 |
Болотный процесс почвообразования
|
|
|
|
Болотоный тип почвооброзования
Реферат по почвоведению выполнил: студент 1 курса 6 группы Васильев Павел Сергеевич
Санкт-Петербургский Государственный Университет
Факультет Географии и Геоэкологии
Санкт-Петербург 2001
Болотные почвы широко распространены в таежно-лесной и тундровых зонах. Большие площади они занимают в северо-западных и северных областях евтопейской части СССР (Белоруссия, Карельская АССР, Мурманская, Ленинградская, Вологодская, Архангельская области). В азаатской части СССР эти почвы наиболее распространены на территории Западно-Сибирской низменности и Дальнего Востока. Общая площадь болотных почв в таежно-лесной и тундровой зонах около 100 млн. га. Болотные почвы встречаются и вне таежно-лесной и тундровой зон. Однако площадь их в других зонах относительна невелика.
Болотный процесс почвообразования
Болотный почвообразовательный процесс характеризуется накоплением в почве органического вещества в виде торфа и оглеением минеральной части почвы. Формирование и развитие болотных почв неразрывно связаны с избыточным увлажнением, которое возникает вследствие различных причин и может быть вызвано поверхностными и грунтовыми водами.
Поверхностные воды могут застаиваться в отрицательных элементах рельефа (котловины, западины и др.), куда вода притекает с окружающей местности. Застаивание воды атмосферных осадков может иметь место и на равнинных элементах рельефа в случае слабо выраженного или совсем отсутствующего поверхностного стока при слабой водонепроницаемости почв и особенно при наличии плотного водоупорного горизонта в толще почвы или почвообразующей породы.
|
|
|
При неглубоком залегании грунтовых вод последние близко подходят к дневной поверхности и, насыщая верхние горизонты почвы до полной влагоемкости, создают условия, благоприятные для развития болотной растительности.
Торфообразование. В начальной стадии заболачивания появляются влаголюбивые автотрофные травянистые растения, которые в последующие стадии сменяются зелеными мхами, кукушкиным льном и, наконец, белым мхом-сфагнумом. Избыточное увлажнение сказывается не только на составе растительности, но и на темпах и характере разложения растительных остатков.
В анаэробных условиях, при недостатке кислорода воздуха, интенсивность окислительных процессов сильно уменьшается и минерализация органических веществ до конца не идет. Разложение органических остатков при анаэробинозисе приводит к образованию промежуточных продуктов в виде низкомолекулярных органических кислот (масляная, уксусная, молочная и др.), которые еще более замедляют процесс минерализации, подавляя жизнедеятельность микроорганизмов, которым принадлежит основная роль в процессах превращения органических веществ в почве.
Разложение органических остатков в анаэробных условиях приводит к накоплению на поверхности почвы полуразложившихся органических веществ в виде торфа, который составляет неотъемлемую часть всякой болотной почвы. Мощность слоя торфа может достигать в отдельных случаях десятка метров и более.
В образовании торфа важная роль принадлежит разнообразным почвенным микроорганизмам. Наиболее активный биохимический процесс превращения органического вещества торфа протекает в самом верхнем его слое, где создаются условия некоторой аэрации. В нижних горизонтах масса торфа не претерпевает существенных изменений. Об этом, в частности, свидетельствует содержание микроорганизмов в разных горизонтах торфа. Так, по данным кафедры почвоведения ТСХА, количество микроорганизмов в верхнем горизонте низинного торфяника составляло 3660 тысяч на 1г почвы, а в нижних слоях лишь 216 тысяч.
|
|
|
В превращении органических веществ в болотных почвах принимают участие представители многих групп почвенных микроорганизмов. При этом на отдельных стадиях превращения органических остатков ведущее место принадлежит определенным группам организмов. Вначале на отмершей растительности активно развиваются неспороносные бактерии и грибы. В дальнейшем по мере разрушения органических веществ значительное развитие получают спорообразующие бактерии, которых сменяют целлюлозоразлагающие и другие микроорганизмы.
Следовательно, торфообразование – это боихимический процесс, в котором принимают участие многочисленные микроорганизмы, выполняющие сложные функции по разложению и синтезу органического вещества, приводящие в конечном счете к образованию торфа болотных почв.
Изменение условий аэрации и питательного режима является причиной развития определенных групп болотной растительности и ее эволюции.
В. Р. Вильямс следующим образом раскрывает общую схему постепенной эволюции луговой почвы в болотную. В развитии луговой стадии дернового периода главное значение принадлежит трем типам злаков: корневищным, рыхлокустовым и плотнокустовым. За время господства корневищной и особенно рыхлокустовой злаковой растительности происходит прогрессивное накопление органических остатков и аморфного перегноя в массе почвы. Наибольшее накопление органического вещества происходит в верхних горизонтах почвы. Это обстоятельство приводит к ограничению притока кислорода и к сгущению условий анаэробиозиса в почве, чему особенно способствует большая влагоемкость органического вещества.
Анаэробиозис резко заторможивает разложение органического вещества, а следовательно, и вовлечение зольных элементов и азота в новые циклы биологического круговорота, вследствие чего возникает относительный недостаток элементов зольной пищи и азота для растений. В результате недостатка элементов пищи и кислорода в почве луга, рыхлокустовые злаки вытесняются плотнокустовыми злаками, которые, обладая микотрофным типом питания, могут развиваться и в условиях бедности почвенной среды элементами минеральной пищи. Но в силу своей биологической природы плотнокустовые злаки во все возрастающей степени накапливают органическое вещество на поверхности почвы. В этих условиях корни плотнокустовых злаков, отделяясь от минеральной части почвы, распространяются в массе органического вещества, которое по мере прироста вверх становится все беднее элементами зольной пищи, в результате чего плотнокустовые злаки начинают отмирать. И чем больше прирост органического вещества и его отложение на поверхности почвы, тем сильнее его верхние горизонты обедняются элементами зольной пищи и азотом.
|
|
|
В этих условиях на смену плотнокустовым злакам приходят еще менее требовательные к минеральной пище болотные растения и среди них такие олиготрофы, каким является мох сфагнум.
В различных условиях заболачивания территории может иметь место и иной характер развития и смены болотной растительности.
Так, при развитии болотного процесса в понижениях, куда с почвенно-грунтовыми водами приносится значительное количество элементов питания, могут устойчиво развиваться более требовательные к условиям питательного режима травянистые растения-торфообразователи – плотнокустовые злаки, осоки, пушицы, вейники, камыши и др. Заболачивание бедных подзолистых почв на водоразделах в таежно-лесной зоне обычно начинается с поселения зеленых мхов и быстро вступает в фазу сфагнового болота. Наиболее распространенными растениями-торфообразователями из травянистых являются: осоки (Garex L.), пушицы (Eriophorum L.), камыш (Scirpus L.), тростник (Phragmites communis Trin.), вейник (Calamagrostis Adans.), шейхцерия (Schenchzeria L.), рогоз (Typha L.), канареечник (Phalazis L.), хвощовые (Equesetaceae L.) и др. Среди полукустарников и древесных наиболее часто в торфообразовании учавствуют: багульник (Ledum palustre L.), клюква (Oxycoccus palustris Pers.), вереск (Calluna vulgaris L.), ива (Salix L.), береза (Betula L.), ольха черная (Alnus glutinos (L.) Hulb.) и серая (Alnus incana (L.) Mecnch), сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), ель (Picea excelsa L.), лиственница (Larix sibirica Ledeb.) и др.
|
|
|
Особенно большую роль в торфообразовании играют мхи – гипновые зеленые (Bryales), кукушкин лен (Polytrichum commune L.) и белые сфагновые (Sphagnales).
Оглеение. Термины “глей” и “глееобразование” были введены в научную терминологию Г. Н. Высоцким, который впервые указал на биохимическую природу глееобразования. Под глеем Г. Н. Высоцкий понимал “более или менее плотную суглинистую или глинистую породу серого цвета с зеленоватым оттенком”, формирующуюся в условиях длительного переувлажнения.
Высоцкий считал, что в процессе оглеения, или глееобразования, главную роль играют явления раскисления окиси железа, превращения его в соединения закиси с последующим ее выщелачиванием.
Раскисление происходит под влиянием разлагающихся органических веществ в условиях затруднения или полоног прекращения доступа кислорода воздуха при участии анаэробных микроорганизмов.
Последующие исследования подтвердили это положение Высоцкого и показали, что глееобразование представляет собой сложный биохимический восстановительный процесс, протекающий в анаэробных условиях при непременном наличии органического вещества и при участии анаэробных микроорганизмов. По данным Е. В. Рунова, Е. Ф. Березовой и других исследователей, большая роль в процессах оглеения принадлежит маслянокислым бактериям. Наиболее крупные работы в изучении глеевого процесса проведены Я. Н. Афанасьевым, А. А. Завалишиным, К. В. Веригиной, С. П. Ярковым, И. С. Кауричевым и др.
При глееобразовании происходит значительное изменение состава и свойств органической и минеральной частей почвы.
В условиях анаэробиозиса в составе органического вещества накапливаются наиболее активные и подвижные фракции специфической и неспецифической природы (фульвокислоты, низкомолекулярные кислоты и соединения типа полифенолов).
При процессах глееобразования минеральная часть почвы подвергается разнообразным и сложным превращениям – происходит разрушение первичных и вторичных минералов и в то же время возможен синтез вторичных минералов. Кроме того, существенным превращениям подвергаются соединения элементов с перемонной валентностью (Fe, Mn, S и N).
Процесс разрушения алюмо-феррисиликатов происходит под влиянием накапливающихся активных органических соединений с кислыми свойствами. Кроме того, можно предполагать (А. М. Можейко, Б. А. Неунылов и др.), что под влиянием образующихся при анаэробном брожении таких активных акцепторов кислорода, как метан, сероводород, водород, некоторых восстанавливающих экзоферментных систем микроорганизмов возможно отщепление внешних кислородов от кристаллической решетки алюмо- и феррисиликатов, что вызовет нарушение электростатических связей в кристаллической решетки и последующее ее разрушение с переходом в раствор ионов железа, алюминия и др. Из коллоидных и ионных растворов, содержащих железо, кремнекислоту, гидроокиси алюминия и другие соединения, при смене ОВ-условий реакции дегидратации возможен ресинтез вторичных минералов (И. Н. Антипов-Каратаев, Е. И. Парфенова, Е. А. Ярилова). Ресинтез вторичных минералов при оглеении наиболее выражен в условиях ослабленного выноса продуктов глеевого процесса и почти не имеет места при хорошо выраженных нисходящих токах воды в условиях кислой реакции почвенных растворов.
|
|
|
Одной из наиболее характерных особенностей глееобразования является восстановление железа. Соединения окисного железа, восстанавливаясь, переходят в соединения двухвалентного, закисного железа.
Восстановление окисного железа в закисное может происходить, по-видимому, как в результате ферментативной деятельности микроорганизмов, так и вследствие воздействия продуктов жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. К таким продуктам могут относиться газообразные соединения (СН4, Н2, Н2S), низкомолекулярные органические и гуминовые кислоты. По данным В.Ф.Непомилуева и М.А.Козырева, в оглеенных почвах широко распространены масляно-кислые бактерии рода Clostridium и так называемые железовосстанавливающие микроорганизмы, которые способны переводить окисные соединения железа в закисные. В зависимости от характера увлажнения судьба соединений закисного железа будет разной.
При переодическом переувлажнении соединения железа могут находиться то в окисной, то в закисной форме, в зависимости от продолжительности периода увлажнения и периода аэрации.
Первым соединением, которое образуется при восстановлении железа, является более мобильное двууглекислое железо Fe(HCO3)2, которое в природных условиях довольно хорошо растворимо в воде и при смене восстановительных условий на окислительные легко окисляется с образованием гидроокиси железа:
4Fe(HCO3)2 +O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 +8CO2.
Ржавые и охристые пятна, примазки и другие железистые образования в слабозаболоченных почвах обусловлены соединениями гидрата окиси железа, образующимися при смене окислительно-восстановительных явлений.
При длительном и тем более постоянном избыточном увлажнении в условиях устойчивого развития глеевого процесса ионы закисного железа вступают в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя с ними, как отмечено выше, вторичные алюмо-ферросиликаты, в состав которых входит закисное железо.
Такие минералы в отличие от минералов, содержащих окисное железо, имеют сизоватую, грязно-зеленоватую или голубоватую окраску. Почвенные горизонты, в которых накапливаются эти минералы, называются глеевыми. Если избыточное увлажнение непродолжительное, то сплошной глеевой горизонт может и не образоваться, а вместо него в почвенном профиле появляются отдельные сизоватые или зелено-голубоватые пятна. Такие горизонты называются глееватыми.
Приобретение глеевыми горизонтами специфической окраски связано также с потерей пленок окисного железа с поверхности почвенных минералов, собственная окраска которых придает характерный цвет глею.
В процессе оглеения, кроме вторичных минералов, являющихся более устойчивыми к окислению, образуются и менее устойчивые минералы, к которым можно отнести сидерит (FeCO3) и вивианит [Fe3(PO4)2 х 8Н2О]. При оглеении почва относительно обогащается кремнекислотой и обедняется железом и в меньшей степени алюминием. Сопоставление данных по составу глеевого и подзолистого горизонтов показывает, что последний в равной степени обеднен окислами железа и алюминия, тогда, как из глеевого горизонта выщелачивается преимущественно железо, а алюминий является более устойчивым.
При оглеении наряду с восстановлением железа происходит восстановление марганца и образование подвижных его соединений. Продуктами восстановления серы при развитии устойчивого оглеения являются H2S и FeS. Значительным превращениям при оглеении подвергаются соединения азота и фосфора. Превращения азота связаны с развитием процессов денитрификации, которые приводят к быстрому исчезновению нитратных форм азота и могут вызвать при длительном и устойчивом развитии восстановительных процессов значительную потерю азота из почвы. Изменение фосфатного режима связано с образованием в оглеенных горизонтах фосфатов закиси железа типа вивианита, а при переодической смене восстановительных процессов окислительными – накоплением труднорастворимых фосфатов окиси железа. При переувлажнении почв в первую очередь происходит восстановление нитратов и сульфатов и уже затем восстанавливаются окисные соединения железа и марганца.
Поскольку при оглеении образуются активные органические соединения с кислыми свойствами и подвижные компоненты разрушения и восстановления минеральной части почвы, то создаются благоприятные условия для образования разнообразных органо-минеральных соединений, которые имеют важное значение в миграции железа, марганца и алюминия из оглеенных горизонтов. Особенно сильно процессы миграции развиваются в почвах поверхностного временного избыточного увлажнения под влиянием сезонного оглеения при сочетании с нисходящими токами воды. Такой элювиально-глеевый процесс имеет важное значение в формировании элювиальных горизонтов в различных типах почв – глеево-подзолистых, солодях, “подбелах” и др. (Ю.А.Ливеровский, И.С.Кауричев).
В тех случаях, когда оглеение развивается в условиях близкого залегания грунтовых вод или под влиянием избыточного увлажнения водами внутрипочвенного стока, наблюдается обратный процесс – гидрогенной аккумуляции в верхних горизонтах подвижных продуктов глеевого процесса и в особенности соединений железа.
Таким образом, развитие глеевого процесса приводит к существенному ухудшению агрономических свойств почв и для их улучшения требуется коренное изменение водно-воздушного режима путем осушительных мелиораций, а для почв временного поверхностного переувлажнения (минеральные полугидроморфные почвы) применением комплекса агротехнических мероприятий.
|
|
|
