Почва
Почва, особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием (см. Плодородие почвы). Представление о П. как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами, отличающими его от материнской (почвообразующей) породы, развивающемся в результате взаимодействия факторов почвообразования, было создано в последней четверти 19 в. В. В. Докучаевым — основателем современного почвоведения. До этого П. обычно рассматривали в качестве одного из геологических образований. Плодородие почвы, т. е. способность обеспечивать растения водой и пищей, позволяет ей участвовать в воспроизведении биомассы (см. также Биологическая продуктивность). Природное плодородие имеет различный уровень, зависящий от состава и свойств П. и факторов почвообразования. Под влиянием агротехнических, агрохимических и мелиоративных воздействий П., являющаяся в сельском хозяйстве основным средством производства (см. Земля как средство производства), приобретает эффективное, или экономическое, плодородие, показателем которого служит урожайность с.-х. культур.
Основные факторы почвообразования — климат, материнская порода, растительный и животный мир, рельеф и геологический возраст территории, а также хозяйственная деятельность человека. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы П., обусловливая проходящие в ней процессы и их интенсивность, и в значительной степени определяет растительный покров и животный мир. Материнская порода в процессе почвообразования превращается в П. От её гранулометрического (механического) состава и структурных особенностей зависят физические свойства П. — водо- и воздухопроницаемость, водоудерживающая способность и пр., а следовательно, водный режим почвы, тепловой режим почвы, воздушный режим, скорость передвижения веществ в П. и др. Минералогический состав материнской породы определяет минералогический и химический состав П. и первоначальное содержание в ней элементов питания для растений. Растительность непосредственно воздействует на П.: корни рыхлят и оструктуривают почвенную массу, извлекают из неё минеральные элементы. В естественных условиях минеральные и органические вещества поступают в П. и на её поверхность в виде корневого и наземного опада. Годовое количество опада изменяется примерно от 5—6 ц/га в пустынях и 10 ц/га в арктических тундрах до 250 ц/га во влажных тропических лесах. Различен и качественный состав опада: его зольность изменяется от 1 до 15%. В П. опад подвергается воздействию микрофлоры, минерализирующей до 80—90% его массы и участвующей в синтезе гумусовых веществ, которые образуются из продуктов распада и микробных метаболитов. Представители животного мира (главным образом беспозвоночные, живущие в верхних горизонтах П. и в растительных остатках на поверхности) в процессе жизнедеятельности значительно ускоряют разложение органических веществ и способствуют формированию органо-минеральных почвенных агрегатов, т. е. структуры П. Основное влияние рельефа заключается в перераспределении по земной поверхности климатических (влаги, тепла и их соотношения) и др. факторов формирования П. Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий — от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Возраст территории вообще и П. в частности, а также изменения условий почвообразования в процессе их развития оказывают существенное влияние на строение, свойства и состав П. При сходных географических условиях почвообразования П., имеющие неодинаковые возраст и историю развития, могут существенно различаться и принадлежать к разным классификационным группам. Хозяйственная деятельность человека влияет на некоторые факторы почвообразования, например на растительность (вырубка леса, замена его травянистыми фитоценозами и др.), и непосредственно на П. путём её механической обработки (см. Обработка почвы), мелиорации, внесения минеральных и органических удобрений и т.п. При соответствующем сочетании этих воздействий можно направленно изменять почвообразовательный процесс и свойства П. В связи с интенсификацией сельского хозяйства влияние человека на почвенные процессы непрерывно возрастает.
Состав и свойства почвы. П. состоит из твёрдой, жидкой, газообразной и живой частей. Соотношение их неодинаково не только в разных П., но и в различных горизонтах одной и той же П. Закономерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов П. к нижним и увеличение интенсивности преобразования компонентов материнской породы от нижних горизонтов к верхним. В твёрдой части преобладают минеральные вещества. Первичные минералы (кварц, полевые шпаты, роговые обманки, слюды и др.) вместе с обломками горных пород образуют крупные фракции; вторичные минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и др.), формирующиеся в процессе выветривания, — более тонкие. Рыхлость сложения П. обусловливается полидисперсностью состава её твёрдой части, включающей частицы разного размера (от коллоидов почвы, измеряемых сотыми долями мк, до обломков диаметром в несколько десятков см). Основную массу П. составляет обычно мелкозём — частицы менее 1 мм. Гранулометрический состав П. определяется относительным содержанием в ней частиц различной величины, объединяемых в группы — гранулометрические фракции.
Твёрдые частицы в естественном залегании заполняют не весь объём почвенной массы, а лишь некоторую его часть; др. часть составляют поры — промежутки различного размера и формы между частицами и их агрегатами. Суммарный объём пор называется пористостью П. Для большинства минеральных П. эта величина варьирует в пределах от 40 до 60%. В органогенных (торфяных) П. она возрастает до 90%, в заболоченных, оглеенных, минеральных — уменьшается до 27%. От пористости зависят водные свойства П. (водопроницаемость, водоподъёмная способность, влагоёмкость) и плотность П. В порах находятся почвенный раствор и почвенный воздух. Соотношение их непрерывно меняется вследствие поступления в П. атмосферу осадков, иногда оросительных и грунтовых вод, а также расхода влаги — почвенного стока, испарения, десукции (отсасывание корнями растений) и др. Освобождающееся от воды поровое пространство заполняется воздухом. Этими явлениями определяется воздушный и водный режимы почвы. Чем больше поры заполнены влагой, тем затруднительнее газовый обмен (особенно О2 и СО2) между П. и атмосферой, тем медленнее протекают в почвенной массе процессы окисления и быстрее — процессы восстановления. В порах также обитают почвенные микроорганизмы. Плотность П. (или объёмная масса) в ненарушенном сложении определяется пористостью и средней плотностью твёрдой фазы. Плотность минеральных П. от 1 до 1, 6 г/см3, реже 1,8 г/см3, заболоченных оглеенных — до 2 г/см3, торфяных — 0,1—0,2 г/см2.
С дисперсностью сопряжена большая суммарная поверхность твёрдых частиц: 3—5 м2/г у песчаных П., 30—150 м2/г у супесчаных и суглинистых, до 300—400 м2/г у глинистых. Благодаря этому почвенные частицы, особенно коллоидная и илистая фракции, обладают поверхностной энергией, которая проявляется в поглотительной способности почвы (см. также Почвенный поглощающий комплекс) и буферности почвы.
Минералогический состав твёрдой части П. во многом определяет её плодородие. Органических частиц (растительные остатки) содержится немного, и только торфяные П. почти полностью состоят из них. В состав минеральных веществ входят: Si, Al, Fe, К, N, Mg, Ca, Р, S; значительно меньше содержится микроэлементов: Cu, Mo, I, В, F, Pb и др. (см. также Биогеохимические провинции). Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме. Во многих П., преимущественно в П. недостаточно увлажняемых территорий, содержится значительное количество CaCO3 (особенно если П. образовались на карбонатной породе), в П. засушливых областей — CaSO4 и др. более легко растворимые соли; П, влажных тропических областей обогащены Fe и Al. Однако реализация этих общих закономерностей зависит от состава почвообразующих пород, возраста П., особенностей рельефа, климата и т.д. Например, на основных изверженных породах формируются П. более богатые Al, Fe, щёлочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава — Si. Во влажных тропиках на молодых корах выветривания П. значительно беднее окислами железа и алюминия, чем на более древних, и по содержанию сходны с П. умеренных широт. На крутых склонах, где эрозионные процессы весьма активны, состав твёрдой части П. незначительно отличается от состава почвообразующих пород. В засоленных почвах содержится много хлоридов и сульфатов (реже нитратов и бикарбонатов) кальция, магния, натрия, что связано с исходной засоленностью материнской породы, с поступлением этих солей из грунтовых вод или в результате почвообразования.
В состав твёрдой части П. входит органическое вещество, основная (80—90%) часть которого представлена сложным комплексом из гумусовых веществ, или гумуса. Органическое вещество состоит также из соединений растительного, животного и микробного происхождения, содержащих клетчатку, лигнин, белки, сахара, смолы, жиры, дубильные вещества и т.п. и промежуточные продукты их разложения. При разложении органических веществ в П. содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. В естественных условиях они являются основным источником азотного питания растительных организмов. Многие органические вещества участвуют в создании органо-минеральных структурных отдельностей (комочков). Возникающая т. о. структура П. во многом определяет её физические свойства, а также водный, воздушный и тепловой режимы. Органо-минеральные соединения представлены солями, глинисто-гумусовыми комплексами, комплексными и внутрикомплексными (хелаты) соединениями гумусовых кислот с рядом элементов (в их числе Al и Fe). Именно в этих формах последние перемещаются в П.
Жидкая часть, т. е. почвенный раствор, — активный компонент П., осуществляющий перенос веществ внутри неё, вынос из П. и снабжение растений водой и растворёнными элементами питания. Обычно содержит ионы, молекулы, коллоиды и более крупные частицы, превращаясь иногда в суспензию.
Газообразная часть, или почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Количество и состав почвенного воздуха, в который входят N2, O2, CO2, летучие органические соединения и пр., не постоянны и определяются характером множества протекающих в П. химических, биохимических, биологических процессов. Например, количество CO2 в почвенном воздухе существенно меняется в годовом и суточном циклах вследствие различной интенсивности выделения газа микроорганизмами и корнями растений. Газообмен между почвенным воздухом и атмосферой происходит преимущественно в результате диффузии CO2 из П. в атмосферу и O2 в противоположном направлении.
Живая часть П. состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и др.) и представителей многих групп беспозвоночных животных — простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок, роющих позвоночных и др. (см. Почвенная фауна). Активная роль живых организмов в формировании П. определяет принадлежность её к биокосным природным телам — важнейшим компонентам биосферы.
Почвенные процессы протекают в тесной взаимосвязи и взаимозависимости, охватывая всю почвенную толщу или сосредоточиваясь в отдельных частях. Происходят они в гравитационном поле Земли, имеют циклический характер, сопряжённый с цикличностью поступления на поверхность П. радиационной энергии (суточные, годовые и многолетние циклы) и с биологической цикличностью живых организмов. Цикличность процессов не означает полного возврата П. в исходное состояние. Результаты циклических процессов, происходящих в почвенной массе с самого начала формирования, и определяют становление, развитие и эволюцию П. Существо процессов, их интенсивность в разных объёмах П. неодинаковы, большое влияние на них оказывает глубина от поверхности. П. как открытая система связана также с др. природными системами (атмосферой, грунтом, живыми организмами) взаимным и многосторонним обменом веществ.
Основные типы почв и их распространение. Изменчивость в пространстве и во времени факторов почвообразования, а следовательно, и процессов, происходивших в П. в прошлом и совершающихся в настоящем, обусловливает большое разнообразие их в природе. Единая международная классификация П. не разработана. Создано значительное число национальных почвенных классификаций; некоторые из них (СССР, США, Франция) включают все П. мира.
Прилагаемая почвенная карта мира (см. карту) составлена на основе классификации П., разработанной в СССР. Преобладающая часть суши занята сравнительно ограниченным числом почвенных групп, преимущественных типов (выделены на карте), которые относились В. В. Докучаевым и Н. М. Сибирцевым к группе т. н. зональных П., возникающих под влиянием типичного для каждой природной зоны почвообразования. Характер размещения зональных П. на поверхности суши обширными полосами — зонами, вытянутыми вдоль полос с близким атмосферным увлажнением (в областях с недостаточным увлажнением) и с одинаковой годовой суммой температур (в областях с достаточным и избыточным увлажнением), создаёт основную закономерность пространственного распределения П. на равнинных территориях — горизонтальную почвенную зональность (широтную или меридианальную). Например, на Восточно-Европейской равнине отчётливо выражены широтные зоны тундровых почв, подзолистых почв, серых лесных почв, чернозёмов, каштановых почв, бурых пустынно-степных почв. Ареалы подтипов зональных П. располагаются внутри зон также параллельными полосами, что позволяет выделить почвенные подзоны. Так, зона чернозёмов подразделяется на подзоны выщелоченных, типичных, обыкновенных и южных чернозёмов, зона каштановых почв — на темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые.
П. — один из природных компонентов, составляющих среду обитания человека. Нарушение почвенных процессов в результате неправильной эксплуатации почвенного покрова приводит к усиленной эрозии почвы, её засолению и заболачиванию. Принятые «Основы земельного законодательства Союза ССР и союзных республик» (1968) предусматривают систему мер, направленных на повышение плодородия П. и охрану её от эрозии. О мероприятиях по предупреждению загрязнения почв см. в ст. Санитарная охрана почвы.