Биологические процессы в почвообразовании

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ

Почвообразовательный процесс — это сложная совокупность явлений превращения и перемещения различных веществ в верхнем слое земной коры; взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ; баланса элементов, воды и тепла. Из разного сочетания этих явлений, которые в различной степени выражены в конкретных условиях, складывается определенный тип почвообразовательного процесса.

В каждом типе почвообразования можно выделить более общие процессы и частные, специфические. К общим относятся циклические процессы поступления и разложения органических веществ, биологической аккумуляции и выноса веществ из почвы, распада и синтеза вторичных минералов. Специфичны для каждого типа процессы гумусообразования и гумусонакопления, разложения первичных минералов и новообразования вторичных минералов. Среди частных почвообразовательных процессов выделяют макро- и микропроцессы. Первые охватывают всю почвенную толщу и ведут к образованию почвенного профиля, вторые сосредоточены в микрозонах, в отдельных очагах, что особенно характерно для некоторых микробиологических преобразований Процессы в пределах одного горизонта иногда называют мезопроцессами.

В последние годы в почвоведении развивается новое учение об элементарных почвенных процессах (ЭПП), основы которого были заложены трудами С. А. Захарова, С. С. Неуструева, Б. Б. Полынова. Под такими процессами понимают те, которые относятся только к почве. Они являются общими для всех типов, но их разное сочетание дает все разнообразие почв. И. П. Герасимов выделяет 13 таких элементарных почвенных процессов, другие исследователи – больше. Элементарными их назвали потому, что из них, как из кирпичиков, слагается весь почвообразовательный процесс. Эти процессы могут быть, в свою очередь, очень сложными. Некоторые из них имеют биологическую природу и в основе их лежит биохимический механизм.

Т. В. Аристовская (1980) предлагает по аналогии с ЭПП рассматривать и ЭПБП – элементарные почвенно-биологические процессы, относя к их числу следующие: 1 – разложение растительного опада; 2 – образование гумуса; 3 – разложение гумуса микроорганизмами; 4 – деструкция минералов почвообразующей породы почвенными микроорганизмами и их метаболитами; 5 – микробное минералообразование.

Кроме названных пяти процессов, которые обязательно проявляются во всех типах почв, есть еще ряд процессов характерных только для определенных типов почвообразования.

РАЗЛОЖЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ФОРМИРОВАНИЕ ПОДСТИЛКИ

Разложение растительных остатков совершается как в толще почвы, так и на ее поверхности. Отмирающие корневые системы однолетних и многолетних растений, а также подземные части – луковицы, клубни, разлагаются в почве. Надземные части растений после отмирания в виде отпада и опада накапливаются на поверхности почвы. Из них формируется под лесами лесная подстилка, под травянистыми формациями ветошь и степной войлок.

Превращение опада в подстилку осуществляется сложным комплексом организмов, включая и представителей почвенной фауны. Характер разложения и его скорость определяются тремя главными факторами: составом растительного материала, водно-термическим режимом и комплексом организмов – разлагателей. В процессе разложения одна часть веществ полностью минерализуется, другая – консервируется, и третья часть включается в гумус. При этом синтезируется живая биомасса обитателей подстилки, живущих сапротрофно за счет разлагаемого мертвого органического субстрата. ниже 20.

По мере разложения происходит изменение опада и превращение его в аморфную массу. Это прослеживается на вертикальном профиле в виде слоев разной степени разложенности опада. Верхний слой — L — опавшие листья; средний ферментативный — F и нижний гумусовый — Н. Такая стратификация подстилки — результат последовательно сменяющих друг друга, «конвейерных», процессов, которые связаны со сменой работающих комплексов организмов. Это явление носит название сукцессии.

Для L-слоя характерно общее обилие и высокое экологическое разнообразие организмов, активность которых носит сезонный характер и выражается в цикличности процессов. В этом слое среди микроорганизмов преобладают эпифиты, попадающие в подстилку с опадом: высокая доля неспоровых бактерий и дрожжеподобных грибов, в частности Aureobasidium pullulans. Из макромицетов — шляпочные грибы родов Marasmius, Micena, Collybia. Много нематод, коллембол и панцирных клещей — орибатид. В L-слое происходят процессы разложения простых углеводов, пектина и белков.

В F-слое отмечается самое активное дыхание за счет очень высокой общей численности микроорганизмов. Велико и их разнообразие. Преобладающая группа — базидиальные грибы, а также представители экологической группы разрушителей целлюлозы: Chaetomium, Trichoderma, Mycogone. Им сопутствуют бактерии и члены сахаролитического комплекса — дрожжи и мукоровые грибы. В этом слое много представителей микрофауны — коллембол, клещей. Здесь идет более глубокий распад органических веществ, включая целлюлозу, хитин, лигнин. Одновременно протекают процессы синтеза гумусовых веществ.

В Н-слое происходит снижение интенсивности дыхания в результате уменьшения численности и разнообразия комплекса грибов в первую очередь. Остаются главным образом гумусовые сапрофиты. Из бактерий — споровые и много актиномицетов, которых почти нет в слое L. Здесь завершаются процессы распада, происходит усложнение гумусовых соединений. В гумусовом слое большую долю составляют выбросы дождевых червей и других беспозвоночных; они активно заселяются актиномицетами.

При переходе к минеральным горизонтам падает общая численность микроорганизмов и микроартропод, резко меняется состав экологических и таксономических групп.

Сукцессионные изменения, таким образом, касаются всех групп биоты — животных, грибов и бактерий — и отражаются на интенсивности и направленности процессов разложения. Особенно четко они прослеживаются на грибных комплексах. В группе мелких членистоногих (микроартропод) по мере сукцессии происходит замена доминирования поверхностных форм подстилочно-почвенными, а затем почвенными. Наиболее заметна эта смена у нематод, менее — у ногохвосток и меньше всего — у панцирных клещей (Чернова, 1977).

Скорость поступления опада, как правило, выше, чем скорость его разложения. В разных условиях минерализация опада сильно различается. В субтропическом лесу, где круглый год положительные температуры и высокая влажность, ежегодный опад почти целиком «сгорает» и почва почти голая, без подстилки. В хвойных лесах севера с коротким периодом положительных температур опад разлагает медленнее и накапливается в силу климатических условий и из химического состава хвои. В целом процесс формирования подстилки сравним с поверхностным компостированием конвейерного характера.