Преобразование рыхлых горных пород в почву осуществляется в процессе межфазного взаимодействия минеральной матрицы с водой, воздухом, растительностью, живыми организмами и продуктами их метаболизма (жизнедеятельности) при переменных значениях температуры, осадков и испарения.
Бесконечное множество сочетаний факторов почвообразования в пространстве и времени обусловливает громадную вариацию почвенных процессов, разную интенсивность и направление развития почвообразовательного процесса. Вследствие этого образуется огромное разнообразие почвенных форм.
Совокупность почвообразовательных процессов
Почвообразовательный процесс представляет собой совокупность многочисленных разнородных процессов: разрушения и синтеза минерального и органического вещества; взаимодействия между твердой, жидкой, газовой и живой фазами почвы (межфазные взаимодействия); выноса, аккумуляции и перераспределения вещества и энергии, в результате которых образуется особое природное тело — почва.
Уровни почвообразовательных процессов
Первый, высший уровень представляет собой профилеобразующий процесс, объединяющий результаты всех почвенных процессов, управляемых, в первую очередь, радиационным и, следовательно, тепловым балансом территории. Это интегральный процесс, определяющий специфическое строение всего профиля почвы, ее принадлежность к определенному типу почв и почвенно-климатической зоне. К профилеобразующим процессам относятся подзолистый, болотный, бурозёмный, чернозёмный, солонцовый, солончаковый и др. Каждый профилеобразующий процесс состоит из разных комбинаций горизонтообразующих процессов, представляющих собой процессы второго уровня.
Горизонтообразующие процессы зависят, как правило, от водного баланса, с которым связаны определенные особенности состава и свойств генетических горизонтов и последовательное расположение их в профиле. К горизонтообразующим процессам относятся органо-аккумулятивный, элювиальный, иллювиально-гумусовый, текстурный, глеевый, метаморфический и др.
Третий уровень представлен элементарными почвенными процессами (ЭПП). Это базовые специфически почвенные процессы, главные составляющие процесса формирования почвы в целом. Выделяют следующие основные группы элементарных почвенных процессов (ЭПП): метаморфизм (преобразование) органического и минерального вещества, переорганизация почвенной массы, оглеение, миграция, сегрегация и цементация вещества. Примерами ЭПП являются минерализация органического вещества, гумификация, дезинтеграция, оструктуривание, криотурбации, засоление, осолонцевание, альфегумусовая миграция, карбонатная цементация, сегрегация железа и марганца и др. Определенное сочетание ЭПП обусловливает специфику каждого горизонтообразующего процесса.
Четвертый уровень в иерархической системе почвообразующего процесса составляют неспецифические для почвы процессы: механические, физические, физико-химические, химические, биологические. Примерами могут служить такие процессы, как флотация, растворение, окисление, гидратация, восстановление, гидролиз. Неспецифические процессы входят во все ЭПП и участвуют в формировании всех почвенных горизонтов, однако их сочетания, интенсивность, степень проявления и роль различны в разных почвенных процессах в соответствии с условиями среды и почвенными режимами.
Стадии почвообразования
При постоянстве или слабой изменчивости среднемноголетних величин осадков и температуры для формирования полнопрофильной зрелой почвы требуется много столетий.
Почвы являются постоянно развивающимися системами. Весь жизненный цикл почвы состоит из нескольких стадий. На разных этапах развития свойства и состав почв изменяются. Принято выделять четыре этапа, или стадии, в развитии почвы в естественных условиях.
Первый этап продолжается от момента начала образования почвы до появления характерных морфологических признаков и свойств, которые позволяют идентифицировать тип профилеобразующего процесса. В этот период под действием почвенных процессов происходит дифференциация почвообразующей горной породы на горизонты, рост их мощности, формирование в соответствии с зональным типом почвообразования типоморфных свойств и режимов.
Второй этап почвообразования — это период формирования всех устойчивых типоморфных признаков почвы соответствующего типа почвообразования. К типоморфным признакам относятся морфологическое строение профиля, содержание и групповой состав гумуса, кислотно-щелочная характеристика, окислительно-восстановительные условия, состав почвенно-поглощающего комплекса. На этом этапе почвообразования завершается формирование зрелой полнопрофильной почвы.
Третий этап почвообразования представляет собой период устойчивого функционирования зрелой почвы, когда она находится в динамическом равновесии с климатической нормой почвообразования данного типа почвы и развитым на ней биоценозом. Это так называемое климаксное состояние почвы. Продолжительность климаксной стадии почвообразования может составлять многие тысячи лет. Этот период может закончиться вследствие изменения факторов почвообразования либо из-за вмешательства человека и естественным путем перейти в новый виток почвообразования — в стадию эволюции.
Стадия эволюции вызывается изменением характера и направления развития почвы. Причинами эволюции могут стать саморазвитие почвы (например, прогрессивное заболачивание глеевых подзолов при постепенном нарастании мощности органогенного горизонта), а также устойчивое изменение климата или степени дренированности территории. Сплошная вырубка древостоя на подзолистых глеевых почвах и осушительная мелиорация переувлажненных лесных почв также могут привести к коренному изменению процесса почвообразования.
Естественный ход развития почвы может нарушиться в результате процессов эрозии, дефляции, солифлюкции или антропогенной деятельности. При этом происходит полное или частичное разрушение почвенного профиля (например, при эрозии), полное погребение почвенного профиля (например, вулканическим пеплом или делювиальными наносами). На измененном профиле целиком или частично формируется новый почвенный профиль.
Каждый профилеобразующий процесс в конкретном ландшафте всегда распространяется на свойственную ему определенную глубину материнской породы, создавая собственную комбинацию горизонтов. Его можно рассматривать как модель естественного преобразования горной породы в почву. Такая модель почвообразования неуклонно реализуется и на нарушенных почвах. Вследствие этого в почвенном профиле могут сочетаться признаки и свойства разных стадий почвообразования, свидетельствующие о полигенетичности почвы. Так же как и на первой стадии, почва на этапе эволюции находится в неустойчивом состоянии и стремится к достижению равновесия с изменяющейся средой. Стадии формирования почв характеризуются траекторией развития почвы.
Возраст почвы
Почва, как и другие природные тела, имеет возраст.
Различают абсолютный и относительный возраст почв. Под абсолютным возрастом почвы понимается период ее развития с начала почвообразовательного процесса по настоящее время. Время стабилизации поверхности суши и начала почвообразовательного процесса на разных территориях не совпадало, следовательно, современный почвенный покров образован разновозрастными почвами, находящимися на разных стадиях развития.
Совсем молодые почвы встречаются на аллювиальных наносах в речных долинах, на свежих вулканических выбросах пепла или лавы, отвалах горных пород, образующихся при добыче полезных ископаемых, или на открытых поверхностях с почвенным покровом, нарушенным при проведении строительных работ. Глубина и степень преобразования материнской породы при прочих равных условиях связана с длительностью процесса почвообразования, т. е. с возрастом почвы.
Для определения абсолютного возраста почвы используется радиоуглеродный метод (14C). Этим методом был определен абсолютный возраст зрелых чернозёмов. Он составил около 7—8 тыс. лет.
Относительный возраст почв характеризует степень развития, молодость или зрелость почв в соответствии со стадиями их развития.