требовательных к условиям жизни низших организмов — лишайников, а затем и высших растений.

На участках земной поверхности с характерными особенностями микроклимата, геологического строения рельефа, почвы, водного режима формируются соответствующие биогеоценозы. По определению В. Н. Сукачева (1940): «Биогеоценоз — однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва (строго говоря, являющаяся биокосным образованием) и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обменом веществ и энергии)».

При биологическом поглощении и трансформации веществ в живых организмах элементы возвращаются в почву в составе качественно иных соединений, которые становятся легко доступными для последующих поколений живых организмов. Происходит накопление азотосодержащих органических соединений гумусовой природы и минеральных форм азота.

При биологическом выветривании фосфатов горных пород в почве накапливаются доступные для растений минеральные и минерально-органические соединения фосфатов.

В результате трансформации минеральной части в почве формируется состав обменно-сорбированных катионов калия, кальция, алюминия, магния и других макро- и микроэлементов.

Высшие растения, поглощая элементы питания в глубоких слоях почвы, перемещают их ближе к поверхности. Кроме того, большое количество органического вещества и минеральных элементов попадает на поверхность почвы с растительным опа-

rjoM. Все эти процессы способствуют формированию почв, которое продолжается неопределенно долго.

В сформированном биогеоценозе совершается биологический круговорот веществ в системе почва — растения — животные организмы — почва. Каждый цикл этого малого круговорота повторяет предыдущий, но полной замкнутости не существует, часть элементов просачивается с водой в грунтовые воды, вымывается за пределы ценоза и вовлекается в большой геологический круговорот веществ в природе. Но одновременно происходит и поступление в почву новых элементов из минералов почвообразующей породы, в результате жизнедеятельности азотофиксирующих, нитрифицирующих и аммонифицирующих микроорганизмов накапливаются соединения азота.

В зависимости от сложившихся климатических, геологических и геоморфологических факторов формируется большое разнообразие почв. Почвы, их свойства и режимы постоянно изменяются под воздействием природных факторов. На большей части территории России в результате материкового оледенения почвообразовательный процесс был прерван, почти весь дочетвертичный почвенный покров был разрушен. На пути распространения ледников почвенный покров был снесен. На прилегающих к ледникам пространствах почвы были или эродированы флювиогляциальными потоками, или перекрыты флювиогляци-альными и аллювиальными отложениями.

После окончания действия ледников на четвертичных осадочных смешанных горных породах ледникового и водно-ледникового происхождения начался современный почвообразовательный процесс. В современный геологический период почвообразовательный процесс отличается от первичного. Четвертичные осадочные горные породы передают образующимся на них почвам свои свойства и признаки, которыми стали обладать в процессе трансформации из первичных горных пород в рыхлые осадочные. Меняется и последовательность поселения живых организмов на этих породах: на них сразу могут поселяться высшие растения.

Таким образом, почва претерпевает во времени разнообразные изменения, связанные с ее природным генезисом, особенно ^ПРИ изменении факторов почвообразования. Совокупность всех изменений в почве от начала ее образования до сегодняшнего Дня называют эволюцией почвы.

Такова общая схема почвообразовательного процесса. Конкретные особенности образования и развития почв зависят от сложившихся природных условий и антропогенных факторов. Факторы почвообразования, конкретное их проявление в формировании основных типов почв изложено в последующих главах.

3.2. Факторы почвообразования

В различных природных зонах, в зависимости от конкретных условий, сформировались разные по внешнему виду и уровню плодородия почвы. Минералогический состав и свойства материнской породы, климат, состав произрастающей растительности, рельеф и другие условия по-разному влияют на почвообразовательный процесс в зависимости от их конкретного сочетания. Экологические условия, способствующие почвообразованию, влияющие на его скорость и результативность, В. В. Докучаев назвал факторами почвообразования. К ним относятся материнская порода, климат, растительные и животные организмы, рельеф местности и возраст страны (время). Наряду с этими пятью природными факторами почвообразования сегодня принято выделять шестой фактор — производственную деятельность человека, которая может коренным образом изменить направленность почвообразовательного процесса.

3.2.1. Почвообразующие породы

Почвообразующими или материнскими называют горные породы, которые явились материальной основой, средой, на которой образовались почвы. Формируясь на почвообразующих породах под влиянием различных экологических условий, почвы перенимают от них гранулометрический, минералогический и химический составы, а также физические и физико-химические свойства.

На магматических горных породах происходит первичный почвообразовательный процесс при отсутствии ясно выраженных почвенных признаков в твердой фазе, так как они являются массивно-кристаллическими, имеют плотное сложение. На них нет благоприятных условий для развития биоты. После сложных

процессов разрушения, превращений и денудации магматические породы обусловливают состав и свойства осадочных горных пород.

Значение метаморфических пород в образовании почв также невелико, так как на них условия для развития биоты, как правило, неблагоприятны и они занимают относительно небольшие территории, а большая часть поверхности Земли (>75 %) покрыта осадочными породами.

Осадочные смешанные породы сформировались в последний геологический период эры кайнозоя — четвертичный, поэтому их называют четвертичными. Породы, залегающие под четвертичными, относят к коренным. При выходе коренных пород на поверхность они постепенно превращаются в почвообразующие.

В зависимости от условий формирования осадочные породы имеют различный состав, строение, сложение и свойства, которые отражаются на процессе почвообразования и плодородии почв.

Элювиальные породы, или элювий, образуются при выветривании коренных пород и промывании продуктов выветривания на месте их образования на равнинных плато и на выровненных водоразделах. Свойства элювиальных пород зависят от свойств исходной породы, климата и рельефа. На элювии карбонатных пород формируются плодородные дерновые почвы.

Делювиальными породами или, делювием, называют наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами. Поверхностный склоновый сток образует делювиальные наносы с большей мощностью у основания склона. Для делювия характерны сортированность и хорошо выраженная слоистость.

Пролювий образуется у подножия гор в результате деятельности временных водных и селевых потоков. Для пролювия характерна плохая сортированность и включения крупнообломочного материала.

Аллювиальные породы, или аллювий, представляют собой осадки, оседающие при разливе рек (пойменный аллювий). Аллювий пойм богат органическим веществом, служит материнской породой для пойменных почв, которые отличаются высоким плодородием.

Ледниковые (моренные) отложения — продукты выветривания горных пород, перемещенные, переработанные и отложенные Дедником. Для морен характерны несортированность, неоднородный гранулометрический состав, наличие валунов, часто обо-

гащенность песчаными фракциями. По химическому составу морены бывают карбонатными и бескарбонатными. Карбонатные морены по составу и свойствам более благоприятны для растений, на них формируются плодородные дерново-карбонатные почвы. Бескарбонатные морены способствуют преобладанию подзолистого процесса почвообразования.

Лессы — неслоистые однородные тонко-зернистые известкови-стые осадочные породы светло-желтого или палевого цвета. Для лессов характерны карбонатность, пылевато-суглинистый гранулометрический состав с преобладанием частиц 0,01—0,05 мм, хорошая водопроницаемость. Более крупные частицы состоят чаще из кварца и полевого шпата, пористость 40—45 %. Залегают в виде покровов мощностью от нескольких до 100 метров на водоразделах и склонах, имеют различный генезис, до сих пор остающийся предметом научных дискуссий: по разным теориям в различных условиях лессы могли образоваться под влиянием поверхностного стока, водно-ледниковых потоков, эоловым путем и др.

Лессовидные суглинки — осадочные породы, напоминающие лессы, от которых отличаются меньшей карбонатностью, крупной зернистостью, слоистостью с прослойками галечника.

По своим свойствам лессы и лессовидные суглинки являются благоприятными для развития растительных формаций. При благоприятных экологических условиях на этих породах образуются плодородные черноземные, каштановые, серые лесные почвы.

Флювиогляциальные, или водно-ледниковые отложения, сформировались под влиянием водно-ледниковых (флювиогляциаль-ных) потоков, вытекающих из-под ледника при его таянии. Для этих отложений характерны сортированность, слоистость, они не содержат валунов, бескарбонатны. По гранулометрическому составу такие отложения являются песчаными или песчано-га-лечниковыми. На флювиогляциальных отложениях формируются малоплодородные почвы, бедные гумусом, питательными веществами, обладающие малой влагоемкостью.

Озерные и морские отложения формируются при изменении береговой линии озер или морей в результате их регрессии. При высыхании озер и отступлении морей донные отложения оказываются на дневной поверхности. Эти отложения отличаются слоистостью и большой аккумуляцией солей. Такие породы обусловливают образование засоленных почв.

Эоловые отложения формируются под влиянием ветра, образующего песчаные наносы — бугры, дюны, барханы.

3.2.2. Климат как фактор почвообразования

Климат — многолетний статистический режим погоды, это одна из основных географических характеристик местности. Название произошло от греческого слова klima, означающего «наклон», в данном случае наклон земной поверхности к солнечным лучам. Из географических факторов, влияющих на климат, наиболее существенны широта и высота местности, близость к морскому побережью, особенности рельефа и растительного покрова.

Климат играет огромную роль в процессах почвообразования, его влияние очень многообразно. Основными метеорологическими элементами, определяющими характер и особенности климатических условий, являются температура и осадки. Годовое количество поступающего тепла и влаги, особенности их суточного и сезонного распределения обусловливают совершенно определенные процессы почвообразования. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы. Движение воздушных масс (ветер) влияет на газообмен почвы и захватывает мелкие частички почвы в виде пыли. Но климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, поскольку существование той или иной растительности, обитание тех или иных животных, а также интенсивность микробиологической деятельности обусловлена именно климатическими условиями.

В почвоведении используют следующие показатели климата: годовое количество осадков, коэффициент увлажнения почв, среднегодовую температуру воздуха, сумму среднесуточных температур воздуха за период с температурой выше 10 °С, продолжительность периода вегетации растений.

Например, по сумме среднесуточных температур выше 10 °С за период вегетации растений климат принято делить на следующие группы (табл. 3).

Климаты термических групп формируются по широтным поясам земного шара. Эти пояса характерны не только температурными условиями, но и определенными растительными формациями и почвами. Пояса называют почвенно-биоклиматическими или почвенно-биотермическими. От климата зависит тепловой режим, скорость химических и биохимических процессов, биологическая активность почвы.

Таблица 3. Группы климата по сумме среднесуточных температур воздуха выше 10 °С за 1 год
Группы	Климат	Сумма среднесуточных температур воздуха за период выше 10 °С, °С
| 1	Холодный (полярный)	Менее 600
I 2	Холодно-умеренный (бореальный)	600—2000
I 3	Теплоумеренный (суббореальный)	2000—3800
4	Теплый (субтропический)	3800—8000
5	Жаркий (тропический)	Более 8000

Отношение годового количества осадков к испаряемости с открытой водной поверхности в миллиметрах (мм) Г. Н. Высоцкий предложил называть коэффициентом увлажнения (КУ). По коэффициенту увлажнения различают следующие группы климатов (табл. 4).

Таблица 4. Группы климатов по величине отношения годового количества выпадающих осадков к испаряемости за этот же период с открытой водной поверхности, мм
Группы	Климат	Коэффициент увлажнения (по Г. Н. Высоцкому, Н. Н. Иванову), КУ
1	Очень влажный (экстрагумидный)	>1,33
2	Влажный (гумидный)	1,33—1,00
3	Полувлажный (семигумидный)	1,00—0,55
4	Полусухой (семиаридный)	0,55—0,33
5	Сухой (аридный)	0,33—0,12
6	Очень сухой (экстрааридный)	<0,12

Кроме названных групп климатов применяют гидротермический коэффициент (ГТК) по Г. Т. Селянинову, отражающий отношение количества осадков за определенный период к сумме среднесуточных температур выше 10 °С за этот период.

От влажности климата зависит водный режим, окислительно-восстановительный потенциал и степень выщелоченности почв при идентичных термических условиях. Большое влияние на почвообразовательный процесс оказывает континентальность

климата, выражающаяся в том числе в очень низких зимних температурах, которые характерны для полярной, бореальной и суббореальной групп климата. Глубина зимнего промерзания почв и характер их оттаивания обусловливают термический ре_жим нижних горизонтов почв.

Сочетание температурных условий и увлажнения обусловливает тип растительности, темпы накопления и минерализации органического вещества, состав и интенсивность деятельности почвенной флоры и фауны.

От климата зависит процесс трансформации минеральных соединений в почве, аккумуляция продуктов почвообразования, развитие ветровой и водной эрозии почв.

3.2.3. Биота как фактор почвообразования

Основными группами живых организмов биологического фактора почвообразования считаются бактерии, водоросли, лишайники, простейшие, высшие растения, беспозвоночные и позвоночные животные. Каждой группе живых организмов свойственны особые функции в процессе почвообразования.

Микроорганизмы. Известно, что первичный почвообразовательный процесс начинался с поселения микроорганизмов на горных породах. Выделяемые микроорганизмами диоксид углерода, органические и минеральные кислоты и физиологически активные вещества разлагали трудно растворимые минералы, способствовали образованию легкорастворимых в воде соединений, катионы и анионы которых легко поглощаются живыми организмами.

В образовавшихся почвах находится огромное количество микроорганизмов. По данным Е. Н. Мишустина (1987), количество микроорганизмов колеблется от нескольких сотен в 1 г дерново-подзолистых почв до 3 миллиардов в черноземах. Масса микроорганизмов в черноземных почвах может составлять от 3 До 8 т/га.

Среди микроорганизмов преобладают гетеротрофные и автотрофные бактерии. Среди них есть аэробные, нуждающиеся в свободном кислороде, и анаэробные, осуществляющие жизнедеятельность без доступа свободного кислорода за счет разложения окисленных соединений. Бактерии участвуют в процессах превращения органических и минеральных соединений в почвах.

Минерализация органического вещества в почве осуществляется гетеротрофными микроорганизмами в аэробных и анаэробных условиях. Аэробные микроорганизмы с помощью выделяемых ферментов разлагают белки, жиры, углеводы и другие органические вещества растительного и животного происхождения до диоксида углерода, воды и аммиака.

Анаэробные бактерии разлагают органические вещества с образованием недооксиленных органических соединений в несколько этапов с постепенным медленным разрушением и образованием продуктов медленной минерализации.

Очень большое значение для накопления в почве доступного для растений азота имеют процессы аммонификации и нитрификации — разложение белковых соединений до аммиака и окисление аммиака до азотистой и азотной кислот. Эти процессы осуществляются аммонифицирующими и нитрифицирующими бактериями.

Велика роль микроорганизмов в процессах гумификации при разложении органических веществ. Они образуют соединения для синтеза гумусовых веществ, из которых при участии микробных тел образуются гумусовые вещества.

Некоторые группы бактерий способны усваивать молекулярный азот из атмосферы, обогащать почву соединениями азота. К ним относятся свободноживущие аэробные (Azotobacter) и анаэробные (Clostridium pasteurianum) азотфиксаторы и живущие в симбиозе с бобовыми растениями клубеньковые бактерии. Молекулярный азот способны усваивать цианобактерии.

Микроорганизмы участвуют в формировании биохимического, окислительно-восстановительного, питательного, воздушного режимов и щелочно-кислотных условий почвы. Все сказанное свидетельствует о важной роли микроорганизмов в почвообразовании и создании почвенного плодородия.

Грибы — царство гетеротрофных примитивных организмов, разнообразных по строению и образу жизни, лишенных хлорофилла и питающихся готовыми органическими веществами. Переваривание внеклеточное с помощью выделяемых ферментов и осмотического поглощения питательных веществ всей поверхностью тела гриба. Грибы минерализуют растительные остатки в почве. Их количество достигает 1 млн в 1 г почвы. Грибы выделяют органические кислоты (лимонную, щавелевую, уксусную), которые разрушают минералы, способствуют разложению органических веществ и формированию фульвокислотного гумуса.

Плесневые грибы переносят очень кислую реакцию среды до pH = 1 (Мишустин Е. Н., Емцев В. П., 1987).

Грибы играют большую роль в круговороте веществ в природе. Они разлагают органические вещества, делая их доступными для автотрофных растений, способствуют повышению почвенного плодородия. Некоторые виды грибов в симбиозе с низшими и высшими растениями способствуют снабжению их водой и минеральными элементами, получая взамен органические вещества.

Водоросли — отдел низших растений, содержащих хлорофилл и синтезирующих органические вещества. Таллом водорослей без корней и листьев от долей микрона до 60 м и более. Особое значение в почвообразовательном процессе имеют водоросли, живущие в почве (диатомовые, зеленые и др.). Количество их в 1 г окультуренной почвы может достигать до 1 млн клеток. При благоприятных условиях увлажнения и достаточном содержании минеральных веществ почвенные водоросли могут образовать до 1 т/га органического вещества в основном в поверхностном слое почвы — 10 см. Водоросли оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс, являясь источником органического вещества. Они участвуют в круговороте кальция и кремния. Диатомовые, зеленые водоросли способствуют образованию ила, осадочных пород (диатомиты, известняки). Одноклеточные водоросли в симбиозе с грибами образуют лишайники.

Лишайники — отдел царства грибов — симбиотические организмы грибов с водорослями или цианобактериями. Грибы снабжают лишайники водой и минеральными элементами, а используют органические вещества, синтезируемые водорослями и цианобактериями. Цианобактерии способны к азотфиксации. Лишайники могут жить в неблагоприятных условиях, первыми поселяются на материнских породах, создают органическое вещество. Выделения лишайников растворяют минеральные вещества, способствуя биологическому выветриванию горных пород. Первыми поселяются накипные лишайники, они являются необходимыми предшественниками появлению листоватых и кустистых лишайников. Лишайники способствуют почвообразованию, их жизнедеятельность обеспечивает образование гумуса, создает условия для поселения высших растений.

Растительность. Значение растительности в почвообразовании чрезвычайно велико и многообразно. Пронизывая корнями верхний слой почвообразующей породы, растения извлекают из

ее нижних горизонтов питательные вещества и закрепляют их ] синтезированном органическом веществе. После минерализаций отмерших частей растений заключенные в них зольные элементы отлагаются в верхнем горизонте почвообразующей породы создавая этим благоприятные условия для питания следующий поколений растений. Так, в результате постоянного создания j разрушения органического вещества в верхних горизонтах поч< вы, приобретается наиболее важное для нее свойство — накопление, или концентрация элементов зольной и азотной пицц для растений. Это явление называется биологической поглоти-^ тельной способностью почвы. >

Вследствие разложения растительных остатков в почве накаЛ пливается перегной, имеющий огромное значение в плодородии! почвы. Растительные остатки в почве являются необходимым! питательным субстратом и важнейшим условием развития мно-| гих почвенных микроорганизмов.

В процессе распада органического вещества почвы выделяются кислоты, которые, воздействуя на материнскую горную породу, усиливают ее выветривание.

Сами растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют своими корнями различные слабые кислоты, под влиянием которых труднорастворимые минеральные соединения частично переходят в растворимую, а следовательно, в усвояемую растениями форму.

Кроме того, растительный покров существенно изменяет микроклиматические условия. Например, в лесу, по сравнению с безлесными территориями, понижена летняя температура, увеличена влажность воздуха и почв, уменьшена сила ветра и испарение воды над почвой, накапливается больше снега, талых и дождевых вод — все это неизбежно отражается на почвообразовательном процессе.

В каждой природной зоне сформировались определенные биоценозы, в которых главную роль в накоплении органических веществ играют высшие растения. По предложению В. Р. Вильямса природные биоценозы называют растительными формациями. Он выделил следующие формации: деревянистые (таежные хвойные, широколиственные и влажные субтропические леса), деревянисто-травянистые (ксерофитные леса, кустарниковые ценозы, саванны), травянистые (суходольные и заболоченные луга, степи умеренного пояса, травянистые прерии), пустынные и лишайниково-моховые (тундры, верховые болота).

Перечисленные растительные формации отличаются по составу и количеству синтезируемого вещества, скорости и количеству его поступления в почву, процессам разложения органического вещества и взаимодействию продуктов разложения с минеральной частью почвы. При определении роли растительных формаций в почвообразовании учитывают следующие показатели биологического круговорота веществ: общую массу органических веществ, образованных растениями к моменту наблюдений, с разделением на корневую и надземную части; годичный прирост; годичный опад; зольный состав и содержание азота в составе всей массы растений; количество химических элементов в ежегодном приросте массы растений; отношение общего количества зольных элементов и азота в массе растений к их количеству в опаде.

Соотношение ежегодного прироста биомассы и опада в различных растительных формациях значительно различается по почвенно-климатическим зонам (табл. 5).

Таблица 5. Соотношение ежегодного прироста массы растений и опада в растительных формациях
! Ежегодный прирост биомассы, т/га	Ежегодный опад, т/га	% опада от прироста I
| Таежно-лесная зона 1
260	5,0	1.9
! Лесостепная зона
400	6,5	1,6
Степная зона
| 25	13,7	54,8
1 Сухостепная зона
L 10	4,2	410 |

Травянистая формация степной зоны синтезирует меньше биомассы, но ежегодный опад в 2 раза больше, чем в деревянистой и деревянисто-травянистой формациях.

В различных растительных формациях трансформация опада на поверхности почвы происходит по-разному. В лесу из опада листьев, хвои, веток, плодов, коры образуется лесная подстилка. Разложение лесной подстилки зависит от состава лесного ценоза, почвенной фауны и микрофлоры, климата, почвы и почвообразующей породы.

2-7126 Евтефеев

Травянистые формации синтезируют меньше органическим веществ, но за счет укороченного жизненного цикла ежегоднЦ возвращают в почву почти всю сформированную массу, богатун* азотом и зольными элементами. При этом большую часть в опаЯ де составляет корневая система. В верхней части почвы накацж ливается гумус, формируются гумусовые горизонты. ,1

Скорость разложения органических остатков и образование гумуса зависят от состава травянистой растительности и ее продуктивности, климата, рельефа местности, почвообразующей по^ роды, близости грунтовых вод. Все эти условия обусловливают образование различных типов почв под травянистыми формациями.

Важное значение для почвообразования имеют животные организмы, которых в почве очень много. Наибольшее значение имеют беспозвоночные животные, живущие в верхних почвенных горизонтах и в растительных остатках на поверхности. В процессе своей жизнедеятельности они значительно ускоряют разложение органических веществ и часто производят весьма глубокие изменения в химических и физических свойствах почвы. Большую роль играют и норные животные, такие как кроты, мыши, суслики, сурки и пр. Многократно перерывая почву, они способствуют смешиванию органических веществ с минеральными, а также повышению водо- и воздухопроницаемости почвы, что усиливает и ускоряет процессы разложения в почве органических остатков. Также они обогащают почвенную массу продуктами своей жизнедеятельности.

Растительность служит пищей для различных травоядных животных, поэтому, прежде чем попасть в почву, значительная часть органических остатков подвергается существенной переработке в пищеварительных органах животных.

3.2.4. Рельеф как фактор почвообразования

Рельеф оказывает косвенное влияние на формирование почвенного покрова. Его роль сводится в основном к перераспределению тепла и увлажнения. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенные изменения температурных условий (с высотой становится холоднее). С этим связано явление вертикальной зональности в горах. Сравнительно небольшие изменения высоты сказываются на перераспределении

атмосферных осадков: пониженные участки, котловины и западины всегда в большей мере увлажняются, чем склоны и повышения. Экспозиция склона определяет количество поступающей _на поверхность солнечной энергии: южные склоны получают больше света и тепла, чем северные. Таким образом, особенности рельефа изменяют характер воздействия климата на процесс почвообразования. Очевидно, что в различных микроклиматических условиях процессы почвообразования будут идти по-разному. Большое значение в формировании почвенного покрова имеет и систематический смыв и перераспределение атмосферными осадками и талыми водами мелкоземельных частичек по элементам рельефа. Велико значение рельефа в условиях обильного выпадения осадков: участки, лишенные естественного стока излишней влаги, очень часто подвергаются заболачиванию.

По положению на рельефе, характеру перераспределения осадков, глубине нахождения грунтовых вод выделяют следующие группы почв, которые называют рядами увлажнения.

1. Почвы автоморфного ряда формируются на ровных поверхностях и склонах со свободным стоком поверхностных вод при глубоком нахождении грунтовых вод (глубже 4—6 м).

2. Почвы полугидроморфного ряда формируются при кратковременном застое поверхностных вод или возможном подпитывании корней растений грунтовыми водами, находящимися на глубине 3—4 м.

3. Почвы гидроморфного ряда формируются в условиях длительного поверхностного застоя вод или при нахождении грунтовых вод на глубине менее 3 м, которые могут подниматься по капиллярам до поверхности почвы.

Рельеф оказывает большое влияние на развитие эрозионных процессов. На склоновых формах рельефа возможно проявление водной эрозии почвы, на равнинах с засушливым климатом — ветровой эрозии.

3.2.5. Возраст почв

Почва — природное тело, находящееся в постоянном развитии, и тот вид, который сегодня имеют все существующие на Земле почвы, представляет собой лишь одну из стадий в длительной и непрерывной цепи их развития, а отдельные теперешние почвенные образования в прошлом представляли другие

формы и в будущем могут подвергнуться существенным превра* щениям даже без резких изменений внешних условий. щ

Различают абсолютный и относительный возраст почв. Абсо4 лютным возрастом почв называют промежуток времени, прошедшей с момента возникновения почвы до нынешней стадии ее развития. Почва возникла тогда, когда материнская порода вышла на дневную поверхность и стала подвергаться процессам почвообразования. Например, в Северной Европе процесс современного почвообразования стал развиваться после окончания последнего ледникового периода. ...