Происхождение и состав минеральной части почвы.
Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных веществ при значительном преобладании минеральных (80-90% почвенной массы). Минеральные вещества перешли в почву из горных пород, которые слагают земную кору - верхнюю оболочку суши земного шара. Горные породы земной коры по своему происхождению подразделяются на магматические, осадочные и метаморфические. Минералы и горные породы, слагающие земную кору, представляют собой различные химические соединения - соли кислот (кремниевой, серной, фосфорной и др.), окислы (кремния, железа, алюминия и др.) и самородные элементы. В составе этих соединений содержатся элементы питания растений P, K, Ca, Mg и другие, но в труднорастворимой форме. Содержание важнейшего элемента - азота не превышает 0,03%, и встречается он лишь в осадочных породах.
Образование почв из горных пород происходит под воздействием двух процессов, протекающих на земной поверхности, — выветривания и почвообразования.
Выветривание - процесс разрушения и изменения горных пород и слагающих их минералов в термодинамических условиях земной поверхности. Разрушение горных пород происходит: под действием факторов атмосферы (колебание температуры, вода, ветер и др.) и биосферы (углекислый газ, организмы). В зависимости от действия преобладающих факторов различают три типа выветривания: физическое, химическое и биологическое.
В процессе выветривания из массивной горной породы образуется рыхлая почвообразующая порода и зольные элементы питания из труднорастворимого состояния переходят в растворимые формы, доступные растениям. Но они становятся доступными и для атмосферных осадков, вымываются ими, переносятся поверхностными и грунтовыми водами с суши в моря и океаны, где полностью или частично осаждаются, участвуют в образовании осадочных горных пород. Могут пройти целые геологические эпохи, пока осадочные породы станут сушей и вновь подвергнутся выветриванию. Этот круговорот веществ, совершающийся между сушей и океаном, называют большим или геологическим круговоротом веществ.
Почвообразовательный процесс. Начало почвообразовательного процесса - поселение растений и микроорганизмов на продуктах выветривания горных пород. Почвообразовательный процесс имеет длительную историю и связан с эволюцией растительного и животного мира на земле. Это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще (А. А. Роде). Каждому из этих явлений противостоит другое, противоположное по своей сущности.
Процессы, протекающие одновременно и взаимосвязанно, в результате которых из горной породы образуется новое самостоятельное природное тело - почва, следующие:
1) разложение минералов горных пород и образование новых минералов, а также элементов зольного питания растений в доступных формах;
2) создание органического вещества (на поверхности породы и в ее верхних слоях) , его разложение, синтез новых органо-минеральных соединений в процессе гумификации и их разрушение, аккумуляция и освобождение элементов зольного и азотного пятания;
3) взаимодействие минеральных и органических веществ, образование органо-минеральных соединений разной степени подвижности;
4) перемещение и осаждение в почвенной толще различных продуктов почвообразования-минеральных, органических и органо-минералъных;
5) поступление влаги в почву и ее возврат в атмосферу (транспирация и испарение);
6) поглощение лучистой энергии солнца почвой, ее нагревание ш излучение энергии, сопровождаемое охлаждением, и др.
Большая часть перечисленных процессов протекает при участии живых организмов - растений н микроорганизмов.
Корни высших растений проникают в породу на значительную глубину, охватывают большой объем породы, извлекая из ее толщи рассеянные в ней элементы зольной пищи (фосфор, калий, серу и др.) и азот (его присутствие в породе связано с биохимической деятельностью микроорганизмов).
Зеленые растения обладают избирательной поглотительной способностью, присущей только им. Она заключается в том, что корни растений усваивают химические элементы из почвенного раствора с минимальным содержанием наиболее важных для организмов веществ в присутствии больших количеств остальных соединений. Корни растений как бы переносят элементы питания из нижних горизонтов породы в верхние. Используя углекислый газ воздуха, воду, зольные элементы, азот, лучистую энергию солнца, растения синтезируют органическое вещество.
Наряду с созданием (синтезом) органического вещества происходит его разрушение (под воздействием микроорганизмов), образуются вновь минеральные соединения, которые становятся доступными для следующих поколений растений. Таким образом, между растениями и почвообразующими породами, а затем и почвами возникает круговорот зольных элементов и азота. В результате его действия в верхнем слое почвы происходит постепенное накопление элементов минеральной и азотной пищи растений - одного из факторов плодородия. Этот круговорот, по предложению В. Р. Вильямса, был назван малым биологическим круговоротом веществ.
Оба круговорота в природе связаны между собой.
Биологический круговорот развивается на фоне (траектории) геологического. Часть питательных элементов, не использованных растением, может вымываться и поступать в большой геологический круговорот, и, наоборот, растения могут перехватывать элементы из большого геологического круговорота и переводить их в малый биологический.
В основе почвообразовательного процесса лежит малый биологический круговорот веществ. Органические остатки, которые накапливаются растениями после их отмирания, на поверхности породы или в ее верхних сдоях не полностью минерализуются, часть их в процессе гумификации превращается в гумус, который в запасе имеет все элементы питания растений. Накопление гумуса в верхних слоях и взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью породы приводят к образованию почвы. Гумус содержится только в почвах и отсутствует в почвообразующих породах
Таким образом, сущность почвообразовательного процесса заключается в создании (синтезе) органического вещества и его разрушении, а также во взаимодействии минеральной части породы (и почвы) с продуктами разложения органических остатков и гумусовыми веществами.