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. В СССР принята следующая классификация почвенных частиц по размерам: Размер частиц, мм Наименование фракции > 3 3-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 0,001-0,0005 0,0005-0,0001 < 0,0001 Камни Гравий Песок крупный " средний " мелкий Пыль крупная " средняя " мелкая Ил грубый " тонкий Коллоиды

В зависимости от соотношения физической глины (частиц мельче 0,01 мм) и физического песка (крупнее 0,01 мм) П. по гранулометрическому составу разделяют на группы (разновидности): песок рыхлый и связный, супесь, суглинок лёгкий и средний, глина лёгкая, средняя и тяжёлая. Более подробное деление проводят по преобладанию среди частиц гравия, песка, крупной пыли, пыли и ила. В СССР чаще применяют классификацию П. по гранулометрическому составу, предложенную Н. А. Качинским.
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.
Процессы в почве. В процессе почвообразования материнская порода расчленяется на почвенные горизонты, которые образуют почвенный профиль. В поверхностных горизонтах накапливаются органическое вещество, азот и фосфор, обменные соединения алюминия, кальция, магния, калия, натрия; во многих случаях происходит потеря силикатных соединений (за исключением кремнезёма в форме кварца). Под влиянием факторов почвообразования в П. протекают разнообразные процессы, которые можно объединить в следующие основные группы: 1) обмен веществами и энергией между П. и др. природными телами; 2) процессы превращения веществ и энергии, происходящие в самом почвенном теле без перемещения веществ; 3) процессы передвижения веществ и энергии в П. (см. также Круговорот веществ на Земле). К первой группе относят: многосторонний обмен газами, влагой и твёрдыми частицами в системе атмосфера - П. - растительность (надземные органы); двусторонний обмен газами и влагой с растворёнными в ней веществами в системе П. - грунт (породы, залегающие под П., включая почвообразующую и подстилающую); обмен коротко- и длинноволновой радиацией в системе солнце - растительность - П. - атмосфера - космическое пространство; многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера - растительность - П. - грунт; двусторонний обмен зольными веществами, соединениями азота, CO₂ и O₂ в системе П. - высшая растительность; преимущественно одностороннее поступление влаги из П. в растения (через корни); одностороннее поступление в П. органического вещества, синтезированного высшими растениями, несущего в себе аккумулированную энергию. Вторая группа включает огромное количество весьма разнообразных процессов: разложение органических соединений и синтез гумусовых веществ; синтез и распад микробной плазмы; образование и распад органо-минеральных соединений, т. е. процессы, связанные с круговоротом углерода (разложение углеводов, дубильных веществ, лигнина и др.); процессы, связанные с круговоротом азота, - аммонификация, нитрификация и денитрификация, фиксация атмосферного азота (см. Азотфиксация); разложение и превращение первичных и вторичных минералов и синтез вторичных; окисление и восстановление, особенно железа и марганца; замерзание и оттаивание почвенной влаги, её внутрипочвенное испарение, конденсация и т.д. Третья группа: передвижение почвенного воздуха под влиянием меняющихся давления и температуры; диффузное передвижение газов и водяного пара, передвижение почвенного раствора под действием силы тяжести, капиллярных, сорбционных и осмотических сил; передвижение почвенной массы роющими животными, под влиянием давления корней и др.
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.
Совокупности процессов формирования определённых почвенных горизонтов получили наименование элементарных почвенных процессов: образование степного войлока, лесной подстилки, торфа (накопление органических остатков на поверхности П.); гумусово-аккумулятивный процесс (накопление органо-минеральных соединений и зольных элементов в верхних горизонтах); засоление П. (передвижение солей в растворённом состоянии с последующим выпадением из раствора); расселение (вынос растворённых солей в нижние горизонты или за пределы П.); оглинивание, т. е. превращение первичных минералов во вторичные глинистые минералы (разложение первичных минералов и синтез вторичных); иллювиальные процессы (растворение различных веществ в верхних горизонтах П., перемещение растворов в более глубокие горизонты с осаждением некоторых веществ и их аккумуляцией); лессиваж - передвижение под влиянием силы тяжести мельчайших твёрдых частиц в составе суспензии; оглеение (восстановление элементов с переменной валентностью, в первую очередь железа и марганца, и связанное с этим обесструктуривание почвенной массы), осолонцевание, осолодение, оподзоливание, ожелезнение, ферралитизация, педокриогенез и др.
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. До Докучаева П. классифицировали по отдельным свойствам - химическому составу, гранулометрическому составу и др. В основе современной генетической классификации П. лежит строение почвенного профиля, отражающее совокупность процессов становления, развития, эволюции П. и их режимы. Основная классификационная единица - генетический тип. Докучаевым выделялось 10 почвенных типов, в современных классификациях - более 100. Типы подразделяют на подтипы, роды, виды, разновидности, разряды и объединяют в классы, ряды, формации, генерации, семейства, ассоциации и т.п. Принцип объединения почвенных типов в более высокие единицы в различных классификациях неодинаков: экологический - по условиям почвообразования, эволюционно-генетический (или историко-генетический) - по связям между группами П., профильно-генетический - по строению почвенных профилей, их генезису и др. Важной частью почвенной классификации является диагностика П. - система объективных признаков, позволяющих разделять их на всех таксономических уровнях классификации. Особое значение имеют диагностические признаки для определения типов и более низких таксономических единиц, т.к. на большинстве почвенных карт выделяют именно их ареалы. Большое практическое значение имеют прикладные (агропроизводственные, мелиоративные, лесоводственные и др.) группировки почв.
Единая международная классификация П. не разработана. Создано значительное число национальных почвенных классификаций; некоторые из них (СССР, США, Франция) включают все П. мира. Первая попытка создания мировой системы П. сделана ФЛО - ЮНЕСКО (1968-74) при составлении Международной почвенной карты 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.
В работах И. П. Герасимова и других учёных были установлены закономерные изменения свойств П. внутри зон и подзон, связанные с изменениями климата и некоторых др. биоклиматических условий. Это явление получило название провинциальности и фациальности и позволило выделить внутри зон и подзон провинции, а аналогичные провинции нескольких зон и подзон объединить в фации. Были выявлены различия рядов почвенных зон на разных континентах и крупных частях наиболее обширных континентов. Например, в восточной части Азии с С. на Ю. сменяются зоны тундровых, мерзлотно-таёжных, подзолистых почв и подбуров, бурых лесных почв, коричневых почв сухих лесов и кустарников, желтозёмов, краснозёмов, красно-жёлтых ферралитных П., а в центральной части (Западная Сибирь, Казахстан, Средняя Азия) - зоны тундровых почв, поверхностно-глеевых и подзолистых П., чернозёмов, каштановых, бурых пустынно-степных, серо-бурых пустынных П., серозёмов. Такие различия позволяют выделять почвенные области, каждая из которых характеризуется определённым рядом горизонтальных почвенных зон.
В горных странах отчётливо выражена высотная поясность П. В горах с недостаточным увлажнением смена вертикальных поясов обусловливается сменой степени увлажнения, а также экспозицией склонов (почвенный покров здесь приобретает экспозиционно-дифференцированный характер), а в горах с достаточным и избыточным увлажнением - изменением термических условий.
Рассмотренные почвенно-географической закономерности, обусловленные главным образом биоклиматическими факторами, создают зонально-провинциальное строение почвенного покрова. Однако внутри зон, подзон и провинций почвенный покров неоднороден. В нём наблюдаются более или менее частые смены П., связанные со сменой рельефа, почвообразующих пород, глубиной залегания грунтовых вод, т. е. зависящие главным образом от литолого-геоморфологических факторов. Эти смены в разной степени генетически связанных ареалов П., образующих определённый рисунок почвенного покрова, создают его структуру, все компоненты которой могут быть показаны лишь на крупномасштабных или детальных почвенных картах. Различные структуры почвенного покрова приурочены к определённым литолого-геоморфологическим и неотектоническим структурам, что отчётливо доказывает их тесную генетическую связь.
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.
Лит.: Докучаев В. В., Учение о зонах природы и классификация почв, Соч., т. 6, М. - Л., 1951; Неустроен С. С., Элементы географии почв, 2 изд., М. - Л., 1931; Гедройц К, К., Учение о поглотительной способности почвы, М., 1933; Прасолов Л. И., К вопросу о классификации и номенклатуре почв, "Труды Почвенного института АН СССР", 1936, т. 13; Полынов Б. Б., Избр. труды, М., 1956; Герасимов И. П., Мировая почвенная карта и общие законы географии почв, "Почвоведение", 1945, Ї 3-4; Розов Н. Н., Развитие учения В. В. Докучаева о зональности почв в современный период, "Изв. АН СССР, сер. географии", 1954, Ї 4; Фридланд В. М., К вопросу о факторах зональности, там же, 1959, Ї 5; Герасимов И. П., Глазовская М. А., Основы почвоведения и география почв, М., 1960; Волобуев В. Р., Экология почв, Баку, 1963; Кононова М. М., Органическое вещество почвы, М., 1963; Возбуцкая А. Е., Химия почвы, 2 изд.. М., 1964; Нерпин С. В., Чудновский А. Ф., Физика почвы, М., 1967; Фридланд В. М., Структура почвенного покрова, М., 1972; Глазовская М. А., Почвы мира, ч. 1-2, М., 1972-73; Ковда В. А., Основы учения о почвах, кн. 1-2, М., 1973.
? А. А. Роде, В. М. Фридланд.