Сущность почвообразовательного процесса, биологический круговорот веществ

Происхождение и состав минеральной части почвы. Почва, как уже отмечалось, состоит из минеральных, органических и органоминеральных веществ при значительном преобладании минеральных (80—90% почвенной массы).

Минералы и горные породы, слагающие земную кору, представляют собой различные химические соединения — соли кислот (кремниевой, серной, фосфорной и др.), окислы (кремния, железа, алюминия и др.) и самородные элементы. В составе этих соединений содержатся элементы питания растений Р, К, S, Са, Mg и другие, но в труднорастворимой форме. Содержание азота в них не превышает 0,03%, и встречается он лишь в осадочных породах.

Образование почв из горных пород происходит под воздействием двух процессов, протекающих на земной поверхности, — выветривания и почвообразования.

Выветривание — процесс разрушения и изменения горных пород и слагающих их минералов в термодинамических условиях земной поверхности. Разрушение горных пород происходит под действием атмосферы (колебание температуры, вода, ветер и др.) и биосферы (углекислый газ, организмы). В зависимости от действия преобладающих факторов различают три типа выветривания: физическое, химическое и биологическое.

В процессе выветривания из массивной горной породы образуется рыхлая почвообразующая порода, и зольные элементы питания из труднорастворимого состояния переходят в растворимые, доступные растениям. Но они подвергаются действию атмосферных осадков, вымываются ими, переносятся поверхностными и грунтовыми водами с суши в моря и океаны, где полностью или частично осаждаются, участвуют в образовании осадочных горных пород. Могут пройти целые геологические эпохи, пока осадочные породы станут сушей и вновь подвергнутся выветриванию. Этот круговорот веществ, совершающийся между сушей и океаном, называют большим, или геологическим, круговоротом веществ.

Почвообразовательный процесс. Начало почвообразовательного процесса — поселение растений и микроорганизмов на продуктах выветривания горных пород. Почвообразовательный процесс имеет длительную историю и связан с эволюцией растительного и животного мира на Земле. По А. А. Роде, почвообразовательный процесс — это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в земной толще. Каждому из этих явлений противостоит другое, противоположное по своей сущности.

Различают следующие процессы, протекающие одновременно и взаимосвязано, в результате которых из горной породы образуется новое самостоятельное природное тело — почва: 1) разложение минералов горных пород и образование новых минералов, а также элементов зольного питания растений в доступных формах; 2) создание органического вещества (на поверхности породы и в ее верхних слоях), его разложение, синтез новых органоминеральных соединений в процессе гумификации и их разрушение, аккумуляция и освобождение элементов зольного и азотного питания; 3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием органоминеральных соединений разной степени подвижности; 4) перемещение и осаждение в почвенной толще различных продуктов почвообразования — минеральных, органических и органоминеральных; 5) поступление влаги в почву и ее возврат в атмосферу (транспирация и испарение); 6) поглощение лучистой энергии солнца почвой, ее нагревание и излучение энергии, сопровождаемое охлаждением, и другие.

Большая часть перечисленных процессов протекает при участии живых организмов — растений и микроорганизмов. Корни высших растений проникают в породу на значительную глубину, охватывают большой объем породы, извлекая из ее толщи элементы зольной пищи (фосфор, калий, серу и др.) и азот (его присутствие в породе связано с биохимической деятельностью микроорганизмов).

Зеленые растения обладают избирательной поглотительной способностью. Сущность ее заключается в том, что корни растений усваивают химические элементы из почвенного раствора с минимальным содержанием наиболее важных для организмов веществ в присутствии больших количеств остальных соединений. Корни растений как бы переносят элементы питания из нижних горизонтов породы в верхние. Используя углекислый газ воздуха, воду, зольные элементы, азот, лучистую энергию солнца, растения синтезируют органическое вещество.

Наряду с созданием (синтезом) органического вещества происходит его разрушение (под воздействием микроорганизмов) с образованием новых минеральных соединений, доступных для следующих поколений растений. Таким образом, между растениями и почвообразующими породами, а затем и почвами возникает круговорот зольных элементов и азота. В результате его действия в верхнем слое почвы происходит постепенное накопление элементов минерального и азотного питания растений — одного из факторов плодородия. Этот круговорот, по предложению В. Р. Вильямса, был назван малым биологическим круговоротом вещества. Биологический круговорот развивается на фоне геологического. Часть питательных элементов, не использованных растением, может вымываться и поступать в большой геологический круговорот и, наоборот, с помощью растений элементы питания из большого геологического круговорота могут поступать в малый биологический.

В основе почвообразовательного процесса лежит малый биологический круговорот веществ. Органические остатки, которые накапливаются после отмирания растений на поверхности породы или в ее верхних слоях, минерализуются не полностью, часть их в процессе гумификации превращается в гумус, который содержит все элементы питания. Накопление гумуса в верхних слоях и взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью породы приводят к образованию почвы. Гумус содержится только в почвах и его нет в почвообразующих породах.

Таким образом, сущность почвообразовательного процесса заключается в создании (синтезе) органического вещества и его разрушении, а также во взаимодействии минеральной части породы и почвы с продуктами разложения органических остатков и гумусовыми веществами.