ЧИННИКИ ТА УМОВИ ҐРУНТОУТВОРЕННЯ. РОЛЬ ҐРУНТОУТВОРЮЮЧИХ ПОРІД. ФОРМУВАННЯ ҐРУНТОВОГО ПРОФІЛЮ.

ЧИННИКИ ТА УМОВИ ҐРУНТОУТВОРЕННЯ. РОЛЬ ҐРУНТОУТВОРЮЮЧИХ ПОРІД. ФОРМУВАННЯ ҐРУНТОВОГО ПРОФІЛЮ.

 

КЛІМАТИЧНІ ФАКТОРИ ҐРУНТОУТВОРЕННЯ

Як довів В. В. Докучаєв, ґрунт є продукт взаємодії живої і неживої природи. Тому живі організми поряд з гірськими породами, повітрям і водою слід розглядати як матеріальну основу ґрунтоутворення. Вони є найпотужнішим фактором генезису ґрунтів. Процес ґрунтоутворення починається з моменту поселення живих організмів на гірській породі. Вони засвоюють елементи літосфери, воду і елементи атмосфери, включають їх у ме­таболізм і повертають у ґрунт в інших формах і співвідношеннях. Отже, в результаті життєдіяльності організмів виникають малий біологічний кругообіг речовин, а також ґрунтові цикли кругообігу цілого ряду хімічних елементів (С, О, Н, N. Р та ін.).

Життєдіяльність всіх організмів, що населяють ґрунт (мікро­організми, рослини, тварини), та продукти їх життєдіяльності здійснюють найважливіші елементарні процеси ґрунтоутворен­ня — синтез і розкладання органічної речовини, вибіркову акумуляцію біологічно важливих елементів, руйнування і новоутворен­ня мінералів, перерозподіл і акумуляцію речовин тощо. Все це визначає загальний хід процесу ґрунтоутворення і формування ро­дючості ґрунту.

Ґрунт одночасно населяють представники всіх чотирьох царств живої природи — прокаріоти, гриби, рослини, тварини. Проте функції організмів кожного царства в ґрунтоутворенні різні.

 

РОЛЬ МІКРООРГАНІЗМІВ У ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Мікроорганізми, які населяють ґрунт, дуже різно­манітні за складом і за характером біологічної діяльності. Тому їх роль у формуванні ґрунтів надзвичайно складна і різноманітна. Мікроорганізми існують на Землі мільярди років, вони є найстародавнішими ґрунтоутворювачами, бо з’явились на землі задовго до появи вищих рослин і тварин. Крім ґрунтоутворення їх діяль­ність значною мірою визначає властивості осадових порід, склад атмосфери і природних вод, геохімічну історію багатьох елементів (С, N, S, Р, О, Н та ін.).

В біосфері вони здійснюють такі про­цеси, як фіксація атмосферного азоту, окислення аміаку і сірководню, відновлення сульфатів і нітратів, акумуляція сполук за­ліза і марганцю, синтез в ґрунтах біологічно активних речовин — ферментів, вітамінів, амінокислот тощо. Мікроорганізми беруть безпосередню участь в руйнуванні мінералів і гірських порід в про­цесі біологічного вивітрювання.

Проте основною функцією мікроорганізмів в ґрунтоутворенні є розкладання органічних решток рослинного і тваринного походження до гумусоутворення і повної мінералізації.

У процесі ґрунтоутворення беруть участь бактерії, водорості, лишайники, амеби, мікронематоди, джгутикові, війчасті, гриби і актиноміцети. Є дані про присутність в ґрунтах неклітинних форм мікроорганізмів (вірусів, бактеріофагів).

Основна маса мікроорганізмів зосереджена в горизонті поши­рення кореневих систем на глибині 10—20 см десятки і сотні мільйонів штук.

Загальна маса мікроорганізмів орного горизонту (25—30 см) становить близько 10 т/га. Високо-родючі окультурені ґрунти містять найбільше мікроорганізмів. Розглянемо більш детально роль окремих груп мікроорганіз­мів в ґрунтоутворенні.

         Бактерії — найчисленніша і найрізноманітніша група мікроорганізмів, що населяє ґрунт. Відомо близько 50 родів і 250 видів ґрунтових бактерій.

Специфічне значення в ґрунтоутворенні мають три групи бактерій, а саме: справжні бактерії, актиноміцети і міксобактерії.

Справжні бактерії   поділяють на дві групи: спорові і неспорові. Одночасно за характером засвоєння вуглецю їх поділяють на автотрофні і гетеротрофні.

До групи неспорових належать автотрофні бактерії, які засвоюють вуглець з вуглекислоти і здатні самі синтезувати органічну речовину, для чого їм потрібна зовнішня енергія. Ця група бакте­рій може існувати в середовищі, де будь-якої форми органічної речовини немає. Щоб відбувалися процеси життєдіяльності, ці бактерії використовують енергію, яка виділяється при окисленні мінеральних сполук. Цей процес називають хемосинтезом, а бактерії, які його здійснюють, хемоавтотрофами. Автотрофні бактерії відігравали важливу роль у біосфері і ґрунтоутворенні в минулі геологічні епохи до виникнення водоростей і вищих рослин.

В наш час важливе значення в ґрунтоутворенні мають бактерії-нітрифікатори, які окислюють аміак до нітратів. Цей процес відбувається за такою схемою:

2NH3 + 2О2 → 2NО2 + 4Н + Е;      

2НNО2 + О2 → 2НNО3 + Е

С02 + 4Н + В → 1/6С6Н1206 + Н20.

Із наведеного рівняння видно, що енергія, яка виділяється при окисленні аміаку, витрачається на синтез органічної речовини.

Процес нітрифікації в ґрунтах відбувається у широких масштабах. Численними дослідами встановлено, що за один рік на 1 гектарі ґрунту нітрифікуючі бактерії здатні утворити до 300 кг солей азотної кислоти.

До групи неспорових належать бактерії, які здатні фіксувати азот з повітря. Для здійснення своїх життєвих процесів вони пот­ребують органічної речовини. В ґрунтах живе два типи азотфіксуючих бактерій, а саме: вільноживучі (Azotobacter і Clostridium) і бульбочкові (Rhizobium), які перебувають у симбіозі з бобовими рослинами. Серед рослин родини бобових виявлено 1300 видів, на коренях яких оселяються бульбочкові бактерії. Проникаючи у корінь, вони спричинюють розростання тканин, в результаті чого утворюються пухлини, які після відмирання кореневої системи збагачують ґрунт на азот.

Першим продуктом азотфіксації є амоній. Він зв’язується вуглецевими скелетами і в результаті утворюються аміносполуки, насамперед амінокислоти.

Культурні бобові рослини значною мірою збагачують ґрунт на азот. Залежно від умов вирощування вони накопичують від 60 до 300 кг/га азоту на рік. Доведено, що 2/3 засвоєного азоту рос­лини беруть з повітря за рахунок його фіксації бульбочковими бактеріями і 1/3 — з мінеральних сполук ґрунту.

Продуктивність вільноживучих азотфіксуючих бактерій значно нижча за продук­тивність бульбочкових.

Фіксація азоту мікроорганізмами є планетарний процес. Він тісно взаємопов’язаний з процесами фотосинтезу і дорівнює йому за масштабом і значенням у природі. Загальна продуктивність азотфіксації мікроорганізмами становить 270—330 млн т/рік, в тому числі 160—170 млн т/рік дає суша і 70—160 млн т/рік — Світовий океан (І. П. Бабаєва, Г. М. Зенова, 1983).

Азот, накопичений мікроорганізмами, протягом вегетаційного періоду перебуває у формі органічних сполук, переважно у складі білків. Накопичення відбувається поступово, протягом всього ве­гетаційного періоду, а використовується рослинами після відми­рання і повного розкладання мікробних клітин.

Отже, азотфіксуючі бактерії — надзвичайно важливий фактор ґрунтоутворення і підвищення родючості ґрунту. Використання біологічного азоту — один з основних шляхів вирішення продовольчої проблеми.

Гетеротрофні бактерії засвоюють вуглець з готових органічних сполук. Саме ця група мікроорганізмів здійснює розкладання величезної маси мертвих органічних решток, які надходять у ґрунт і на його поверхню. Процес розкладання органічної маси від складних сполук до простих відбувається поетапно. Кінцевим етапом його е повна мінералізація — утворення простих мінеральних спо­лук, які засвоюються новими поколіннями живих організмів.

У процесі еволюції виникли групи гетеротрофних бактерій, які спеціалізувалися на розкладанні певних типів органічних сполук. Так, целюлозу розкладають бактерії як в анаеробних, так і в ае­робних умовах.  При анаеробному розкладанні органічної маси, багатої на клітковину (торф, солома, компост), виділяється значна кількість етанолу і органічних кислот, що негативно впливає на поживний режим ґрунту.

Аеробне розкладання клітковини здійснюється головним чи­ном міксобактеріями, цитофагами і справжніми бактеріями. Аеробний процес домінує в степових і лучних ґрунтах під трав’янис­тою рослинністю. Кінцевим продуктом даного процесу є СО2 і Н2О.

Жири розкладають бактерії, які виробляють фермент ліпазу. Ліпаза є у аеробних ґрунтових бактерій, а також у анаеробних. При розкладанні жирів утворюються гліцерин і жирні кислоти. В аеробних умовах гліцерин використовується для живлення інших бактерій, а жирні кислоти накопичуються в ґрунті. В анаеробних умовах жирні кислоти відновлюються до вугле­воднів. Дані сполуки є токсичними для вищих рослин.

В ґрунті існують групи бактерій, які спеціалізувалися на роз­кладанні білків, вуглеводів, лігніну, пектинів та інших органічних речовин. Серед них заслуговує на увагу група бактерій, яка міне­ралізує азотисті органічні сполуки.

Цей процес називають амоніфікацією. Амоніфікуються білки, пептиди, амінокислоти, нуклеїнові кислоти та інші сполуки. Кін­цевим продуктом амоніфікації є аміак. Крім аміаку в аеробних умовах утворюються СО2 і оксид сірки, а в анаеробних — жирні і ароматичні кислоти, спирти та інші відновні сполуки. Наявність цих сполук негативно впливає на родючість ґрунту.

Виділений в процесі амоніфікації аміак включається в процес нітрифікації, а частина його асимілюється рослинами і мікроорганізмами.

У  процесі амоніфікації беруть участь бактерії роду Pseudomonas і роду Bacillus.

Таким чином, основні ланки кругообігу азоту у природі відбуваються в ґрунтах. Актиноміцети — одноклітинні організми, які утворюють міцелій і спори. Типовими представниками ґрунтових актиноміцетів є види роду Streptomyces (стрептоміцети), які пристосовані до розкладання складних, стійких, органічних сполук (клітковини, ліг­ніну). Серед актиноміцетів переважають аероби.

Гриби – нижчі   еукаріотні   організми  ценоцитної  будови  або одноклітинні, з осмотрофним типом живлення, які становлять особливе царство живої природи. В природі вони поширені всюди. Основна функція в ґрунтоутворенні — розкладання органічних решток. В цьому процесі беруть участь представники всіх класів. Найпоширенішими в ґрунтах є цвільові гриби, а в лісових ґрунтах — гриб мукор.

Гриби синтезують позаклітинні гідролітичні ферменти, за до­помогою яких і здійснюється розкладання рослинних тканин. За добу вони розкладають у 2—7 разів більше органічних речовин, ніж засвоюють. Вони розкладають клітковину, лігнін, білки. При цьому утворюються органічні кислоти, які підвищують кислотність ґрунту і руйнують мінерали. Утворення в ґрунтах агресивних фульвокислот також пов’язане з діяльністю грибів.

Висока кислотність ґрунту знижує його родючість, а руйнуван­ня мінералів є одним з факторів формування підзолистого гори­зонту в ґрунтах тайгово-лісової зони.

Багато видів грибів еволюційно пристосовані до симбіозу з вищими рослинами. Це так звані мікоризні гриби, їх гіфи пророс­тають у корені і постачають рослину водою і поживними речовинами. У цьому разі вищі рослини ростуть і плодоносять краще. До 80 % трав’янистих рослин Європи, більшість деревних і такі культурні, як кукурудза, пшениця, картопля, мають мікоризні гриби.

Ґрунтові водорості — одно- і багатоклітинні мікроорганізми, які мають специфічні пігменти типу хлорофілу, за допомогою яких здійснюють асиміляцію вуглекислоти і фотосинтез органічних ре­човин. Таким чином, на відміну від інших мікроорганізмів, водо­рості збагачують ґрунт органічною речовиною і киснем. Живуть вони, в основному, у верхньому освітленому шарі ґрунту. Залежно від типу пігментів розрізняють зелені, синьозелені, пурпурні і жовті водорості.

Особливо багато одноклітинних водоростей на поверхні глинистих ґрунтів пустинь-такирів, на алювіальних відкладах, які періодично затоплюються водою. Саме в цей період (танення снігу, весняні дощі) водорості інтенсивно розмножуються і збагачують ґрунт органічною масою, посилюють руйнування первинних мінералів, підвищують дисперсність твердої фази.

На алювіальних ґрунтах річкових долин і рисових полях тропічного поясу важливу роль відіграють синьозелені водорості. Вони постачають азот і кисень в зону кореневих систем культурних рослин і тим самим підвищують родючість ґрунту.

Найпростіші тваринні організми також поширені в ґрунтах. Вони живляться бактеріями і водоростями. Є серед них і сапрофіти. В ґрунтах живуть представники трьох класів: джгутикові, саркодові та інфузорії. Основна їх роль у ґрунтоутворенні — розкладання органічних речовин.

Лишайники — особлива група живих організмів, тіло яких складається з двох компонентів: гриба і водорості. Вони не на­лежать до ґрунтових мікроорганізмів, але беруть участь у ґрунто­утворенні. За морфологією їх поділяють на коркові (накипні), листуваті, кущисті і кочові.

Лишайники оселяються на нерухомих субстратах (скелях, каміннях, деревах) або розростаються на поверхні ґрунту. Вони виділяють складні органічні кислоти, які прийнято називати лишайниковими. Ці кислоти руйнують мінерали і тим самим створюють сприятливі умови для ґрунтоутворення.

Відмерлі слоєвища лишайників збагачують субстракт органіч­ними речовинами і є продуктом живлення для багатьох безхребетних і бактерій.

Лишайники відіграють важливу роль у рекультивації земель. Вони перші оселяються на оголених субстратах і перетворюють їх на пухку масу, сприятливу для оселення інших організмів.

 

РОЛЬ ВИЩИХ РОСЛИН У ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Ознайомлення з роллю мікроорганізмів у ґрунто­утворенні свідчить про те, що вони самі по собі ще не створюють ґрунт. Формування ґрунту можливе лише при поселенні на ма­теринській породі продуцентів органічної речовини.

Такими продуцентами на Земній кулі є вищі рослини. Саме цим організмам і належить провідна роль у процесах ґрунтоутворення. Відмерлі рештки вищих рослин, перетворені мікроорганізмами і тваринами, становлять основну масу органічної частини ґрунту. Отже, зелені рослини — основне джерело органічних речовин для ґрунтоутворення.

Зелені рослини суші щороку продукують близько 5,3-10й т біомаси. Частина цієї біомаси у вигляді відмерлих решток коренів і надземних органів щорічно надходить у ґрунт. Кількість біологічної маси, яка надходить у ґрунт, залежить від типу рослинності і кліматичних умов. Частина рослинного опаду розкладається мікроорганізмами, а друга частина накопичується у вигляді лісової підстилки і степової повсті.

Щоб оцінити динаміку органічних речовин в системі рослини — ґрунт, введено такі показники: загальна біомаса, маса відмерлих органічних решток, річний приріст і маса щорічного опаду. Дані показники прийнято виражати в ц/га.

Аналізуючи дані, наведені в табл. 4, можна встановити, з якою швидкістю відбувається розкладання біомаси рослинного опаду мікроорганізмами. В тайгово-лісовій зоні, де, порівняно, коротше і прохолодніше літо, мікроорганізми не встигають розкласти всю масу річного опаду. Тому тут формується потужна лісова підстилка. Щорічний опад вологого тропічного лісу (250 ц/га) майже пов­ністю мінералізується протягом року. Тому на поверхні червоно-жовтих тропічних ґрунтів лісової підстилки практично немає.

Засвоєння хімічних елементів ґрунту корінням вищих рослин, синтез органічних речовин, повернення їх у ґрунт і розкладання їх мікроорганізмами є основними ланками біологічного кругообігу речовин. З раніше зазначеного видно, що зелені рослини — основ­ний агент біологічного кругообігу, а ґрунт виступає його ареною. В цьому полягає друга функція рослин як ґрунтоутворювачів.

У процесі життєдіяльності рослини здійснюють біогенну міграцію хімічних елементів в системі ґрунт — рослина — ґрунт. При цьому значна частина зольних елементів, а також азоту акумулю­ється у верхньому горизонті ґрунту. В цьому разі рослини висту­пають як концентратори хімічних елементів. Це третя функція рослин у ґрунтоутворенні.

 

УЧАСТЬ ТВАРИН У ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Ґрунтова фауна надзвичайно численна і різнома­нітна. У процесах ґрунтоутворення беруть участь представники таких типів тварин: найпростіші, черви, молюски, членистоногі і ссавці. За розмірами ґрунтову фауну поділяють на чотири групи: нано-, мікро-, мезо- і макрофауну. Кожна група тварин пристосована до певних умов життя, до певної взаємодії з навколишнім середовищем. Загальні запаси зоомаси в ґрунтах щодо фітомаси незначні — в середньому 1—2%.

Головною функцією тварин в біосфері і ґрунтоутворенні є споживання, первинне і вторинне руйнування органічних речовин, перерозподіл запасу енергії і перетворення її на теплову, механічну і хімічну. Важливе значення в цьому процесі належить травоїдним тваринам. Саме вони синтезують тваринну органічну речовину— зоомасу. Травоядні тварини відкривають «харчовий лан­цюг» організмів.

Серед тварин, що населяють ґрунт, переважають безхребетні. їх сумарна біомаса в 1000 разів перевищує загальну біомасу хребетних. В ґрунтах живуть дощові черви, енхітреїди, кліщі, ногохвостки та ін. Поїдаючи рослинні рештки, вони значно приско­рюють біологічний кругообіг речовин.

Серед безхребетних особливо важливу роль у ґрунтоутворенні відіграють дощові черви. Вони поширені в ґрунтах різних ґрунтово-кліматичних зон. їх кількість на 1 га ґрунту може досягати кількох мільйонів особин.

Діяльність дощових червів в ґрунтоутворенні різноманітна, вони утворюють у ґрунті густу мережу ходів, що поліпшує його фізичні властивості: пористість, аерацію, вологоємкість. Продукти життєдіяльності дощових червів — капроліти поліпшують структурність ґрунту і підвищують водоміцність структурних агрегатів. Ґрунт, багатий на дощових червів, має низьку кислотність, високий вміст гумусу та інші позитивні властивості. Підраховано, що дощові черви перемішують весь поверхневий горизонт ґрунту за 50 років.

У ґрунтах живе значна кількість личинок різних комах, тер­міти, мурашки та ін. Вони також інтенсивно перемішують ґрунто­ву масу, утворюють в ній велику кількість ходів і цим самим поліпшують водні і фізичні властивості ґрунту.

Серед хребетних тварин активну участь у процесах ґрунтоутворення беруть степові гризуни (полтаки, бабаки, кроти, ховрахи та ін.). Вони будують глибокі нори І довгі ходи в ґрунті. Об’єм ґрунту, який вони перемішують досягає кількох сотень кубічних метрів на 1 га. Інтенсивне перемішування ґрунтової маси земле­рийними тваринами зумовлює не лише фізичні, а й глибокі хімічні зміни. Ґрунтова маса, винесена з глибини на поверхню, змінює хімічний склад верхніх горизонтів ґрунту.

 

 

КЛІМАТИЧНІ ФАКТОРИ ҐРУНТОУТВОРЕННЯ

Клімат є один з основних факторів ґрунтоутворен­ня і географічного поширення ґрунтів. Про різнобічний вплив йо­го на ґрунтоутворення зазначав ще В. В. Докучаєв. Тепер відомо, що клімат впливає на ґрунтоутворення як прямо (визначає гідро­термічний режим ґрунту), так і опосередковано — через рослин­ність, мікроорганізми і тварин.

Основними кліматичними факторами, які впливають на про­цеси ґрунтоутворення, є сонячна радіація, атмосферні опади і ві­тер.

 

ЗНАЧЕННЯ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ В ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Сонячне світло, яке приносить теплову енергію на поверхню Земної кулі, є основним джерелом енергії для життя і ґрунтоутворення.

Сонячна енергія, увібрана ґрунтом, витрачається на такі процеси, як нагрівання, випаровування, транспірація, фотосинтез, синтез гумусу тощо.

Теплові умови ґрунтоутворення на нашій планеті дуже різно­манітні, але в загальних рисах вони зумовлені величинами ра­діаційного балансу.

Величини радіаційного балансу корелюють з такими показни­ками, як середньорічна температура і сума активних температур.

Високі середньорічні температури (+32; +35 °С) характерні для тропіків, найнижчі (—30; —35 °С) — для полярних областей. Отже, різниця середньорічних температур на Землі досягає 60°С

Сума активних температур використовується для агрономіч­ної і ґрунтової оцінки територіального термічного режиму. Для трав’янистої рослинності активними є температури вище 4-5 °С, для лісової — вище +10 °С.

Середньорічна температура, величина ра­діаційного балансу і сума активних температур за рік збільшу­ються від полярних областей до тропічних.

Природно, що в цьому ж напрямку збільшуються інтенсивність вивітрювання, синтез ор­ганічної маси, активізується життєдіяльність тварин і мікроорга­нізмів. У тому ж напрямку підвищується інтенсивність ґрунтоут-ворюючих процесів: руйнування мінералів, розкладання органіч­них решток, синтез гумусних кислот тощо. За високих середньо­річних температур утворюється більше глинистих часток як про­дукту інтенсивного вивітрювання.

Температура ґрунту впливає на швидкість хімічних реакцій. Згідно з правилом Вант-Гоффа, при підвищенні температури на 10 СС швидкість хімічних реакцій збільшується у 2—3 рази. Тому в районах з високою середньорічною температурою геохімічні про­цеси відбуваються значно швидше, ніж у широтах з холодним клі­матом. Це зумовлює річну швидкість вивітрювання, формування різних кір вивітрювання і, як наслідок, різноманітний хімічний склад ґрунтів. Крім того, від температури залежить ступінь ди­соціації хімічних сполук у водних розчинах. При підвищенні тем­ператури від 0 до 50° дисоціація збільшується у 8 разів.

Одним з елементарних процесів ґрунтоутворення є випарову­вання ґрунтової вологи, який залежить від температури. Випаро­вування зумовлює підвищення концентрації ґрунтового розчину і випадання солей в осад, що спричинює утворення вторинних мі­нералів і соленакопичення в ґрунтах.

Крім того, температура впливає на розчинення газів в ґрунтовому розчині, на швидкість коагуляції і пептизації та інші фізико-хімічні процеси.

 

ВПЛИВ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ НА ҐРУНТОУТВОРЕННЯ

Ефективний вплив тепла і світла на біологічні і ґрунтоутворюючі процеси можливий лише при наявності достат­ньої кількості вологи. Тому значення атмосферних опадів у ґрунтоутворенні дуже велике. На ґрунтоутворення певним чином впли­ває як кількість, так і сезонний розподіл атмосферних опадів.

Атмосферні опади, які надходять у ґрунт, розчиняють мінеральні та органічні сполуки, переміщують їх в нижні горизонти (вилуговують), переносять рухомі форми сполук і механічні частки з підвищених елементів рельєфу на понижені. Ці процеси здій­снюють води поверхневого і підземного стоків.

Під впливом атмосферних опадів відбуваються процеси гід­ролізу первинних мінералів і формування вторинних глинистих мінералів. Атмосферні опади приносять на поверхню ґрунту пи­луваті частки, розчинені солі, кислоти, азот, аміак, СО2, токсичні сполуки. Волога атмосферних опадів утримується в порах і капі­лярах ґрунту і використовується рослинами для синтезу органіч­ної речовини, яка в майбутньому витрачається на поповнення запасу гумусних речовин і є джерелом енергії і поживних речовин для тварин і мікроорганізмів.

Таким чином, атмосферні опади пря­мо і опосередковано впливають на процеси гуміфікації.

Низхідний рух води врешті-решт формує генетичні горизонти ґрунту — гумусний, елювіальний, ілювіальний та ін. Інтенсивний стік атмосферних опадів спричинює водну ерозію ґрунтів.

Характер атмосферних опадів на даній території впливає на термічний режим ґрунтів. Так, відсутність потужного снігового покриву в районах з суворими зимами (Сибір, Центральна Азія) призводить до глибокого промерзання і розтріскування ґрунту, на значних територіях утворюється багаторічна мерзлота. Потужний сніговий покрив утеплює ґрунт. Все це впливає на процеси ґрунто­утворення і зумовлює особливості землеробства.

Ступінь зволоження ґрунтів зумовлює їх хімічний склад. В аридних областях формуються ґрунти з високим вмістом карбо­натів і водорозчинних солей, з низьким вмістом гумусу, з малою ємкістю вбирання. В гумідних ландшафтах посилюється проми­вання ґрунту, підвищується вміст гумусу, глинистих мінералів і вбирна здатність ґрунту. В умовах перезволоження значно під­вищується кислотність ґрунту, знижуються вміст гумусу і ємкість вбирання.

 

СУКУПНИЙ ВПЛИВ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ І ТЕМПЕРАТУРИ НА ҐРУНТОУТВОРЕННЯ

Раніше було висвітлено окремо вплив атмосфер­них опадів і температури на ґрунтоутворення. Насправді ці фак­тори тісно взаємопов’язані і діють сукупно. Тому, оцінюючи роль клімату як фактора ґрунтоутворення, слід одночасно враховувати вплив атмосферних опадів і температури. Вчені ґрунтознавці вже давно шукали форму вираження сукупного впливу теплоти і опа­дів на ґрунтоутворення. Над цим питанням працювали Г. М. Ви-соцький, Б. Б. Полинов, Р. Лянг, Г. Ієнні, В. Р. Волобуєв та інші.

Було запропоновано кілька варіантів вираження сукупного впливу тепла і опадів, але вони не набули загального визнання.

Оригінальним підходом до вирішення цієї проблеми стала кон­цепція гідротермічних рядів, яку розробив В. Р. Волобуєв (1956). Він довів загальнопланетарний зв’язок між атмосферними опада­ми, середньорічними температурами, радіаційним балансом, ви­паровуванням і особливостями ґрунтового покриву. На основі ана­лізу співвідношення цих факторів було встановлено гідротермічні умови формування основних типів ґрунтів і виділено їх кліматичні ареали. За гідротермічними умовами ґрунти поділяють на дві катего­рії.

1 — піски пустинь; 2 — сіроземи; 3 — бурі ґрунти напівпустинь; 4 — каштанові ґрунти; 5 — каштанові ґрунти Африки; 6 — чорноземи; 7 — сірі лісові; 8 — підзолисті ґрунти; 3 — бурі лісові; 10 — тундрові ґрунти; // — жовтоземи; 11 — червоноземи; 13 — коричневі ґрунти сухих лісів і чагарників (Африка); 14 — чорні тропічні ґрунти; 15 — бурі ґрунти тро­пічних напівпустинь; 16 — червоно-бурі ґрунти саван.

1. Ґрунти, в яких біологічні процеси пригнічені. Вони утво­рились у регіонах з низьким зволоженням (500 мм за рік), але в різних термічних поясах. До цієї категорії належать сіроземи пус­тинь, каштанові і тундрові ґрунти.

2. Ґрунти, що утворилися у теплих і помірних тропічних ши­ротах. Ця категорія ґрунтів сформувалась в обмежених термічних умовах, але в широкому діапазоні кількості атмосферних опадів (1000—5000 мм за рік). Це — бурі лісові ґрунти, жовтоземи суб­тропіків і латеритні вологих тропіків.

На графіку позначено ряди зволоження (гідроряди) і терміч­ні ряди. Гідроряди об’єднують ґрунти, які формуються в різних термічних умовах, але в умовах майже однакового зволоження. Терморяди, навпаки, об’єднують ґрунти, які формуються в умовах різного зволоження, але в близьких термічних умовах. Всього по­значено сім гідрорядів (пустинний (А), сіроземний (В), каштано­вий (С), чорноземний (О), три підзолистих (Е, Р, О)) і сім терморядів (арктичний (І), субарктичний (П), помірно холодний(III), помірний   (IV),  помірно теплий   (V), субтропічний   (VI)   і тропічний (VII).

Сумарний ефект сукупного впливу опадів і температури на ґрунтоутворення дуже складний. Характер процесу ґрунтоутворен­ня, крім того, залежить від поєднання гідротермічних умов з ре­льєфом, геохімічним балансом речовин та іншими факторами.

 

РОЛЬ ВІТРУ В ҐРУНТОУТВОРЕННІ

Крім сонячної радіації і атмосферних опадів на ґрунтоутворення впливає також вітер. Він переносить мінеральні і органічні частки з однієї території на іншу, перерозподіляє опади, посилює випаровування і таким чином бере участь у форму­ванні механічного, хімічного складу і водного режиму ґрунту.

Всі процеси руйнування, перенесення і відкладання механіч­них часток порід і ґрунтів, які відбуваються під впливом вітру, називають еоловими. Виділяють еолову дефляцію, еолову корозію» і еолову акумуляцію.

В умовах сухого клімату, при відсутності рослинного покриву дрібні частки ґрунту захоплюються повітряним потоком, піднімаються на значну висоту, переносяться на значну відстань і ви­падають при послабленні сили вітру або з атмосферними опадами. Так само переносяться легкорозчинні солі з поверхні морів і океанів під час штормів. В період діяльності вулканів повітряні маси насичуються аерозолями і аеросуспензіями, які переносяться вітром на значні відстані. Аналогічні явища відбуваються навколо відкритих кар’єрів і промислових підприємств, які викидають в атмосферу велику кількість відпрацьованих речовин.

Інтенсивність видування ґрунту визначається багатьма факто­рами: швидкістю вітру, наявністю рослинного покриву, механічним і структурним складом ґрунту, рельєфом тощо. При сильній дефляції виникають пилові бурі.

В результаті дефляції видувається верхній родючий шар, знижується родючість ґрунту. В місцях акумуляції принесених вітром речовин (балки, яри, лісосмуги, населені пункти, сільськогосподарські угіддя) _гинуть багаторічні насадження і посіви, заносяться родючі землі, зрошувальні канали, дороги тощо.

Отже, еолові процеси причиняють значну шкоду сільському, водному і іншим галузям народного господарства. Як денудація, так і акумуляція різко порушують нормальний перебіг процесів-ґрунтоутворення.

 

ВИВІТРЮВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД. ОСНОВНІ ГРУНТОУТВОРЮЮЧІ ПОРОДИ

Вивітрювання (гіпергенез) – процес руйнування гірських порід і мінералів під впливом деяких природних факторів (повітря, води, коливання температури, живих організмів). При цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали. Вивітрювання – це сукупність складних і різноманітних процесів, кількісних і якісних змін гірських порід. Горизонти гірських порід, де відбувається процес вивітрювання, називають корою вивітрю­вання. Потужність її буває від кількох сантиметрів до 2—10 м.

Вивітрювання – єдиний процес, але для зручності його розу­міння виділяють три його форми: фізичну, хімічну, біологічну.

Фізичне вивітрювання – механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Ця форма вивітрюван­ня відбувається під впливом таких фізико-механічних факторів: зменшення тиску після виходу породи на поверхню; бічний тиск на уламок породи, зумовлений адсорбованою водою, льодом, ко­рінням рослин і кристалами солей; коливання температури і різ­ниця коефіцієнтів лінійного розширення мінералів, які входять до складу даної породи; руйнівна діяльність водних потоків, льо­довиків, що рухаються, зсувів, вітру.

Внаслідок фізичного вивітрювання гірська порода набуває но­вих властивостей. Вона пропускає крізь себе повітря, воду і здат­на затримувати певну їх кількість. Значно збільшується загальна поверхня уламків одиниці об’єму даної породи, що сприяє інтен­сифікації хімічних процесів. Хімічний склад породи не змінюється.

Хімічне вивітрювання — процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінера­лів. Найважливішими факторами цього процесу є: розчинення у воді мінеральних сполук, їх гідроліз; окислення — відновлення; карбонатизація; коагуляція тощо.

Вода — універсальний розчинник на планеті. Розчинення міне­ралів водою прискорюється з підвищенням температури і насичен­ням її вуглекислим газом, який підкислює середовище. За таких умов хімічне вивітрювання відбувається значно швидше. Цим пояснюється наявність різноманітних кір вивітрювання в різних широтах земної кулі. Руйнування гірських порід в субтропічному і тропічному поясах йде в кілька разів швидше, ніж в помірному і полярному.

У процесах хімічного вивітрювання велике значення має гідроліз — хімічна реакція води з мінералами. Наприклад, гідроліз ортоклазу відбувається за такою схемою:

КА1Sі308 +Н2О→НА1Si308+КОН.

Отже, водень заміщує калій, а останній з іоном ОН – утворює луг, який, в свою чергу, посилює руйнування мінералу.

Гідратація, як правило, відбувається при вивітрюванні осадо­вих порід, які містять ангідрид. У процесі гідратації ангідридів об’єм породи збільшується на 50—60%, а їх розчинність значно зростає.

СаSО₄+2Н₂О→СаSО₄-2Н₂О.

Постійна наявність в розчинах вугільної кислоти зумовлює карбонатизацію — утворення карбонатів.

Схему карбонатизації  можна  показати  на  таких  прикладах:

Nа₂SіО₃+Н₂СОз=Nа₂СО₃+Н₂О+SіО₂;

Навіть неповний перелік хімічних реакцій на поверхні улам­ків гірських порід і мінералів показує, що в результаті хімічного вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і руйнується їх кристалічна решітка.

Порода збагачується вторинними мінералами і набуває таких властивостей, як в’язкість, пластичність, вологоємкість, вбирна здатність та інші.

Біологічне вивітрювання — механічне руйнування і зміна хімічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбувається під впливом таких факторів: засвоєння рослинами і мікроорга­нізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утворилися при житті і після смерті організмів (кислоти, гумус, мінеральні солі тощо); реакцій окислення і відновлення з участю мікроорганізмів.

Процеси біологічного вивітрювання здійснюють представники багатьох груп живих організмів у всій товщі кори вивітрювання. В природі практично немає чисто абіотичних (безжиттєвих) проце­сів механічного і хімічного вивітрювання.

Одним з процесів біологічного руйнування є процес засвоєння кореневими волосками мінеральних елементів, які входять до кристалічної решітки мінералів. Водень, який рослини виділяють у навколишнє середовище, входить до кристалічної решітки міне­ралу і руйнує її.

Крім того, корені рослин і мікроорганізми виділяють у навколишнє середовище вуглекислий газ і різноманітні кислоти (щавлеву, оцтову, яблучну та інші), які руйнують мінерали.

Ґрунти і гірські породи населяють певні групи мікроорганізмів, які утворюють мінеральні кислоти: бактерії нітрифікатори — азотну кислоту, сіркобактерії — сірчану. Як і органічні, ці кислоти розчиняють мінерали і посилюють вивітрювання.

Тварини механічно подрібнюють гірські породи і своїми виділеннями хімічно руйнують їх.

Характер руйнування гірських порід і, як правило, склад продуктів вивітрювання залежать від умов навколишнього середо­вища та від мінералогічного складу самої породи. Геохімічними дослідженнями доведено, що при вивітрюванні кислих порід формуються піски і супіски, середніх — суглинки і основних – важкі суглинки і глини. Всі названі пухкі відклади мають певні фізичні і фізико-механічні властивості, які дають змогу для перебігу процесів ґрунтоутворення. Цим вони відрізняються від невивітрених скельних порід.

Отже, основними ґрунтоутворюючими породами є продукти вивітрювання гірських порід.