Почва и ее образование. Какая почва бывает?


Живые организмы — растения и некоторые виды животных — превращают самый верхний слой горных пород в почву. В то время как горные породы, из которых почва произошла, бесплодны, почвы обладают рядом свойств, делающих их плодородными. Плодородие почв играло громадную роль в развитии жизни на Земле. Каждое растение создает в своем теле органические вещества из воды, минеральных веществ и атмосферного углекислого газа. Отмирая, растение разлагается, и органические вещества, из которых оно состояло, переходят в почву. Остатки бесчисленных растительных поколений, переработанные в процессе образования почвы, соединялись с продуктами выветривания горных пород и создали в некоторых местах слой почвы толщиной до 3 м. Чем больше в почве таких растительных остатков, тем выше становится ее плодородие и тем успешнее на ней могут произрастать многочисленные растения. В естественных условиях плодородие почвы беспрерывно растет. Как известно, растения служат пищей для травоядных животных, которых в свою очередь поедают хищники. Так и получается, что от плодородия почвы в конечном счете зависит развитие растительного и животного мира, т. е. развитие жизни на Земле.

Использование человеком растений и животных непрерывно возрастает с тех пор, как возникло сельское хозяйство. Человеку нужна не только пища, но и промышленное сырье и строительные материалы. Человек заинтересован в том, чтобы получать от сельского хозяйства больше растительных и животных продуктов, а потому заинтересован и в повышении плодородия почвы. Следовательно, очень важно знать, как создастся плодородие почвы.

Бесструктурная почва.
Бесструктурная почва.

Когда человек начал заниматься земледелием, стали накапливаться одновременно и первые сведения о плодородии почв. Получая на разных почвах неодинаковые урожаи, земледелец постепенно научался распознавать их. Названия почвам давали по их цвету: чернозем, бурая почва, краснозем и т. д. Эти народные названия вошли затем в научную литературу.

Первая схематическая почвенная карта была создана в 1421 г. в Китае — стране древней земледельческой культуры. В Пекине, в бывшем императорском летнем саду (ныне Парк имени Сунь Ятсена), есть площадка размером 6х6 м. В центре площадки насыпана желтая лёссовая почва, на северной части площадки — чернозем, на южной — краснозем, на западной — светлая пустынная почва, на восточной — голубоватая почва заболоченных рисовых полей. Почвы на площадке насыпаны в соответствии с распределением почв на территории Китая.

В Древней Руси уже в XV в. существовали специальные книги учета пахотных земель; земли были разделены по качеству на четыре категории.

В 1763 г. великий русский ученый М. В. Ломоносов в труде «О слоях земных» впервые показал, что различные почвы образуются из горных пород под воздействием растений. Трудами выдающихся русских ученых В. В. Докучаева, Н. М. Сибирцева, П. А. Костычева была создана в конце XIX в. современная наука о почве. В дальнейшем почвоведение развивалось трудами советских ученых. Достижения советского почвоведения получили признание во всем мире.

Наука почвоведение изучает процессы образования почвы и взаимодействие растений с почвами. Эта наука изыскивает также способы повышать естественное плодородие почвы.

Высшее растение укрепляется в почве корневой системой и черпает из почвы необходимые для его жизнедеятельности питательные вещества и влагу.

В большом количестве растение берет из почвы азот, калий, кальций, фосфор, серу, магний и железо. В меньшем количестве ему нужны и многие другие элементы, находящиеся в почве, например бор, марганец, алюминий, медь, цинк; в почвоведении и в биологии их называют микроэлементами, так как каждый из них содержится в теле растения в тысячных и даже еще в меньших долях процента. Для плодородия почвы имеет значение не столько общее количество каждого элемента в ней, сколько тип химических соединений этих элементов. Растения легко усваивают химические соединения, растворенные в воде.

Структурная почва.
Структурная почва.

Труднее усваиваются растением элементы, входящие в состав твердых частиц почвы. Корни и микориза (см. ст. «Симбиоз в растительном мире») выделяют вещества, растворяющие эти частицы. Некоторая часть элементов входит в прочные соединения, и растения не могут их усвоить. Не может быть усвоена растениями и некоторая часть влаги, содержащейся в почве: глинистые частицы, диаметр которых меньше 0,01 мм, очень прочно удерживают влагу, особенно если в их состав входят органические вещества.

Важно для растения и содержание в почвенном воздухе кислорода. Он поступает в почву из атмосферы. Высшие растения усваивают кислород через корневую систему. Нуждаются в нем и почвенные микроорганизмы. Они разлагают органические вещества. В результате этого в почве постоянно образуется углекислота. Ее выделяет и корневая система растения. Избыток углекислоты уходит из почвы в атмосферу.

Некоторые химические соединения, если в почве их слишком много, вредны для растении. К таким соединениям относятся кислоты, соли соляной кислоты, щелочные растворы, особенно сода, а также образующиеся в заболоченных почвах сероводород и метан. Вредно действует на растения и повышенная концентрация алюминия и марганца в почвенном растворе.

Плодородие почвы зависит не только от ее химического состава, но и от структуры, т. е. от расположения в ней отдельных частиц. Почву с благоприятным для растений расположением частиц так и называют структурной. В ней мелкие частицы, соединяясь вместе, образуют пористые комки, неплотно прилегающие друг к другу. Через промежутки между комками проникают в почву атмосферный воздух, талая и дождевая вода. Внутри комков — тончайшие капиллярные поры, которые впитывают и удерживают влагу, не давая ей просачиваться в более глубокие слои. Промежутки между комками называют порозностью или скважностью почвы. Если частицы, из которых состоит почва, не соединяются в комки, ее называют бесструктурной.

В плотные горные породы влага проникнуть не может. Она скатывается по их поверхности. Поэтому на них и не бывает высшей растительности. На их поверхности способны поселяться лишь некоторые бактерии и водоросли, а вслед за ними и лишайники. Водоросли и лишайники постепенно разъедают горную породу, превращая ее в землистую массу. Когда слой такой массы станет достаточным для удержания влаги, на нем поселяются и те из высших растений, которые наименее требовательны к почвенным условиям — зеленые мхи, сосна, некоторые травянистые растения.

В направлении от тундры к дождевым лесам климат становится все более теплым и влажным
В направлении от тундры к дождевым лесам климат становится все более теплым и влажным. Это приводит к развитию все более богатой растительности, которая создает большую массу органического вещества. В направлении от дождевых лесов к степям, а затем к пустыням климат становится все суше. Из-за недостатка влаги растительность становится менее богатой и создает меньшую массу органического вещества. На этой схеме сравниваются количества органического вещества, которые создаются различными типами растительности. Цифры в колонках означают количество органического вещества я центнерах, создаваемого на одном гектаре за год.

Этот процесс образно описан Д. Н. Маминым-Сибиряком в одном из его уральских рассказов: «Подъем по россыпям значительно облегчается тем, что все камни, точно нарочно, выложены разноцветными мхами и необыкновенно красивыми лишаями. Нога ступает иногда, как по мягкому ковру: в засуху лишаи хрустят и осыпаются под ногой, но после дождя камни кажутся обтянутыми змеиной кожей, такой же пестрой, влажной, холодной и скользкой. Мхи бывают большею частью великолепных серых цветов или зеленоватые с черными пятнами, красными крапинками и целыми узорами, точно вычерченными какой-то очень искусной рукой. Эта чисто северная растительность гнездится по камням и медленно разлагает их поверхность в мелкий песок, который смывается дождем и сносится вниз снегами. Можно представить себе ту микроскопически гигантскую работу, при помощи которой получается каждая горсть песка где-нибудь на дне горной речки. Растения здесь помогают атмосферическим деятелям и разъедают камни своими корешками. Мелкая зеленая травка осыпает образовавшийся из старых лишайников слой чернозема точно медной ярью или изумрудной оправой; иногда из расщелины скалы весело глянет на вас розовым или синим глазком северный цветик, занесенный сюда бог знает откуда, иногда широко топорщатся широкие листья или расползутся по откосам и ссадинам разные каменки и горькая горная полынь».

Плотные горные породы разрушаются не только живыми организмами, но и выветриванием (см. ст. «Как ветер изменяет облик Земли»). Постепенно массивная порода превращается в обломочную — в смесь обломков горной породы и песка. Она уже пориста и способна поглощать и удерживать влагу. Могут в нее проникнуть и корни растений.

С поверхности обломочной породы ветер и вода сносят мелкие частицы, обнажая более глубокие слои плотных пород. А на них в свою очередь также действует процесс разрушения. Из разрыхленных пород вода уносит в реки и моря не только мелкие частицы. Вода просачивается в разрыхленную породу и вымывает из нее растворимые химические соединения. За многие тысячелетия на дне морей и океанов откладывается большая толща осадочных пород. Горообразовательные процессы поднимают эти осадочные породы над водной поверхностью, и они снова подвергаются выветриванию. Такое перемещение твердых и растворенных частиц называют большим геологическим круговоротом элементов.

На большой геологический круговорот влияет растительность. Она поселяется на обломочной породе, закрепляет ее своими корнями и поглощает из формирующейся почвы растворимые элементы. После отмирания растений эти элементы возвращаются в почву. Остатки мертвых растений разрушаются низшими организмами; заключенные в растительных тканях элементы освобождаются в виде простых солей, легко усваиваемых другими растениями.

Растения и микроорганизмы как бы препятствуют вымыванию элементов из почвы. Этот процесс называют малым биологическим круговоротом элементов.

Почвенно-ботанический профиль по 42-му меридиану
Почвенно-ботанический профиль по 42-му меридиану: 1 — горизонт накопления перегноя и элементов питания растений; 2 — подзолистый горизонту обедненный элементами питания; 

Основные положения о круговороте элементов в природе и о его значении для образования почвы были высказаны акад. Б. И. Вернадским, а в дальнейшем развиты акад. В. Р. Вильямсом. Сейчас советские ученые продолжают разрабатывать эту проблему.

Образование почвы в большой степени зависит от того, в каком количестве создаются ежегодно растительностью органические вещества. Это количество неодинаково для растительности различных зон. Растительность арктической тундры создает ежегодно на одном гектаре не больше 5 Ц органического вещества. Под древесной растительностью годовой прирост органических веществ в почве зависит от возраста деревьев. В северной части таежной зоны ельники и сосняки создают от 10 до 70 Ц органического вещества. К югу ежегодная продуктивность хвойного леса возрастает от 20 до 130 Ц на гектар. Широколиственные леса, состоящие из дубов, лип и других пород, каждый год создают от 80 до 400 Ц органического вещества на гектар. Во влажных тропиках и субтропиках образование органического вещества за год достигает 1000 и даже 2000 Ц на гектар. В тропических пустынях развитие растительности ограничено недостатком влаги.

В образовании почвы играет роль и скорость обращения химических элементов в биологическом круговороте. У низших организмов продолжительность жизни короткая. Некоторые бактерии, например, живут всего несколько суток. Поэтому обращение элементов в микробиологическом круговороте идет с очень большой скоростью. У низших растительных организмов нет корневой системы, и их влияние ограничено тонким поверхностным слоем почвы. Однолетние травянистые растения живут около года, многолетние — несколько лет. Обращение элементов в них идет медленнее, чем у низших организмов. Зато у травянистых растений есть корни, и потому в биологический круговорот они вовлекают элементы из глубоких слоев почвы. Еще медленнее в круговороте обращаются элементы у деревьев. Ведь дерево живет десятки, сотни, а иногда и тысячи лет. Но за год оно создает значительно больше органического вещества, чем травянистая растительность на такой же площади, и корни его вовлекают в круговорот элементы из очень глубоких слоев почвы.

Живущие в почве животные, бактерии и грибы, разрушая отмершие растительные остатки, получают энергию для своей жизнедеятельности и добывают вещества для создания собственного тела. Грибы и бактерии создают в почве новое, очень сложное органическое вещество — перегной, или гумус. Наземные животные оказывают на круговорот элементов существенное влияние: они разносят их по земной поверхности своими экскрементами. После смерти животного элементы, поглощенные им при питании растениями или другими животными, возвращаются в почву.

Почвенно-ботанический профиль по 42-му меридиану
 3 — горизонт накопления, куда вмыты железо и алюминий из подзолистого горизонта: а — переходная часть, б — часть, более богатая накоплениями; 4 — переход к материнской горной породе; 5 — заболоченный горизонт тундры.

Около 95% объема горных пород приходится на атомы кислорода, все остальные элементы занимают лишь около 5% объема. Атомы кислорода представляют собой в горной породе как бы каркас, в котором рассеяны другие элементы, в том числе и необходимые для жизни растений. Высшие растения собирают своими корнями эти рассеянные элементы, а после своего отмирания обогащают ими верхние слои почвы. Некоторая часть этих элементов вымывается водой атмосферных осадков, но большая часть накапливается в почве, повышая ее плодородие. Азота в горной породе, как правило, нет, но в почве, богатой перегноем, его много. Почвенные бактерии в результате своей жизнедеятельности связывают свободный азот воздуха и отдают его в перегной.

В одном из своих сочинений Максим Горький очень образно описал процесс образования почвы: «Земля более наша, чем привыкли мы о ней думать. Замечательный русский ученый Вернадский талантливо и твердо устанавливает новую гипотезу, доказывая, что плодородная почва на каменной и металлической планете нашей создана из элементов органических, из живого вещества. Это вещество на протяжении неисчислимого времени разъедало и разрушало твердую, бесплодную поверхность планеты вот так же, как до сего дня лишаи — «камнеломки» и некоторые другие растения разрушают горные породы. Растения и бактерии не только разрыхлили твердую кору Земли, но ими создана и атмосфера, в которой мы живем, которой мы дышим. Кислород — продукт жизнедеятельности растений. Плодородная почва, из которой мы добываем хлеб, образована неисчислимым количеством плоти насекомых, птиц, животных, листвою деревьев и лепестками цветов. Миллиарды людей удобрили Землю своей плотью; поистине, это — наша Земля».

Плодородная почва должна обладать следующими свойствами:

  • иметь достаточно мощный слой, в котором могут жить корни растений, — так называемый корнеобитаемый слой;
  • содержать в усвояемой форме достаточное количество влаги и всех элементов питания, необходимых для успешного роста и развития растений;
  • обладать мелкокомковатой (зернистой) структурой — это необходимо для постоянного притока к корням растений атмосферного воздуха, богатого кислородом, и для просачивания в почву талых и дождевых вод;
  • не иметь ядовитых для растений соединений — высокой концентрации растворимых солей, излишней кислотности или щелочности, повышенной концентрации алюминия, марганца ит. д.

Наиболее плодородны черноземные почвы. Чтобы получать на них устойчивые урожаи, необходимо проводить снегозадержание: это увеличит запас влаги в почве. Там же, где структура почвы была разрушена неправильной обработкой, следует восстановить ее структурность правильной агротехникой.

В подзолистых, дерново-подзолистых и отчасти в серых лесных почвах нет мощного перегнойного слоя. Эти почвы нередко отличаются повышенной кислотностью, недостатком элементов питания, бесструктурностью. Необходимо обогащать их органическими веществами: вносить органические удобрения, сеять травы; их следует известковать, чтобы уничтожить излишнюю кислотность, вносить в них минеральные удобрения. Внося удобрения и постепенно увеличивая глубину вспашки, создают мощный пахотный слой. Достаточное увлажнение этих почв атмосферными осадками облегчает получение на них высоких и устойчивых урожаев.

Каштановые почвы содержат достаточное количество элементов питания, в них нет излишней кислотности или щелочности, они не содержат ядовитых соединений, но распространены они в областях недостаточного увлажнения. Чтобы использовать каштановые почвы, надо их увлажнять.

Сероземы распространены в климате настолько бедном атмосферными осадками, что земледелие на них возможно лишь при искусственном орошении.

Болотные и заболоченные почвы, солончаки и солонцы, а также солончаковатые и солонцеватые почвы не пригодны для земледелия. Чтобы их использовать, надо провести сложные мелиоративные работы.

Правильное использование плодородия почв, основанное на глубоком научном понимании протекающих в ней процессов, и постоянная забота о повышении ее плодородия — это важные условия в создании изобилия продуктов.