Почвообразование – это сложный природный процесс образования почвы из горной породы под воздействием факторов почвообразования в пределах биогеосферы Земли.

Почвообразование – важное звено в процессе геологического и биологического круговорота вещества и энергии. Геологический круговорот – это процесс переноса веществ с суши в океан и обратно. Биологический круговорот – это совокупность процессов обмена веществом и энергией между почвой, материнской горной породой, атмосферой и биотой.

Почвообразование – это специфический биосферный процесс, в результате которого почва приобретает ряд специфических характеристик, отсутствующих в материнской почвообразующей породе и отличающих почву от всех других компонентов биосферы. К числу наиболее существенных характеристик такого рода относят наличие в почве специфического органического вещества – почвенного гумуса и биофильных элементов. Биофильные элементы – это элементы, которые живые организмы поглощают из геохимической среды организмами и используют их в процессах обеспечения жизни. К ним относятся: макроэлементы - N, С, О, Н, Са, Mg, Na, К, Р, S, Cl, Si, Fe и микроэлементы - Сu, Со, Mn, Zn, V, Ni, Mo, Sr, В, Se, F, Br, I.

В результате почвообразования почва приобретает специфическое строение. Почвенный профиль представляет собой систему горизонтов , более или менее параллельных дневной поверхности, формирование которых обусловлено механизмами почвообразования.

Основные факторы почвообразования

Почвообразовательный процесс протекает под влиянием внешних по отношению к почве природных условий – факторов почвообразования. Факторы почвообразования следует разделить на два типа: природные (естественные) и антропогенные (искусственные).

Природные (естественные) факторы.

Выделяют шесть природных факторов почвообразования:

1. материнские, или почвообразующие горные породы;

2. климат;

3. рельеф;

4. растения и живые организмы;

5. земное тяготение

Все природные факторы являются равнозначными. Каждый из них оказывает свое специфическое влияние на почвообразование и без участия какого-либо из них почвообразование невозможно.

Почвообразующая порода является той основой, из которой формируется почва. Минеральная часть в подавляющем большинстве почв составляет 90 –95% почвенной массы. Выделяют две основные функции материнской горной породы в почвообразовании: формирование состава почвенных масс и подстилающей породы. Состав горных пород определяет химический, минералогический, гранулометрический состав будущих почв (рис. 2.2.), например, наиболее богатые почвы формируются на карбонатных суглинках, а на песках они беднее, однако теплее и лучше аэрированы. Порода в значительной степени определяет и скорость почвообразования. Материнские породы на территории России большей частью представлены четвертичными осадочными смешанными горными породами.

Рисунок 2.2. Функции и роль почвообразующей горной породы в формировании почв.

Климатический фактор определяет обеспеченность почвообразования влагой (атмосферные осадки) и энергией (солнечная радиация – свет и тепло). Климат на различных широтах земного шара различен. Различают арктический, субарктический, умеренный, субтропический и тропический климат. В соответствии с климатическими условиями различают и растительные зоны, отличающиеся количеством растительного органического вещества, и, соответственно, скоростью и продолжительностью биологического круговорота и тип процесса почвообразования. Благоприятные для жизни гидротермические условия обеспечивают протекание в почве процессов, влияют на сообщества растительных и животных организмов, увеличивая их продуктивность, что в конечном итоге влияет на интенсивность почвообразования. Известно, что при повышении температуры на 10 о С скорость химических реакций увеличивается в 2–4 раза (правило Вант-Гоффа) (табл. 2.1.).

Таблица 2.1. Суммы активных температур в различных географических поясах

*Сумма активных температур – показатель, характеризующий количество тепла и выражающийся суммой средних суточных температур воздуха или почвы, превышающий определённый порог: 0, 5, 10 о С или биологический минимум температуры, необходимой для развития растения. Например, потребность некоторых культур в тепле: яровая пшеница 1200–1700; овёс –1000÷1600; просо – 1410÷1950; гречиха – 1200÷1400; кукуруза – 1100÷2900; картофель – 1200÷1800.

Водный режим географических поясов определяют по отношению среднегодовой суммы осадков к годовой испаряемости – так называемый коэффициент увлажнения (КУ) Г.Н. Высоцкого-Н.Н. Иванова. Он является наиболее объективным показателем атмосферного увлажнения. При КУ >1 увлажнение избыточное (наблюдается в высоких широтах – примерно к северу и к югу от 50-й параллели), а при КУ<1 – недостаточное увлажнение (например, в пустынях КУ практически приближается к нулю).

Рельеф определяется характером чередования пониженных и повышенных участков суши. Различают три вида рельефа: микрорельеф (колебания высот до нескольких метров); мезорельеф (колебания высот до нескольких десятков метров); макрорельеф (колебания высот от нескольких десятков до нескольких сот метров). Влияние рельефа связано с количеством поступающего на поверхность почвы света, тепла и влаги. На степень освещения и нагрева почв влияет угол уклона рельефа, экспозиция уклона, крутизна (на южном склоне больше тепла, чем на северном). Рельеф перераспределяет полученную из атмосферы воду. Больше всего воды поступает в низинную часть рельефа. Все поднятия на земле – положительные элементы рельефа, на них меньше всего влаги. Обычно сверху находится грубая механическая порода (валуны, камень, гравий), снизу более мелкий и тонкий механический состав (суглинки, лёсы). Положительные элементы рельефа не участвуют в процессах почвообразования путём грунтовых вод, а отрицательные участвуют. Рельеф оказывает влияние на климатические условия, а соответственно на жизнь растений, животных, микроорганизмов, на перераспределение тепла и влаги, что сказывается на процессах почвообразования в целом. Кроме этого рельеф обусловливает перемещение почвенных масс по склону в результате эрозионных и аккумулятивных процессов.

Функции растительных и живых организмов в почвообразовании весьма разнообразны. Почвообразование является биогенным процессом, и оно начинается с момента появления растений и живых организмов на массивно-кристаллических или осадочных породах. Растительные и живые организмы являются единственным источником органического вещества, которое служит материалом для образования почвенного гумуса. Другая важная функция организмов базируется на способности живого вещества к избирательному поглощению элементов из почв. Благодаря этому свойству организмы в существенной степени определяют химический состав почв.На рис. 2.2. представлены растительные и живые организмы, без участия которых невозможен почвообразовательный процесс.

Зеленые низшие и высшие растения используют в процессе роста радиационную энергию Солнца, вовлекая в биологический круговорот огромное количество химических элементов, ежегодно формируя около 233 млрд. т органического вещества на поверхности и внутри почвы. Корни растений чисто механически разрыхляют почву, увеличивая водо- и воздухопроницаемость пород, изменяют своими выделениями свойства материнских пород, что способствует развитию микроорганизмов.

Микроорганизмы за счет выделяемых ими ферментов разлагают органические вещества и образуют органо-минеральные соединения – гумус. По данным Е.Н. Мишустина (1987) количество микроорганизмов колеблется от нескольких сотен в 1 г дерново-подзолистых почв до 3 миллиардов в черноземных почвах. Масса микроорганизмов может составлять от 3 до 8 т/га в черноземных почвах.

Грибы разлагают клетчатку, лигнин и другие органические вещества почвы и также способствуют образованию гумуса.

Дождевые черви (живут на глубинах до 12 м), проделывая ходы в почве, рыхлят и аэрируют ее, что способствует развитию корневой системы растений, кроме того, перерабатывая органические остатки, образуют гумус. За один год черви, живущие на 1 га способны переработать до 100 т органических остатков и перемешать ~120 т земли.

Насекомые и животные также активно разрушают органическое вещество, минерализуют его и, тем самым, выступают посредниками в обмене между почвой, атмосферой, обеспечивая круговорот элементов питания.

Земное тяготение. А.А. Роде и В.Н. Смирнов считают гравитационное поле Земли фактором, который определяет нисходящий процесс передвижения жидких и твердых веществ.

Время . Возраст почв исчисляется с начала почвообразовательного процесса. Почва – природное, постоянно изменяющееся природное тело. Считается, что тот вид, который сегодня имеют все существующие на Земле почвы, представляет собой лишь одну из стадий в длительной и непрерывной цепи их эволюции, а отдельные теперешние почвенные образования, в прошлом представляли другие формы и в будущем могут подвергнуться существенным превращениям даже без резких изменений внешних условий.

Различают абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютным 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.

Однако в пределах разных частей суши, которые одновременно освободились от водного или ледникового покрова, почвы далеко не всегда будут иметь в каждый данный момент одну и ту же стадию своего развития. Причиной этого могут быть различия в составе почвообразующих пород, в рельефе, растительности и других обстоятельствах. Относительным возрастом почв называют различие в стадиях развития почв на одной общей территории, имеющей одинаковый абсолютный возраст.

Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий – от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. (Согласно данным, Л. Александровского увеличение мощности гумусового горизонта до 15 см происходит приблизительно за 100 лет). Возраст территории вообще и почвы в частности, а также изменения условий почвообразования в процессе их эволюции оказывают существенное влияние на строение, свойства и состав почвы. При сходных географических условиях почвообразования почвы, имеющие неодинаковые возраст и историю, могут существенно различаться и принадлежать к разным классификационным группам.

Итак, можно констатировать, что все естественные факторы почвообразования взаимосвязаны и действуют одновременно, оказывая влияние не только на интенсивность биологического круговорота и почвообразования, но и друг на друга. Так, изменение микроклиматических условий может вызвать смену растительного покрова и почв. Почвы в свою очередь могут оказать воздействие на смену растительности и изменить микроклиматическую обстановку

Антропогенные (искусственные) факторы . Влияние хозяйственной деятельности человека на почвообразование проявляется в регулировании состава и характера растительности, изменении свойств самих почв и процессов, протекающих в них. На огромных лесных и сельскохозяйственных территориях производят механизированную обработку почв, при которой уничтожается естественная растительность, эксплуатируются леса, проводятся мелиоративные работы, вносятся органические, бактериальные и минеральные удобрения. Происходит изменение естественных физических и химических свойств почв, приостанавливаются нежелательные для человека направления процессов почвообразования, изменяются биологические свойства. При увеличении, например, содержания кальция (известковании) в почве становится больше органического вещества, меняется реакция среды, возрастает количество микроорганизмов и элементов питания; в результате повышается плодородие почвы. Осушение приостанавливает болотный процесс, а орошение в засушливых районах создает условия для накопления органического вещества в почвах, повышая плодородие почв и урожай растений.

В результате хозяйственной деятельности человека изменяются характер и интенсивность биологического круговорота веществ, почвы дополнительно получают органическое вещество и элементы питания, формируется мощный пахотный горизонт, создаются окультуренные почвы с повышенным плодородием. Различной хозяйственной деятельностью охвачено 500 млн. га земель. Однако применение неправильных приемов ведения хозяйства вызывает развитие неблагоприятных почвообразовательных процессов: заболачивания, засоления, разрушения органического вещества и потери элементов питания.

Сейчас школьникам часто дают полезные и интересные задания. Но иногда справиться с ними самостоятельно детям довольно сложно, вот и слышу я частенько: «Мама, помоги!» Вот так недавно пришлось делать с ребенком презентацию о связи живых организмов и почвы, может быть для кого-то из вас данный материал окажется полезным.

Роль животных в образовании почвы

Почва - это природное тело, созданное с помощью деятельности живых организмов. Три основные группы организмов, участвующие в почвообразовании - это животные, зеленые растения и микроорганизмы.

Почву населяет большое количество животных. Их можно разделить на три группы:

• постоянные жители почвы (дождевые черви, многохвостки);
• проводящие в почве только одну из фаз своей жизни (куколки насекомых, комары-долгоносики);
• животные, посещающие почву для временного укрытия (норные животные, жуки).

Какова же их роль? Большинство животных используют крупные органические остатки для питания, в процессе чего остатки измельчаются, разрушаются и перевариваются, тем самым подготавливаются к дальнейшей микробиологической переработке. Также животные проделывают большую механическую работу в почве. Перемещаясь в ней, они образуют каналы, по которым затем происходит перемещение воздуха, воды и тепла с поверхности внутрь почвы. Еще животные представляют собой источник органики.

Участие растений и микроорганизмов в образовании почвы

Существенный вклад в образование почвы вносят зеленые растения. Они синтезируют органические вещества с помощью солнечной энергии из углекислого газа, минеральных веществ и воды. После того, как растения отмирают, эти вещества попадают в почву, обогащая ее питательными веществами и энергией.

Растительные и животные останки, попавшие в почву, разлагаются микроорганизмами на простые компоненты (газы, воду, минеральные соединения). Кроме этого, микроорганизмы энергично изменяют и минеральную составляющую. От их деятельности зависит плодородие почвы. Наиболее распространенные микроорганизмы - это бактерии. Кроме этого в почве есть водоросли, грибы, лишайники.

В почвообразовании участвуют три группы организмов  зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы.

Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны.

ЗЕЛЕНЫЕ РАСТЕНИЯявляются единственным первоисточником органических веществ в почве, и основной функцией их как почвообразователей следует считать биологический круговорот веществ  поступление из почвы элементов питания и воды, синтез органической массы и возврат ее в почву после завершения жизненного цикла. Следствием биологического круговорота является аккумуляция потенциальной энергии и элементов азотного и зольного питания растений в верхней части почвы, обусловливающая постепенное развитие почвенного профиля и основного свойства почвы  ее плодородия. Зеленые растения участвуют в трансформации минералов почвы  разрушении одних и синтезе новых, в формировании сложения и структуры всей корнеобитаемой части профиля, а также в регулировании водно-воздушного и теплового режимов. Характер участия зеленых растений в почвообразовании различен в зависимости от типа растительности и интенсивности биологического круговорота.

МИКРООРГАНИЗМЫ. Основными функциями МО являются разложение остатков и почвенного гумуса до простых солей, используемых растениями, участие в образовании гумусовых веществ, в разрушении и новообразовании почвенных минералов. Важное значение имеет также способность некоторых групп МО к фиксации атмосферного азота.

ЖИВОТНЫЕ (простейшие, беспозвоночные и позвоночные).

Простейшие – жгутиковые, корненожки и инфузории. Роль простейших в почвенных процессах не выяснен. Возможно, что простейшие, поедая старые бактериальные клетки, облегчают размножение оставшихся и приводят к появлению значит. числа более молодых биологически активных особей.

Дождевые черви . Их роль разнообразна – улучшают физические свойства, структуру почвы и ее химический состав.

Проделывая ходы и норки, они улучшают физические свойства почвы: повышают ее пористость, аэрацию, влагоемкость и водопроницаемость. Обогащают почвы капролитами, что способствует росту количества гумуса, увеличению суммы обменных оснований, снижению кислотности почв и более водопрочной структуре.

Насекомые (жуки, муравьи и др.). Проделывая в почве многочисленные ходы, они разрыхляют почву и улучшают ее физические и водные свойства. Насекомые, активно участвуя в переработке растительных остатков, обогащают почву гумусом и минеральными веществами.

Позвоночные животные (грызуны) – роют в почвенной толще норы, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли.

Современное представление о гумусообразовании

Процесс превращения органических остатков в почве называется гумусообразованием, итогом которого является образование гумуса .

Превращение органических остатков в гумус совершается в почве при участии микроорганизмов, животных, кислорода воздуха и воды.

Превращение органических остатков в гумус (гумусообразование) является совокупностью процессов разложения исходных органических остатков, синтеза вторичных форм микробной плазмы и их гумификации. Схема по Тюрину:

Процессы разложения и минерализации органических остатков носят биокаталитический характер и протекают по следующей схеме при участии ферментов, выделяемых микроорганизмами.

Основное положение всех гипотез о гумификации  представление о гумификации как о системе реакций конденсации или полимеризации мономеров  относительно простых промежуточных продуктов разложения  аминокислот, фенолов, хинонов и т.д. (А.Г. Трусов, М.М. Кононова, В. Фляйг, Ф. Дюшофур).

Иная гипотеза гумификации была предложена в 30-х годах текущего столетия И.В. Тюриным. Он считал, что основной чертой гумификации являются реакции медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. К веществам, легко гумифицирующимся в почве, И.В. Тюрин относил белки растительного и микробного происхождения, лигнин, дубильные вещества.

Гипотеза И. В. Тюрина получила подтверждение и дальнейшее развитие в работах Л.Н. Александровой и ее сотрудников. Исследования показали, что гумификация является сложным био-физико-химическим процессом превращения высокомолекулярных промежуточных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений  гумусовые кислоты. Гумификация  длительный процесс, в течение которого происходит постепенная ароматизация молекул гуминовых кислот не за счет конденсации, а путем частичного отщепления наименее устойчивой части макромолекулы новообразованных гуминовых кислот.

Гумификация развивается не только в почвах, но и на дне водоемов, в компостах, при формировании торфа, угля, т.е. везде, где накапливаются растительные остатки и создаются условия, благоприятные для жизнедеятельности микроорганизмов и развития этого процесса, очень широко распространенного в природе.

Условия, влияющие на процесс почвообразования и гумусообразования:

водно-воздушный и тепловой режимы почв,

состав и характер поступления растительных остатков,

видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов,

механический состав,

физико-химические свойства почвы.

В аэробных условиях при достаточном количестве влаги (60-80% полной влагоемкости), и благоприятной температуре (25-30°С) органические остатки разлагаются интенсивно, интенсивно идет минерализация промежуточных продуктов разложения и гумусовых веществ. В результате в почве накапливается мало гумуса и много элементов зольного и азотного питания растений (например, в сероземах и других почвах субтропиков).

Анаэробные условия тормозят процесс разложения и минерализации, активно идут процесс гумификации, в результате которых образуются устойчивые гумусовые вещества.

Гумусовые вещества возникают из белков, лигнина, дубильных вещества др. компонентов растительных, животных и микробных остатков.

На гумусообразование влияет химический состав разлагающихся органических остатков и видовой состав почвенных микроорганизмов, интенсивность их жизнедеятельности.

На гумусообразование влияет механический состав и физико-химические свойства почв:

в песчаных и супесчаных почвах  хорошая аэрация, быстрое разложение органических остатков и минерализация остатков и гуминовых веществ;

в глинистых и суглинистых почвах  процесс разложения органических остатков замедляется, гумусовых веществ образуется больше.

РАЗДЕЛ 3. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ. ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА

§38. РОЛЬ ОРГАНИЗМОВ В ПРЕОБРАЗОВАНИИ ОБОЛОЧЕК ЗЕМЛИ

Какие организмы участвуют в процессах почвообразования и откладывании осадочных пород? Что такое гумус?

Живые организмы участвуют в процессах отложения осадочных пород, почвообразовании, формировании атмосферы. Таким образом, они активно влияют на формирование оболочек Земли.

Какова роль живых организмов в образовании осадочных пород? Осадочные породы формируются на дне водоемов в результате наслоений разных нерастворимых соединений преимущественно биогенного происхождения. В создании осадочных пород принимают участие те живые существа, которые накапливают в течение всей жизни в своих скелетах, раковинах, панцирях и др соединения кальция, кремния, фосфора и другие. Из остатков этих организмов (диатомовых водорослей, фораминифер, радиолярий, моллюсков, коралловых полипов и др.) возникают разнообразные осадочные породы (известняк, мел, кремнезем, диатомиты, радіолярити) значительной толщины (рис. 153, 154).

Залежи мела и известняков образовывались в течение всего периода исторического развития биосферы. В результате накопления на дне морей ракушек и скелетов отмерших организмов образуется известняковый ил. В его толще происходят химические процессы, которые в условиях повышенного давления обусловливают образование мела или известняка. Геологические процессы, происходившие на нашей планете, приводили к тому, что те или другие части материков опускались, а определенные участки морского дна поднимались. Вследствие этого происходило перераспределение площади суши и гидросферы, а также возникали горные хребты из известняка (Пиренеи, Альпы, Гималаи, Кавказские горы и тому подобное).

В накоплении кремнеземових осадочных пород принимали участие радиолярии и диатомовые водоросли. Радіолярити (осадочные породы, образованные преимущественно из внутриклеточных скелетов радиолярий) представлены кремневыми глинами, месторождениями полудрагоценных камней (яшмы, опала, халцедона). Преимущественно с радіоляритів образован остров Барбадос в Карибском море. Залежи фосфоритов и апатитов (соли фосфатных кислот, которые используют в качестве удобрения и сырье для промышленности) образованы остатками особых групп морских животных, имевших раковины из фосфата кальция.

Рис. 153. Диатомовые водоросли, которые участвуют в образовании осадочных пород

Каменный (из останков ископаемых высших споровых растений), бурый (ископаемых голосеменных) уголь и торф (из остатков мохообразных) образовались за особых условий соответствующего периода. Залежи железной руды формировались на протяжении всего существования биосферы вследствие жизнедеятельности хемотрофних железобактерий. Есть гипотезы относительно биогенного происхождения нефти, природного газа и других полезных ископаемых.

Живые организмы принимают участие и в процессах разрушения горных пород. Например, лишайники, поселяясь на скалах, выделяют органические кислоты, разрушающие минералы. Лишайники и другие организмы могут разрушать горные породы и механическим воздействием. Например, гифы грибов, которые входят в состав лишайника, корни и ризоїди растений проникают в трещины скал, расширяя их. Это, в свою очередь, способствует проникновению в эти трещины воды, что приводит к растворению горных пород, которые становятся хрупкими и разрушаются.

Какова роль живых организмов в процессах почвообразования? Мы уже упоминали, что без разнообразного мира живых существ, населяющих почву, его формирование было бы невозможно. А отсутствие почвы устранила бы формирование и функционирование наземных биогеоценозов.

Влияние обитателей почвы, а также ветра, воды, воздуха и климатических факторов обеспечивает протекание процессов почвообразования. Во время этих процессов происходят сложные превращения и перемещения различных соединений в верхнем слое литосферы. Процессы почвообразования способствуют сохранению и повышению плодородия фунтов - способности обеспечивать потребности растений в элементах питания, воде, а также кислороде, необходимом для дыхания их подземных частей.

Рис. 154. Организмы, которые участвуют в образовании осадочных пород:

1 - радіолярія; 2 - моллюск - наутилус; 3 - морской гребешок;

4 - устрица

Рис. 155. Организмы - ґрунтоутворювачі: 1,2 - кольчатые черви;

3 - черевоногий моллюск; 4 - жук-навозник

Обитатели почвы влияют на его физические, химические и биологические свойства. Так, корневые системы растений улучшают его шпаристість, что влияет на поступления в почву кислорода, растворов солей. Живые и отмершие подземные части растений обогащают почву органикой, служат кормовой базой для почвенных животных, грибов, бактерий. Некоторые из микроорганизмов, которые обитают в почве в свободном состоянии или вступают в симбиоз с высшими растениями (азотфіксуючі бактерии, цианобактерии, некоторые водоросли), как вам уже известно, способны фиксировать атмосферный азот и обогащать им почву, повышая ее плодородие. На структуру и плодородие почв влияет и деятельность определенных групп животных (дождевые черви, насекомые, кроты, слепыши): прокладывая ходы в почве, они улучшают его шпаристість. Животные также обогащают почву органикой, вместе с грибами и бактериями обеспечивают процессы минерализации (то есть разлагают органику до неорганических соединений, которые способны усваивать растения).

Остатки организмов (прежде всего растений), попадая на поверхность почвы, образуют слой подстилки. В подстилке при активном участии живых организмов одновременно происходят как процессы минерализации, так и синтеза органических веществ, входящих в состав гумуса. В образовании гумуса принимают участие различные организмы: беспозвоночные животные, грибы, бактерии (рис. 155). Следовательно, запасы гумуса в почве - это результат различных процессов синтеза, разложения и накопления органических веществ, преимущественно растительного происхождения.

Как живые организмы влияют на газовый состав атмосферы? В начале образования биосферы газовый состав атмосферы значительно отличался от современного: в ней было много водяного пара, углекислого газа, аммиака, сероводорода, метана, однако не было свободного кислорода и озонового экрана. Поэтому солнечные ультрафиолетовые лучи легко достигали поверхности Земли. Вследствие этого жизнь длительное время могло существовать только в водной среде, поскольку вода поглощает эти лучи. Но благодаря деятельности фото - синтезирующих цианобактерий газовый состав атмосферы постепенно изменялся: снижалась концентрация аммиака, углекислого газа, метана и др; появился свободный кислород. Примерно 2-3 млрд лет назад его концентрация в атмосфере достигла современной, благодаря чему сформировался озоновый экран. Это создало предпосылки выхода жизни на сушу.

Вы уже знаете, что атмосферный кислород имеет фотосинтетичне происхождения. Растительность Земли ежегодно поглощает примерно 1,7 108 тонн углекислого газа и выделяет почти 1,2 108 тонн кислорода, который используют в процессе дыхания аэробные организмы. Однако на соотношение содержания в атмосфере кислорода и углекислого газа негативно влияет хозяйственная деятельность человека (загрязнение атмосферы промышленными выбросами, интенсивное сжигание энергоносителей и тому подобное), которая приводит к снижению в атмосфере концентрации кислорода и повышение углекислого газа. Вследствие этого возникает так называемый тепличный эффект: высокая теплоемкость углекислого газа уменьшает излучение тепла поверхностью Земли, что приводит глобальное потепление климата. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания организмов, а также вследствие разложения органического вещества живыми существами.

Организмы влияют и на концентрацию в атмосфере азота. Он связывается азотфиксирующими бактериями, цианобактерями, а возвращается в атмосферу в результате процессов расщепления органических соединений или денитрификации преимущественно в виде аммиака. Деятельность организмов способствует поступлению в атмосферу сероводорода, метана и некоторых других газов.

Биологический фактор почвообразования - В почвообразовании участвуют три группы организмов - зеленые растения, микроорганизмы и животные, составляющие сложные биоценозы.

Растительность. Растения являются единственным первоисточником органических веществ в почве. Основной функцией их как почвообразователей следует считать биологический круговорот веществ - синтез биомассы за счет углекислого газа атмосферы, солнечной энергии, воды и минеральных соединений, поступающих из почвы. Биомасса растений в виде корневых остатков и наземного опада возвращается в почву. Характер участия зеленых растений в почвообразовании различен и зависит от типа растительности и интенсивности биологического круговорота (табл. 5.1).

Все живые организмы на Земле образуют биологические сообщества (ценозы) и биологические формации, с которыми неразрывно связаны процессы образования и развития почв,

Учение о растительных формациях с точки зрения почвоведения было разработано В. Р. Вильямсом. В качестве основных критериев для разделения растительных формаций им были приняты такие показатели, как состав растительных группировок, особенности поступления в почву органического вещества и характер его разложения под воздействием микроорганизмов при различном соотношении аэробных и анаэробных процессов.

В настоящее время при изучении роли растительных ценозов в почвообразовании дополнительно учитывается характер и интенсивность биологического круговорота веществ; Это позволяет расширить учение о растительных формациях с точки зрения почвоведения и дать более детальное их разделение.

Согласно Н. Н. Розову, различают следующие основные группы растительных формаций:

1. деревянистая растительная формация: таежные леса, широколиственные леса, влажные субтропические леса и ливневые тропические леса;
2. переходная деревянисто - травянистая растительная формация: ксерофитные леса, саванны;
3. травянистая растительная формация: суходольные и заболоченные луга, травянистые прерии, степи умеренного пояса, субтропические кустарниковые степи;
4. пустынная растительная формация: растительность суббореального, субтропического и тропического почвенно - климатических поясов;
5. лишайниково - моховая растительная формация: тундра, верховые болота.

Лесная растительность - это многолетняя растительность, поэтому ее остатки поступают в основном на поверхность почвы в виде наземного опада, из которого формируется лесная подстилка. Водорастворимые продукты разложения поступают в минеральную толщу почвы. Особенностью биологического круговорота в лесу является длительная консервация значительного количества азота и зольных элементов питания растений в многолетней биомассе и выключение их из ежегодного биологического круговорота. В различных природных условиях формируются разные типы леса, что и определяет характер почвообразовательного процесса, а следовательно, и тип формирующихся почв.

Травянистая растительность образует в почве густую сеть тонких корней, переплетающих всю верхнюю часть почвенного профиля, биомасса которых обычно превышает биомассу наземной части. Поскольку наземная часть травянистой растительности отчуждается человеком и поедается животными, то основным источником органического вещества в почве под травянистой растительностью являются корни. Корневые системы и продукты их гумификации оструктуривают верхнюю корнеобитаемую часть профиля, в которой постепенно формируется гумусовый горизонт, богатый элементами питания. Интенсивность процессов определяется природными условиями, так как в зависимости от типа травянистых формаций количество образующейся биомассы и интенсивность биологического круговорота различны. Поэтому в разных природных условиях под травянистой растительностью образуются различные почвы. Мохово - лишайниковая растительность характеризуется тем, что при большой влагоемкости имеет малую активность в биологическом круговороте. Это является причиной консервации отмирающих растительных остатков, которые при достаточной и избыточной влажности превращаются в торф, а при постоянном иссушении легко развеваются ветром.

Микроорганизмы. (Роль микроорганизмов в почвообразовании не менее значительна, чем роль растений. Несмотря на малые размеры, они в силу своей многочисленности имеют огромную суммарную поверхность и потому активно соприкасаются с почвойу По данным Е. Н. Мишустина, на 1 га пахотного слоя почвы площадь активной поверхности бактерий достигает 5 млн м 2 . Вследствие кратковременности жизненного цикла и высокой размножаемости микроорганизмы сравнительно быстро обогащают почву значительным количеством органического вещества) По подсчетам И. В. Тюрина, ежегодное поступление в почву сухого микробного вещества может составлять 0,6 тга. (Эта биомасса, богатая протеинами, содержащая много азота, фосфора, калия, имеет большое значение для почвообразования и формирования плодородия почвы.

Микроорганизмы являются тем активным фактором, с деятельностью которого связаны процессы разложения органических веществ и превращения их в почвенный перегной. Микроорганизмы осуществляют фиксацию атмосферного азота. Они выделяют ферменты, витамины, ростовые и другие биологические вещества. От деятельности микроорганизмов зависит поступление в почвенный раствор элементов питания растений, а следовательно, плодородие почвы.

Наиболее распространенным видом микроорганизмов почв являются бактерии. Их количество колеблется от нескольких сотен тысяч до миллиардов в 1 г почвы. В зависимости от способа питания бактерии подразделяют на гетеротрофные и автотрофные.

Гетеротрофные бактерии используют углерод органических соединений, разлагая органические остатки до простых минеральных соединений.

Автотрофные бактерии усваивают углерод из углекислоты воздуха и окисляют недоокисленные минеральные соединения, образующиеся в процессе деятельности гетеротрофов.

По типу дыхания бактерии делят на аэробные, развивающиеся при наличии молекулярного кислорода, и анаэробные, не требующие для своей эволюции свободного кислорода.

Подавляющее большинство бактерий лучше всего развивается при нейтральной реакции среды. В кислой среде они малодеятельны.

Актиномицеты (плесневидные бактерии, или лучистые грибы) содержатся в почвах в меньших количествах, чем другие бактерии; однако они очень разнообразны, и им принадлежит важная роль в почвообразовательном процессе. Актиномицеты разлагают клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы, участвуют в образовании гумуса. Они лучше развиваются в почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией, богатых органическим веществом и хорошо обрабатываемых.

Грибы - сапрофиты - гетеротрофные организмы. Они встречаются во всех почвах. Имея ветвящийся мицелий, грибы густо переплетают органические остатки в почве. В аэробных условиях они разлагают клетчатку, лигнин, жиры, белки и другие органические соединения. Грибы участвуют в минерализации гумуса почвы.

Грибы способны вступать в симбиоз с растениями, образуя внутреннюю или внешнюю микоризы. В этом симбиозе гриб получает от растения углеродное питание, а сам обеспечивает растение азотом, образующимся при разложении азотсодержащих органических соединений почвы.

Водоросли распространены во всех почвах, главным образом в поверхностном слое. Содержат в своих клетках хлорофилл, благодаря которому способны усваивать углекислый газ и выделять кислород.

Водоросли активно участвуют в процессах выветривания пород и в первичном процессе почвообразования.

Лишайники в природе обычно развиваются на бедных почвах, каменистых субстратах, в сосновых борах, тундре и пустыне.

Лишайник представляет собой симбиоз гриба и водоросли. Водоросль лишайника синтезирует органическое вещество, которое использует гриб, а гриб обеспечивает водоросли водой и растворенными в ней минеральными веществами.

Лишайники разрушают породу биохимически - путем растворения и механически - при помощи гифов и слоевищ (тело лишайника), прочно срастающихся с поверхностью.

С момента поселения лишайников на горных породах начинается более интенсивное биологическое выветривание и первичное почвообразование.

Простейшие представлены в почве классами корненожек (амебы), жгутиковых и инфузорий. Они питаются преимущественно микроорганизмами, населяющими почву. Некоторые простейшие содержат диффузно растворенный в протоплазме хлорофилл и способны ассимилировать углекислоту и минеральные соли. Отдельные виды могут разлагать белки, углеводы, жиры и даже клетчатку.

Вспышки деятельности простейших в почве сопровождаются уменьшением числа бактерий. Поэтому принято считать проявление активности простейших как показатель, отрицательный для плодородия. В то же время некоторые данные свидетельствуют, что в ряде случаев с развитием амеб в почве возрастает количество усвояемых форм азота.

Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в котором различные их группы находятся в определенных взаимоотношениях, меняющихся в зависимости от изменений условий почвообразования.

На характер микробных биоценозов влияют условия водного, воздушного и теплового режимов почв, реакция среды (кислотная или щелочная), состав органических остатков и др. Так, с увеличением влажности почвы и ухудшением аэрации усиливается деятельность анаэробных микроорганизмов; с увеличением кислотности почвенного раствора угнетаются бактерии и активизируются грибы.

Все группы микроорганизмов чутко реагируют на изменение внешних условий, поэтому в течение года их деятельность очень неравнозначна. При очень высоких и низких температурах воздуха биологическая деятельность в почвах замирает.

(Регулируя условия жизнедеятельности микроорганизмов, можно существенно влиять на плодородие почвы. Обеспечивая рыхлое сложение пахотного слоя и оптимальные условия увлажнения, нейтрализуя кислотность почв, мы благоприятствуем развитию нитрификации и накоплению азота, мобилизации других элементов питания и в целом создаем благоприятные условия для развития растений.)

Животные . Почвенная фауна довольно многочисленна и разнообразна, она представлена беспозвоночными и позвоночными животными.

Наиболее активные почвообразователи из числа беспозвоночных - дождевые черви. Начиная с Ч. Дарвина, многие ученые отмечали их важную роль в почвообразовательном процессе.

Дождевые черви распространены практически повсеместно как в окультуренных, так и в целинных почвах. Их количество колеблется от сотен тысяч до нескольких миллионов на 1 га. Перемещаясь внутри почвы и питаясь растительными остатками, дождевые черви активно участвуют в переработке и разложении органических остатков, пропуская через себя огромную массу почвы в процессе пищеварения.

По данным Н. А. Димо, на поливных окультуренных сероземах черви выбрасывают ежегодно на поверхность площадью 1 га до 123 т переработанной почвы в виде экскрементов (копролитов). Копролиты представляют собой хорошо агрегированные комочки, обогащенные бактериями, органическим веществом и углекислым кальцием. Исследованиями С. И. Пономаревой установлено, что выбросы дождевых червей на дерново - подзолистой почве обладают нейтральной реакцией, содержат на 20 % больше перегноя и поглощенного кальция. Все это говорит о том, что дождевые черви улучшают физические свойства почв, делают их более рыхлыми, воздухо - и водопроницаемыми, тем самым способствуя повышению их плодородия.

Насекомые - муравьи, термиты, шмели, осы, жуки и их личинки - также участвуют в процессе почвообразования. Проделывая в почве многочисленные ходы, они разрыхляют почву и улучшают ее водно - физические свойства. Кроме того, питаясь растительными остатками, они перемешивают их с почвой, а отмирая, сами служат источником обогащения почвы органическими веществами.

Позвоночные животные - ящерицы, змеи, сурки, мыши, суслики, кроты - осуществляют огромную работу по перемешиванию почвы. Проделывая в толще почвы норы, они выбрасывают на поверхность большое количество земли. Образовавшиеся ходы (кротовины) засыпаются массой почвы или породы и на почвенном профиле имеют округлую форму, выделяющуюся по окраске и степени уплотненности. В степных районах землероющие животные настолько сильно перемешивают верхние и нижние горизонты, что на поверхности образуется бугорковый микрорельеф, а почва характеризуется как перерытый (кротовинный) чернозем, перерытая каштановая почва или серозем.
читайте так-же