Что такое эволюция почв
Развитие и эволюция почв
В развитии почв различают несколько фаз. Выделяется начальная фаза, соответствующая первому этапу почвообразования на обнажившейся материнской породе, во время которой слагается система почвенных режимов, появляются почвенные горизонты, зарождается естественное плодородие. В дальнейшем развитии почвообразования при неизменных экологических условиях, почва достигает зрелой фазы с полноразвитым генетическим профилем, установившимся уровнем естественного плодородия. Изменения экологических условий переводят почву в фазу эволюционного развития, сопровождающуюся перестройкой горизонтов почвенного профиля, изменением свойств почв и уровня ее естественного плодородия.
Под термином эволюция почв понимается изменение уже сформированных почв, связанное с эволюцией всей природной среды. При этом почвы переходят из одного генетического подтипа или типа в другой генетический подтип или тип. В профиле почвы постепенно ослабляются признаки, отвечающие прежней фазе почвообразования, и возникают новые признаки, обусловленные новой фазой почвообразования. Такая перестройка почвенного профиля обусловлена несколькими причинами:
— изменением биоклиматических условий (потепление или похолодание, увеличение или уменьшение влажности климата) и сопряженными с ним и изменениями в растительном покрове — биоклиматический цикл развития;
— изменением геоморфологических условий (поднятием местности, врезанием эрозионной сети и опусканием грунтовых вод; соответствующими изменениями в растительном покрове) — биогеоморфологический цикл развития;
— глубокими изменениями в составе и строении самих почв в процессе почвообразования (заболачивание подзолов, осолодение солонцов и т.д.). Этот цикл иногда называют «циклом саморазвития».
Необходимо иметь ввиду, что эволюция природных условий протекает очень медленно, особенно в биоклиматическом цикле развития, поэтому большая часть почвенного покрова бывает уничтожена эрозией и почвы с реликтовыми признаками сохраняются только на наиболее древних поверхностях рельефа.
Дата добавления: 2015-07-18 ; просмотров: 1074 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Лекция 3. Образование и эволюция почв
Изложенная выше общая схема почвообразовательного процесса представляет абстрактную модель. Конкретные особенности почвообразования и дальнейшей эволюции развития почв зависят от характера проявления известных природных, а в современных условиях — и антропогенных факторов, их изменения во времени и пространстве.
Почвообразовательный процесс начался с появления жизни на поверхности суши. Первичными организмами, которые могли принять участие в почвообразовании, по-видимому, были бактерии и водоросли. С их воздействием на горную породу начался первичный почвообразовательный процесс. В результате жизнедеятельности растений и животных происходило накопление органических остатков и гумуса. С накоплением органического вещества в минеральных почвах улучшался водный режим, он приобретал более устойчивый характер. Так постепенно из бесплодной горной породы развивалась почва.
На основании данных палеоботаники и палеогеографии можно было установить возможный путь развития почвообразовательного процесса.
В четвертичный период в результате материкового оледенения почвообразовательный процесс прерывался на значительной части суши (около 50—60 %). На территории распространения ледников почвенный покров был полностью уничтожен. На территории нашей страны почти весь дочетвертичный почвенный покров был уничтожен После окончания ледниковой эпохи начался современный почвообразовательный процесс.
В современную геологическую эпоху на горной породе, вышедшей на дневную поверхность, последовательность поселения живых организмов не будет такой, какая проходила с начала зарождения жизни на Земле. В зависимости от конкретных физико-географических условий на рыхлой почвообразующей породе могут сразу поселиться высшие травянистые или деревянистые растения в сочетании с микроорганизмами и животными.
В высокогорных и пустынных районах (жарких или холодных) и в современную геологическую эпоху можно наблюдать на горных породах, особенно скальных, развитие только пионеров литофильной
растительности: микроорганизмов, лишайников и мхов. Высшие растения из-за неблагоприятных условий здесь на развиваются, и почвообразовательный процесс находится на стадии первичного.
Совокупность всех изменений в почве от начала ее образования (ноль-момент) до сегодняшнего дня называют эволюцией почвы.
Причина изменения почвы — несоответствие свойств почвы и протекающих в ней процессов, связанных с функционированием экосистемы, факторам почвообразования.
В общей эволюции почв выделяют иногда фазу саморазвития (созревания) почвы, при которой почва развивается в условиях относительно стабильного климата, геологических и геоморфологических факторов. Фаза саморазвития соответствует трем стадиям, рассмотренным в общей схеме почвообразовательного процесса. Теоретически можно представить изменение почвы в процессе ее саморазвития в чистом виде в условиях стабильных климатических, геологических и геоморфологических факторов. Однако реально на любой стадии развития почвы происходят более или менее существенные изменения природных факторов, а также характера антропогенного воздействия на почву, что приводит к изменению направленности почвообразовательного процесса. В данном случае происходит изменение почвы под влиянием внешних условий в отличие от изменений в процессе саморазвития.
Под влиянием внешних факторов плодородие почвы может как увеличиться, в результате чего возрастает продуктивность биоценозов, так и снизиться, вплоть до полного или почти полного его уничтожения. В последнем случае происходит деградация почвы.
При деградации не обязательно должно происходить исчезновение почвы как природного тела, например, в результате чрезмерного развития эрозионных процессов, погребения почвы селевыми отложениями, лавой и т. п. Почва может оставаться на поверхности без видимых нарушений, но перестав функционировать как почва, например, вследствие сильного загрязнения веществами, уничтожающими биоту.
В результате почвообразовательного процесса из материнской породы формируется почва. Она приобретает ряд важных свойств и признаков, в ней возникают новые вещества, которых не было в почвообразующей породе. Почва расчленяется на генетические горизонты и приобретает только ей присущие внешние, или морфологические, признаки. Таким образом, почва отличается от почвообразующей породы не только плодородием, но иморфологическими признаками. По ним можно отличить почву от породы, одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении истепени выраженности почвообразовательного процесса. Основные представления о морфологии почв были даны В. В. Докучаевым и подробно разработаны С. А. Захаровым.
К главным морфологическим признакам почвы относятся: строение почвенного профиля, мощность почвы и отдельных ее горизонтов; окраска;’ механический состав; структура; сложение; новообразования и включения.
Строение почвенного профиля— это его внешний облик, обусловленный определенной сменой горизонтов в вертикальном направлении.
Горизонты отличаются один от другого цветом, структурой, сложением и другими морфологическими признаками. Они имеют различный химический, а нередко и механический состав( в них по-разному протекают биологические процессы. То или иное строение почва приобретает под влиянием природных процессов почвообразования и производственного использования.
Обычно выделяют следующие генетические горизонты;
Ао — органогенный горизонт, состоящий из органических остатков опада растений (лесная подстилка, степной войлок); Т — органогенный торфяной горизонт; G — глеевый; С — материнская порода; Д — подстилающая порода;
Горизонт аккумуляции органических веществ (А) формируется в верхней части профиля за cчет отмирающей биомассы зеленых растений, В зависимости от его характера выделяют: А — гумусово-аккумулятивный, образующийся в верхней части минеральной толщи почвы, в котором не выражены морфологически процессы разрушения и выщелачивания минеральных веществ; А1 — гумусово-элювиальный— верхний горизонт профиля с морфологически или аналитически выраженными процессами разрушения и выщелачивания минеральных веществ. Горизонты А и А1 наиболее темной окраски по сравнению с другими горизонтами, в них накапливается наибольшее количество органического вещества (гумуса) и элементов питания.
Элювиальный горизонт (А2) образуется в процессе интенсивного разрушения минеральной части почвы и вымывания продуктов разрушения в нижележащие горизонты. Он окрашен в наиболее светлые тона и в различных почвах получает различные названия (подзолистый — в подзолистых и дерново-подзолистых почвах).
Иллювиальный, или переходный, горизонт (В) формируется под элювиальным или гумусовым горизонтом и служит переходом к материнской породе.
Глеевый горизонт (С) образуется в гидроморфных почвах. Вследствие длительного или постоянного избыточного увлажнения и недостатка свободного кислорода в почве идут анаэробно-восстановительные процессы, что приводит к возникновению закисных соединений железа и марганца, подвижных форм алюминия и формированию глеевого горизонта.
Материнская порода (С) представляет собой породу, слабозатронутую почвообразовательными процессами.
Подстилающую породу (Д) выделяют в том случае, когда почвенные горизонты образовались на одной породе, а ниже лежит порода с другими свойствами.
Каждому почвенному типу свойственно свое сочетание горизонтов. Поэтому некоторые из них могут в том или ином профиле отсутствовать.
Мощность почвы и отдельных ее горизонтов. Мощностью почвы называется толщина от ее поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы. У различных почв мощность различна, с колебаниями от 40—50 до 100—150 см.
Окраска почвы — наиболее доступный и прежде всего бросающийся в глаза морфологический признак. Это существенный показатель процессов, происходящих в почве, и принадлежности ее к тому или иному типу. Недаром многие почвы получили название в соответствии со своей окраской— подзол, краснозем, чернозем и т. д.
Механический состав. Вполевых условиях и при камеральной обработке его определяют визуально и органолептически, т. е. по внешним признакам и на ощупь. Для точного установления механического состава применяют лабораторные методы.
Структура.Структурой называют отдельности (агрегаты), на которые способна распадаться почва. Они состоят из соединенных между собой механических элементов.
Форма, размери качественный состав структурных отдельностей в разных почвах, а также в одной почве, но в разных ее горизонтах неодинаковы.
Почва может быть структурной и бесструктурной. При структурном состоянии масса почвы или породы разделена на отдельности той или иной формы и размеров. Бесструктурное, или раздельночастичное, состояние бывает тогда, когда механические элементы, слагающие почву, не соединены между собой в более крупные агрегаты, а существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной массой. Типичный пример бесструктурного состояния — рыхлый песок. Между структурными и бесструктурными почвами встречаются переходные, у которых структура выражена слабо.
Сложение — это внешнее выражение плотности и пористости почвы. По плотности различают почвы:
1) очень плотные — копать яму лопатой почти невозможно, приходится применять лом или кирку;
2) плотные — чтобы выкопать яму, требуется значительное усилие, но можно обойтись и без лома. Характерно для иллювиальных горизонтов суглинистых и глинистых почв;
4) рассыпчатые — это сложение характерно для пахотных; горизонтов песчаных и супесчаных почв, поскольку у них механические элементы обычно не сцементированы и в сухом состоянии представляют сыпучую массу.
Развитие и эволюция почв
Развитие почв — постепенное формирование зрелых (полностью сформированных) почв из почвообразующих пород, которые достигают динамического равновесия с комплексом почвообразующих факторов.
Вопросы генезиса почв (происхождения и развития), включающие учение о факторах почвообразования, сущности и механизмах почвообразовательных процессов, формирования почвенного профиля, освещены в первом и во втором разделах, а также при рассмотрении сущности почвообразования в данной главе. Развитие почв происходит в связи с завоеванием организмами поверхности суши (бактериями, грибами, водорослями, лишайниками). Так образуются почвы первой стадии. Низшие растения создают условия для более высших организмов, концентрируя в поверхностных слоях питательные элементы. Однако биологический крутоворот веществ еще обладает низкой интенсивностью. Питательные элементы накапливаются в поверхностных горизонтах в достаточных количествах лишь после поселения высших растений. В это время начинается формирование второй фазы (стадии) развития почв. В связи с высокой производительностью растений происходит все большее накопление питательных элементов и развиваются генетические почвенные горизонты со своеобразными морфологией, химическим составом и свойствами. При относительно неизменных экологических условиях (на третьей фазе развития) мощность горизонтов содержания гумуса и питательных элементов, почвенно-поглощающий комплекс и т.д. стабилизируются. Почвы уже характеризуются устойчивым биологическим круговоротом веществ, стабильным химическим составом и свойствами, то есть почвы становятся зрелыми. При изменении экологических условий начинается эволюция почв.
Эволюция почв — изменение уже сформировавшихся почв в подтипы или типы вследствие эволюции природной среды. В результате развития и эволюции почвы приобретают остаточные (унаследованные от материнских пород), рецентные (приобретенные в процессе развития в неизменной экологической среде), реликтовые (унаследованные от других фаз развития) свойства. В эволюции почв следует выделить следующие циклы: биогенный (собственно биологический); биогеоморфологический; биоклиматический; антропогенный.
Биогенный цикл — функция биологического (биологическая аккумуляция веществ) и геологического (выноса веществ) круговоротов. Эволюция почв происходит в результате их саморазвития, накопления в ходе почвообразования необратимых изменений в составе и строении профиля при относительно неизменных экологических условиях. Так, при уплотнении иллювиального горизонта возможно заболачивание подзолистых почв, осолодение солонцов и т. д.
Биогеоморфологический цикл, на что впервые обратил внимание С. С. Неуструев, связан с геологическими, геоморфологическими и геохимическими процессами. Например, луговые пойменные почвы при выходе из поемности (переходе в речные террасы) эволюционируют в таежно-лесной зоне в подзолистые и дерново-подзолистые, в зоне широколиственных лесов — в серые лесные, в степи — в лугово-черноземные почвы.
Биоклиматический цикл обусловлен значительными изменениями климата в геологические отрезки времени в связи с космическими и общепланетарными причинами (потеплением, похолоданием). В современных почвах, возраст которых на территории России составляет примерно 10. 12 тыс. лет, из-за изменения климата отмечаются реликтовые признаки и свойства. Так, второй гумусовый горизонт в дерново-подзолистых и серых лесных почвах Западной Сибири — реликт луговых и степных почв засушливого времени среднего голоцена (примерно 7 тыс. лет назад). Наличие реликтовых подзолов в тундре свидетельствует о менее суровом климате в определенное геологическое время (2,5. 7,0 тыс. лет назад).
Антропогенный цикл связан с хозяйственной деятельностью человека (обработка почв, внесение органических и минеральных удобрений, известкование, гипсование, осушение, орошение). В результате формируются следующие группы почв: освоенные (недавно распаханные целинные почвы мало отличаются от них), окультуренные и культурные (формируются при высокой агротехнике), преобразованные (возникли в результате коренных мелиораций) и антропогенные (профиль формируется почти заново).
Научная электронная библиотека
3. Развитие и эволюция почв
Под развитием почв понимается процесс формирования почвенного профиля из материнской горной породы при неизменных или очень слабо меняющихся природных условиях, т.е. факторах почвобразования.
Возникая, почва последовательно проходит стадии развития от начальной до полнозрелой, при этом постепенно увеличивается мощность ее профиля и степень выраженности генетических горизонтов, присущих данному почвенному типу.
Под эволюцией почв понимается изменение уже сформированных почв, вызванное существенным изменением условий почвообразования. В этом случае у почвы перестраивается профиль и она из одного генетического подтипа переходит в другой подтип или тип.
Эволюция почв обусловливается сменой растительного покрова, которая может вызываться рядом причин:
1) изменениями климата в сторону похолодания или потепления, увлажнения или засушливости;
2) изменениями в рельефе и положении грунтовых вод, связанными с поднятием или опусканием местности или углублением эрозионной сети;
3) глубокими изменениями в составе и строении самой почвы, происходящими в процессе почвообразования.
В процессе формирования почв сменяются фазы быстрых преобразований и равновесного состояния с природной средой, отвечающего определенным стадиям развития – генетическим типам почв.
Производственная деятельность человека ускоряет или, наоборот, замедляет процесс развития эволюционного преобразования почв. Поэтому наблюдаемый в настоящее время почвенный покров страны, особенно на сельскохозяйственной площади, является результатом совокупного воздействия природных факторов и хозяйственной деятельности человека.
Роль времени в развитии и эволюции почв. Возраст почв и типы омоложения
В числе факторов почвообразования В.В. Докучаев назвал «возраст страны», подчеркнув тем самым, что почва естественно-историческое тело, которое находится в состоянии постоянного изменения во времени — эволюции.
В эволюции почв различают несколько циклов [207]:
Биологический цикл, часто называемый «саморазвитием» вследствие стабильного состояния независимых от почвы факторов, разделяется на две фазы:
Саморазвитие характеризуется постепенным замедлением скорости протекания процессов от начального неравновесного состояния профиля до зрелого квазиравновесного со средой. Время, за которое почва или отдельный признак достигают зрелого состояния, называется характерным временем. Оно существенно различается в разных биоклиматических и литологических условиях формирования почв.
Существует определенная иерархия почвенных свойств по характерным временам формирования — от быстрых, лабильных (часы, сутки, месяцы — температура, влажность и др.) до медленных, консервативных (сотни и тысячи лет — развитие гумусового, карбонатного, текстурно-дифференцированного профиля и др.). Первые объединяют понятием «почва-момент», вторые — «почва-память» [229]. При изучении эволюции почв основное внимание уделяется комплексу устойчивых свойств.
Начало формирования современного почвенного покрова России относится к крупнейшему климатическому рубежу между поздним плейстоценом и голоценом, имевшему место 10–12 тыс. лет назад и завершившему плейстоценовое оледенение. На протяжении голоцена климатические изменения были более слабыми, но именно они определили эволюцию почв. Основное направление изменений климата выражалось в его потеплении до среднеголоценового термического максимума и последующем похолодании. Закономерности изменения увлажненности климата дискуссионны, но по мнению многих исследователей атлантический период (8–5 тыс. лет назад) был преимущественно засушливым.
В связи со сменами климата и биоты почвы и почвенный покров Российской Федерации прошли ряд стадий. Большинство современных почв, приуроченных к стабильной геоморфологической поверхности и переживших без погребения и денудации весь голоцен, являются полигенетическими, так как в их профиле последовательно наложены и сложно интегрированы результаты многих периодов саморазвития, соответствующих изменению природных условий на протяжении голоцена. В настоящее время предложены схемы биоклиматической эволюции почв различных регионов в голоцене [2, 3, 4, 67, 95 и др.]. Они базируются на достаточно точных палеопочвенных и палинологических методах, включая радиоуглеродные и археологические датировки.
Почвенный покров России характеризуется гетерохронностью. Она связана с возрастом поверхности и интенсивностью экзогенно-эндогенных процессов (денудация, седиментация, турбации), нарушающих сложившиеся почвенные профили и вызывающих омоложение почв (они либо восстанавливаются, либо формируются заново). Таким образом, на территории Российской Федерации выделяются регионы, которые отличаются разным возрастом почвенного покрова, уровнем его устойчивости и характером изменения во времени.
Возраст почв и типы омоложения
На карте показан возраст почвенного профиля, означающий продолжительность отрезка времени, в течение которого профиль формируется и функционирует при условии стабильного состояния почвенной массы: отсутствие процессов денудации и седиментации и существенных турбаций, которые могли бы уничтожить горизонтное строение профиля. Отраженный на карте возраст почв совпадает с возрастом экспонирования современной поверхности для ареалов с несущественным проявлением денудационно-седиментационных процессов. В пределах ареалов с их существенным проявлением возраст почв меньший, чем возраст поверхности, в связи с действием процессов омоложения.
Различаются следующие возрастные почвенные ступени (по началу формирования) и соответствующие им основные генетические группы почв:
Четкого соответствия между возрастом почв и их генетическим типом нет. Это связано с тем, что время начала развития профиля современных почв определяется не характером почвообразования, а возрастом поверхности и интенсивностью экзогенно-эндогенных процессов. Среди выделенных три возрастные ступени являются основными (1, 2 и 4), две другие представлены комплексами в значительной степени разновозрастных почв.
Омоложение почв связано с процессами денудации, седиментации и турбаций, которые срезают, погребают и перемешивают профиль почвы. В результате этого профиль почвы начинает восстанавливаться или формироваться заново. Выделено 6 типов омоложения.
Карта возраста почв составлена на основе почвенной карты (Атлас, с. 72.) и карт истории берегов Беломоро-Балтийского бассейна и Каспия [69]. Она показывает, что почвенный покров характеризуется разновозрастностью. Почвообразование как глобальный экзогенный процесс началось в палеозое, однако реальный возраст почвенного покрова России значительно меньший. В течение фанерозоя эндогенные и экзогеные процессы активно преобразовывали рельеф поверхности суши, приводили к разрушению, погребению и омоложению почв. Исключительно интенсивно данные процессы протекали в плейстоцене, как в ледниковой, так и во внеледниковой зонах. Это объясняет в основном голоценовый (точнее, синголоценовый) возраст современных почв, характерный для равнин, преимущественно расположенных в западной части России. Не меньшее, даже преобладающее место занимают молодые и очень молодые почвы. Они распространены в основном в восточной части страны, так как здесь почвы подвержены интенсивным процессам омоложения денудационно-седиментационного (горного), мерзлотного турбационно-солифлюкционного, вулканического пеплового типов. Древние доголоценовые почвы принимают значительное участие в составе почвенного покрова только на небольшой территории в районе Сочи. В других регионах их доля крайне невелика.
Почвы, отнесенные к возрастный ступени очень молодые, имеют незрелый профиль, не достигший состояния динамического равновесия со средой, что реализуется в терминах «примитивная», «слаборазвитая», «молодая» почва и говорит о стадии формирования почвенного профиля. Почвы более высоких возрастных ступеней в основном имеют зрелый профиль, наиболее полно отразивший действие факторов-почвообразователей, пришедший в состояние динамического равновесия (квазиравновесия) со средой [237].