Первичное почвообраз-е

Первичное почвообраз-е - развитие почвообраз-го пр. под воздействием литофильных орг-ов на плотных магматических, метаморфических либо осадочных породах.

В рез-те на скальных горных породах формируются «эмбриональные» почвы, «препочвы», «почвы-пленки» мощностью от неск. мм до неск. см, часто обр-щие лишь фрагментарный почвенный покров среди выходов скал и каменистых осыпей. Эти специфич-е природные образ-я не играют существенной роли в общих биосферных пр, не могут обеспечить продуктивное развитие растит-го покрова и поэтому не рассматриваются в категории продуктивных земельных ресурсов. Однако важность их теоретич-го изучения несомненна именно как начального этапа почвообраз-я на земной пов-ти. Вероятно, изучая современное почвообраз-е под литофильными организмами на плотных скальных породах, можно в какой-то степени подойти и к изучению древнего почвообраз-я на суше Земли, когда только началось ее освоение автотрофными организмами. Много исслед-й в этом отношении провел академик Вильямс, считавший, что жизнь зародилась именно на суше Земли, в рухляке выветривания, и что развитие жизни и развитие почвообраз-я шло параллельно.

Изучение первичного почвообраз-я имеет теоретический интерес, позволяя в чистом виде вскрыть многие закономерности почвообраз-я в целом: взаимодействия биологич-го и геологич-го круговоротов в-в, пр. разложения и синтеза, пр. аккумуляции и выноса, баланса почвообраз-я.

В первичном почвообраз-и последовательно сменяют друг друга группировки организмов: микрофлора, преимущественно бактерии - лишайники, сначала эндолитич-е, затем эпилитич-е (накипные, листоватые, кустистые) - мхи - древесные и травянистые растения.

Почвообраз-е при участии микрофлоры

Первые поселенцы должны обладать хорошей приспособленностью к суровым экологич-им усл-м среды на скальных пов-тях, где характерны большие амплитуды между дневными и ночными, летними и зимними t, периодичность увлажнения вплоть до полного обсыхания в связи с отсутствием у субстрата св-ва влагоемкости, отсутствие орг в-ва и N, легкодоступных зольных эл-тов, прямое воздействие солнечной радиации.

В этих экстремальных экологич-х усл-х первые поселенцы - разнообразные автотрофные микроорг-мы, среди которых преобладают неспороносные бактерии и микобактерии, способные к азотфиксации. Присутствуют в составе микрофлоры и водоросли - диатомовые, зеленые, синезеленые. На более поздних стадиях в группировках микроорг-ов появляются гетеротрофы - аммонификаторы и др. микробы, грибы, актиномицеты, нуждающиеся для своей жд в синтезированном др. организмами орг в-ве.

Большин-во микроорг-ов этой стадии - автотрофы, способные создавать биомассу путем хемосинтеза или фотосинтеза, усваивая С, N, и О атмосферы при наличии даже следовых кол-в воды в среде, в частности за счет конденсации паров воды на холодной пов-ти камня или в микротрещинах, они должны получать из субстрата минер эл-ты. Биомасса бактерий этой стадии почвообраз-я довольно богата эл-тами питания, имеет высокую зольность порядка 7-10%, сод-т 10-12% N. Специфичен состав зольных эл-тов (%) бактерий: P2O5 – 42-52, K2О + Na2О – 25-30, СаО + MgO – 15-18, Fe2O3 - 1-10, SO3 – 3-4. Зольность водорослей такая же или даже выше, но в составе золы больше щел-зем эл-тов, чем щел. В золе диатомей существенную роль играет кремнезем.

Присутствие в золе микроорг-ов зольных эл-тов связано с их поступлением из разрушающихся минералов горной породы, причем поступлением избирательно, не в тех соотношениях, в которых эти эл-ты сод-тся в минералах. Способность многих микроорг-ов разрушать минералы была неоднократно показана прямыми экспериментами. Ремезов, Сушкина, Новороссова показали опытным путем разрушение многих первичных и вторичных минералов «силикатными» бактериями. Сушкина, Цюрупа позднее продемонстрировали освобождение более 50% первоначального сод-я К из микроклина, биотита и бентонита после 3-месячного воздействия почвенных бактерий.

Одновременно с биологич-им выветриванием идет и физич-е выветривание породы и слагающих ее минералов. Т.к. устойчивость к выветриванию разных минералов различна, пр. идет неравномерно, отдельными очагами, но постепенно охватывает всю пов-ть породы.

В рез-те под воздействием микроорг-ов обр-ся незначительное кол-во мелкозема - органо-минеральной микробной пыли, которая не является почвой, но уже представляет собой субстрат для поселения более требовательных к усл-м среды орг-ов. Отличия этого новообразованного субстрата от исх. породы: сод-ся орг в-во и N, аккумулированы биофильные эл-ты - Р, К, Са, S, Mg и др., продукты гидролиза силикатов и алюмосиликатов - гидроксиды Fe, Al, Mn, опаловидный кремнезем, стяжения СаСО3, с одной стороны, с другой - вторичные глинистые или глиноподобные переходные минералы с еще не полностью оформленной кристаллической решеткой.

В различных условиях среды образующиеся почвопленки имеют разный состав и хар-р. В холодных (арктика) и жарких (субтропики, тропики) пустынях обр-ся карбонатные, солевые, железисто-марганцевые, кремнеземистые налеты, корки типа «пустынного загара» в связи с отсутствием водного оттока продуктов выветривания и интенсивной кристаллизацией вторичных соед-й. В гумидных усл-х идет выщелачивание подвижных продуктов выветривания и относительное обогащение остатка неподвижными. Во всех случаях имеет место сдувание материала ветром и его накопление в микродепрессиях, трещинах. На образованном микроорганизмами мелкоземе поселяются лишайники, характерные для второй стадии первичного почвообразования.

Почвообраз-е под покровом лишайников

Лишайники - низшие растения, тело (талом) которых состоит из симбиотического переплетения грибного мицелия и клеток зеленых или желтозеленых, иногда и сине-зеленых водорослей, способных к фотосинтезу. Для экологии лишайников характерные особенности: а) симбиоз гетеротрофного и фотосинтезирующего автотрофного компонентов в едином организме; б) высокая устойчивость к инсоляции и высушиванию; в) способность поглощать воду из атмосферы при низкой относительной влажности воздуха; г) способность прочного прикрепления к плотному субстрату путем образ-я грибных присосок разного вида (гаустории, апрессории, импрессории); д) способность проникать своими гифами в субстрат. Эти особенности позволяют лишайникам приспособиться к суровым экологич-м усл-м скальных пов-тей.

Среди лишайников обнаружены свои сукцессии, связанные с последовательным развитием субстрата. Первые поселенцы - эндолитические лишайники, обитающие внутри субстрата по микротрещинам. За ними - эпилитические лишайники, живущие на пов-ти субстрата, среди которых последовательно сменяют друг друга накипные (корковые), листоватые и кустистые. Растут лишайники медленно, но живут 30- 80 лет.

Воздействие лишайников на субстрат двойственное, механическое и биохимическое, ведущее к интенсивному выветриванию породы и накоплению продуктов выветривания. Своим таломом лишайник защищает новообразованный мелкозем от сдувания и смыва, что способствует его аккумуляции под лишайниковым покровом. Механич-е действие лишайника на плотную породу связано с тем, что грибные гифы могут проникать на неск. мм по микротрещинам между минеральными зернами в глубь породы, особенно по плоскостям спайности, постепенно разрыхляя субстрат. С другой стороны, прочно прикрепленный своими присосками к плотной породе талом лишайника при чередовании высыхания и набухания (при увлажнении) просто отрывает от монолитного камня небольшие кусочки породы, так же постепенно разрыхляя субстрат.

Отличительная особенность лишайников - способность образовывать и выделять в среду сложные орг к-ты полифенольного ряда - лишайниковые к-ты (обладают высокой агрессивностью по отношению к породообраз-им минералам и ярко выраженной хелатирующей способностью по отношению к катионам, способствуя увеличению геохимич-й подвижности последних). Исслед-я Красильникова показали, что слоевища лишайников служат местообитанием многочисленных микроорг-ов, включая дрожжевые грибки и бактерии, многие из которых являются олигонитрофилами и азотофиксаторами.

Лишайники потребляют довольно большое кол-во зольных эл-тов из субстрата, хотя зольность их обычно не велика по сравнению с бактериями (1-2%). Max зольность у накипных лишайников, min - у кустистых. Среди лишайников есть кальцефилы, обитающие на известняках, и кальцефобы, обитающие на силикатных породах; некоторые лишайники весьма специфичны в выборе субстрата, предпочитая либо основные, либо кислые силикатные породы.

Лишайники достаточно сильно воздействуют на плотные породы. Биологич-е выветривание на этой стадии первичного почвообразования протекает более интенсивно, чем на предыдущей. Под покровом лишайников накапливается уже слой мелкозема мощностью неск. мм или см, обогащенный гумусом (до 30—40%), азотом, биофильными элементами в доступной растениям форме. Этот мелкозем уже обладает развитой порозностью, поглотительной способностью, влагоемкостью, т.е. имеет все св-ва почвы, и может быть отнесен к почвенным образ-ям. Примитивные почвы под лишайниками обладают высокой активной и потенциальной к-тью, в составе их гумуса хар-но преобладание фульвок-т над гуминовыми к-тами. В усл-х гумидного климата и элювиальных ландшафтов, а почвообраз-е под лишайниками хар-но именно для таких усл-й (в холодных и жарких пустынях стадия лишайникового почвообраз-я не наступает, процесс там задерживается на бактериальной стадии), кислая р-ция среды способствует прогрессивному выщелачиванию щел и щел-зем катионов, хотя возможно и промежуточное окарбоначивание элювия. Мелкозем под лишайниками сод-т, как показала Парфенова на Кавказе, до 35% глинистых минералов.

Почвообраз-е под моховым покровом

Мхи поселяются на достаточно преобразованном лишайниками субстрате, когда мощность примитивной почвы достигает 5-10 см. Мхи - настоящие фотосинтезирующие автотрофы, нуждающиеся в постоянном наличии в субстрате воды, азота и эл-тов зольного питания в доступной растениям форме. Их роль в непосредственном биологич-ом выветривании плотных пород не известна в отличие от 2х предыдущих групп организмов. Можно предположить выделение водородного иона в среду ризоидами мхов при обменном поглощении катионов из субстрата, но это лишь предположение самого общего хар-ра. Для их жизни необходим достаточно развитый почвенный субстрат со всеми атрибутами настоящей почвы.

Главная роль литофильных мхов в первичном почвообраз-и - дальнейшее расширение биологич-го круговорота в-ва и на этой основе аккумулятивной ветви почвообраз-я. Часто они поселяются вместе с лишайниками, образуя сложный мохово-лишайниковый покров. В составе биоты большую роль продолжают играть многочисленные микроорг-мы, особенно гетеротрофные; интенсивно развивается почвенная фауна.

В мелкоземистом материале на этой стадии существенно уменьшается сод-е грубообломочного материала, сод-е глинистых материалов достигает до 40%, растет обогащенность орг в-вом вплоть до появления оторфованности. Гумусоаккумулятивный гор-т достигает 10-20 см, а образующаяся примитивная почва уже имеет профиль, состоящий из генетических гор-тов.

Мхи вовлекают довольно много зольных эл-тов в биологич-й круговорот. Зольность - 6-12 %. Особенно концентрируют мхи S, Ca, K, P, Mg.

Постепенно развивающаяся на этой стадии почва служит субстратом для поселения высших растений, травянистых и древесных. Дальнейшее развитие почвообразов-го пр. будет определяться конкретными сочетаниями факторов почвообраз-я.

Роль первичного почвообраз-я

Образующиеся в пр. первичного почвообраз-я почвы распространены на пов-ти Земли довольно широко, занимая большие площади в каменистых пустынях (холодных и жарких) и в горных странах, особенно на больших высотах. Это царство физич-го и биологич-го выветривания, где почвообраз-е идет одновременно с выветриванием, физически совмещаясь в едином субстрате.

В холодных и жарких пустынях почвообраз-е неопределенно долго задерживается на стадии почво-пленок пустынного панциря, загара, детрита, покрова, который предохраняет нижележащие слои плотных пород от дальнейшего выветривания; в местах, где покров нарушен, а мелкозем сносится ветром, в выветривание и почвообраз-е вовлекаются следующие порции породы.

В гумидных усл-х рез-том первичного почвообраз-я являются более развитые примитивно-щебнистые почвы с профилем О-А-R либо А-R.

В результате первичного почвообраз-я обр-ся субстрат для поселения высших растений и создаются усл-я для расширенного воспроиз-ва биосферы на суше планеты. Одновременно необходимо отметить грандиозную геологич-ую роль литофильных организмов и первичного почвообраз-я в геологическом круговороте в-в.

В зависимости от различий в климатич-х усл-х и составе исх. горных пород почвы 1ых стадий почвообраз-я будут различаться между собой, однако эти отличия не будут выходить за рамки единого типа первичного почвообраз-я. Поэтому формирующиеся в первичном почвообраз-и почво-пленки и примитивно-щебнистые почвы практически идентичны (на уровне типа почвы) на всей планете от полярных районов до тропических, хотя скорости их образ-я, вероятно, существенно разные.