Растительность как фактор почвообразования

Высшие растения как продуценты и главный источник поступления в почву органического вещества играют особую роль в почвообразовании.

Они являются своеобразным мощным насосом, перекачивающим химические элементы и воду из почвы в свои органы. Корни растений, проникая в почву, разрыхляют ее и активно воздействуют на ее фазовый состав.

Площадь лесов на планете составляет около 30 %. Оптимальные условия для лесной растительности — превышение суммарного количества осадков над испарением. Избыток влаги при господстве древесной, особенно хвойной растительности способствует интенсивному выщелачиванию растворенных соединений, глубокому разрушению минералов и выносу продуктов почвообразования за пределы профиля.

Под лесной растительностью в почвах формируется специфический биоценоз из позвоночных, беспозвоночных, грибов. Общая фитомасса лесной растительности колеблется от 3 до 5 тыс. ц/га, при этом около 500 ц/га приходится на долю ризомассы, т. е. корней.

Главная роль в лесном почвообразовании принадлежит наземному опаду и тонким корням. Общая поверхность сосущих корневых окончаний столетнего древостоя сосны на 1 га может составить до 1,5 га. У хвойных пород до 95% ризомассы сосредоточено в верхнем слое почвы (0—30 см). С корнями деревьев всегда связана микориза. Поэтому в ризосфере деревьев обитает значительное количество микроорганизмов, а численность простейших в 5—10 раз выше по сравнению с их средним содержанием в почвах.

Кислотность почвы в хвойных лесах усиливается за счет выщелачивания дождевыми водами веществ кислотной природы из живых листьев, хвои и коры. Подкисление до pH 3,3—4,5 может быть вызвано жизнедеятельностью мхов и лишайников. В ризосфере хвойных пород концентрация водородного иона всегда выше (pH ниже на 0,2—0,6), чем вне ризосферы. Водная вытяжка из хвои ели имеет pH около 4, из подстилки сосны — 4,5, а листья широколиственных пород — около 7. Резкие различия в реакции растворов продуктов из листьев и хвои объясняются тем, что для листьев и хвои характерны разные зольность и содержание оснований. При низкой зольности подстилка может иметь pH около 4,5—4,6. Нейтральная реакция типична для лесной подстилки лиственных лесов.

Роли древесной и травянистой растительности в почвообразовании существенно различны. Это связано с глубиной проникновения в почвенную толщу и распределением корневой системы, а также с различиями в величине и характере поступления растительных остатков в почву, их зольном составе.

Совокупность процессов поглощения растениями химических элементов из почвы, синтеза и разложения органического вещества, возврата химических элементов в почву называется биологическим круговоротом веществ в системе «растение — почва».

Элементы биологического круговорота веществ в различных экосистемах (по Л.Е. Родину и Н.Е. Базилевич, 1965)

Некоторые химические элементы, участвующие в биологическом круговороте, не удерживаются почвой, выносятся геохимическим внутрипочвенным стоком за пределы почвенного профиля и включаются в большой геологический круговорот химических элементов.

Для характеристики биологического круговорота веществ используются следующие показатели: запасы фитомассы (ц/га) в надземной и подземной частях растений, величина годичного прироста фитомассы и опада, содержание зольных химических элементов в разных частях растений и в опаде. Отношение массы подстилки к массе ежегодного опада служит показателем интенсивности биологического круговорота.

Корневая система растений поглощает из почвенного раствора макроэлементы (Са, N, К, Р, S, Al, Fe) и микроэлементы (Zn, В, Мn…) минерального питания и выделяет в эквивалентном количестве ионы (Н⁺, ОН^—), ферменты и другие органические соединения, активно участвующие в почвенных процессах. В среднем растительность умеренного климата поглощает из почвы ежегодно 100—600 кг/га минеральных веществ. Количество поглощаемых из почвы и возвращаемых в нее с растительным опадом химических элементов зависит от типа фитоценозов.

Агроценозы, приходящие на смену биогеоценозам, вносят огромные изменения в биологический круговорот веществ. С урожаем культурных растений из почвы безвозвратно выносится колоссальное количество зольных элементов. Так, с урожаем пшеницы 20—25 ц/га отчуждается из почвы до 150—200 кг/га основных элементов минерального питания (N, P, K, Ca, Mn, Fe, S, Si, Al, Mg).

Скорость разложения органических остатков и характер образующихся в результате этого процесса веществ зависят от климатических условий и состава растительности. Химический состав органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза, зависит от типа растений. Мхи и древесина отличаются высоким содержанием лигнина. В злаках много гемицеллюлозы, в иглах сосны — воска, жиров и смол.

В процессе разложения органических остатков в почву возвращаются зольные элементы, поглощенные растениями из почвы.

Содержание зольных элементов и азота в биоценозах, кг/га (по Д.С. Орлову, 1990)

Индекс интенсивности биологического круговорота веществ максимален в заболоченных ландшафтах (более 50), где происходит прогрессивное накопление торфа и образование болотных торфяных почв. В темнохвойных таежных лесах индекс интенсивности биологического круговорота значительно меньше (10—17). Минерализация опада в хвойных лесах происходит замедленно и на поверхности почвы формируются органические горизонты, часто наблюдается образование торфяного слоя. Интенсивность биологического круговорота в степях составляет 1,0—1,5. Образующийся в естественных степных экосистемах степной войлок из травянистой растительности разлагается в течение года.

Продукты разложения хвои, листьев, трав, стволов различны по химизму и влиянию на почвообразование. Так, продукты разложения степных трав имеют близкую к нейтральной реакцию (pH = 7). Экстракты из хвои ели, вереска, лишайников, сфагнового мха имеют кислую реакцию (pH 3,5—4,5). Экстракты из полыни имеют щелочную реакцию (pH 8,0—8,5).