Грунтоутворення - це складний природний процес утворення ґрунту з гірської породи під впливом факторів грунтоутворення в межах біогеосфери Землі.
Грунтоутворення - важлива ланка в процесі геологічного і біологічного кругообігу речовини і енергії. Геологічний кругообіг - це процес перенесення речовин з суші в океан і назад. Біологічний круговорот - це сукупність процесів обміну речовиною і енергією між грунтом, материнської гірської породою, атмосферою і биотой.
Грунтоутворення - це специфічний біосферний процес, в результаті якого грунт набуває ряд специфічних характеристик, відсутніх в материнській почвообразующей породі і відрізняють ґрунт від всіх інших компонентів біосфери. До числа найбільш істотних характеристик такого роду відносять наявність в грунті специфічного органічної речовини - грунтового гумусу і біофільние елементів. Біофільние елементи - це елементи, які живі організми поглинають з геохімічного середовища організмами і використовують їх в процесах забезпечення життя. До них відносяться: макроелементи - N, С, О, Н, Са, Mg, Na, К, Р, S, Cl, Si, Fe і мікроелементи - Сu, Со, Mn, Zn, V, Ni, Mo, Sr, В, Se, F, Br, I.
В результаті грунтоутворення грунт набуває специфічну будову. Грунтовий профіль являє собою систему горизонтів. більш-менш паралельних денної поверхні, формування яких обумовлено механізмами грунтоутворення.
Основні чинники грунтоутворення
Грунтоутворювального процес протікає під впливом зовнішніх по відношенню до грунту природних умов - факторів грунтоутворення. Фактори грунтоутворення слід розділити на два типи: природні (природні) і антропогенні (штучні).
Природні (природні) фактори.
Виділяють шість природних факторів грунтоутворення:
1. материнські, або почвообразующие гірські породи;
4. рослини і живі організми;
5. земне тяжіння
Всі природні фактори є рівнозначними. Кожен з них має свій специфічний вплив на грунтоутворення і без участі будь-якого з них грунтоутворення неможливо.
Грунтоутворюючих порід є тією основою, з якої формується грунт. Мінеральна частина в переважній більшості грунтів становить 90 -95% грунтової маси. Виділяють дві основні функції материнської гірської породи в грунтоутворенні: формування складу ґрунтових мас і підстильної породи. Склад гірських порід визначає хімічний, мінералогічний, гранулометричний склад майбутніх грунтів (рис. 2.2.), Наприклад, найбільш родючі грунти формуються на карбонатних суглинках, а на пісках вони біднішими, однак тепліше і краще аерированії. Порода в значній мірі визначає і швидкість грунтоутворення. Материнські породи на території Росії здебільшого представлені четвертинними осадовими змішаними гірськими породами.
Малюнок 2.2. Функції і роль почвообразующей гірської породи у формуванні грунтів.
Кліматичний фактор визначає забезпеченість грунтоутворення вологою (атмосферні опади) і енергією (сонячна радіація - світло і тепло). Клімат на різних широтах земної кулі різний. Розрізняють арктичний, субарктичний, помірний, субтропічний і тропічний клімат. У відповідно до кліматичних умов розрізняють і рослинні зони, що відрізняються кількістю рослинного органічної речовини, і, відповідно, швидкістю і тривалістю біологічного кругообігу і тип процесу грунтоутворення. Сприятливі для життя гидротермічні умови забезпечують протікання в грунті процесів, впливають на спільноти рослинних і тваринних організмів, збільшуючи їх продуктивність, що в кінцевому результаті впливає на інтенсивність ґрунтоутворення. Відомо, що при підвищенні температури на 10 о С швидкість хімічних реакцій збільшується в 2-4 рази (правило Вант-Гоффа) (табл. 2.1.).
Таблиця 2.1. Суми активних температур в різних географічних поясах
* Сума активних температур - показник, що характеризує кількість тепла і виражається сумою середніх добових температур повітря або грунту, що перевищує певний поріг: 0, 5, 10 о С або біологічний мінімум температури, необхідної для розвитку рослини. Наприклад, потреба деяких культур в теплі: яра пшениця 1200-1700; овес -1000 ÷ 1600; просо - 1410 ÷ 1950; гречка - 1200 ÷ 1400; кукурудза - 1100 ÷ 2900; картопля - 1200 ÷ 1800.
Водний режим географічних поясів визначають по відношенню середньорічної суми опадів до річної випаровуваності - так званий коефіцієнт зволоження (КУ) Г.Н. Висоцького-Н.Н. Іванова. Він є найбільш об'єктивним показником атмосферного зволоження. При КУ> 1 зволоження надмірне (спостерігається у високих широтах - приблизно на північ і на південь від 50-ї паралелі), а при КУ<1 – недостаточное увлажнение (например, в пустынях КУ практически приближается к нулю).
Рельєф визначається характером чергування знижених і підвищених ділянок суші. Розрізняють три види рельєфу: мікрорельєф (коливання висот до декількох метрів); мезорельеф (коливання висот до декількох десятків метрів); макрорельеф (коливання висот від декількох десятків до декількох сотень метрів). Вплив рельєфу пов'язано з кількістю що надходить на поверхню грунту світла, тепла і вологи. На ступінь освітлення і нагрівання грунтів впливає кут ухилу рельєфу, експозиція ухилу, крутизна (на південному схилі більше тепла, ніж на північному). Рельєф перерозподіляє отриману з атмосфери воду. Найбільше води надходить в низинну частину рельєфу. Все підняття на землі - позитивні елементи рельєфу, на них найменше вологи. Зазвичай зверху знаходиться груба механічна порода (валуни, камінь, гравій), знизу більш дрібний і тонкий механічний склад (суглинки, лёси). Позитивні елементи рельєфу не беруть участі в процесах ґрунтоутворення шляхом грунтових вод, а негативні беруть участь. Рельєф впливає на кліматичні умови, а відповідно на життя рослин, тварин, мікроорганізмів, на перерозподіл тепла і вологи, що позначається на процесах грунтоутворення в цілому. Крім цього рельєф обумовлює переміщення ґрунтових мас по схилу в результаті ерозійних і акумулятивних процесів.
Функції рослинних і живих організмів у грунтоутворенні вельми різноманітні. Грунтоутворення є біогенним процесом, і вона починається з моменту появи рослин і живих організмів на масивно-кристалічних або осадових породах. Рослинні і живі організми є єдиним джерелом органічної речовини, яке служить матеріалом для освіти грунтового гумусу. Інша важлива функція організмів базується на здатності живого речовини до виборчого поглинання елементів з грунтів. Завдяки цій властивості організми в істотному ступені визначають хімічний склад почв.На рис. 2.2. представлені рослинні і живі організми, без участі яких неможливий почвообразовательний процес.
Зелені нижчі і вищі рослини використовують в процесі росту радіаційну енергію Сонця, залучаючи в біологічний круговорот величезну кількість хімічних елементів, щорічно формуючи близько 233 млрд. Т органічної речовини на поверхні і всередині грунту. Коріння рослин чисто механічно розпушують ґрунт, збільшуючи водо- і повітропроникність порід, змінюють своїми виділеннями властивості материнських порід, що сприяє розвитку мікроорганізмів.
Мікроорганізми за рахунок виділених ними ферментів розкладають органічні речовини і утворюють органо-мінеральні сполуки - гумус. За даними Е.Н. Мишустина (1987) кількість мікроорганізмів коливається від декількох сотень в 1 г дерново-підзолистих грунтів до 3 мільярдів в чорноземних грунтах. Маса мікроорганізмів може становити від 3 до 8 т / га в чорноземних грунтах.
Гриби розкладають клітковину, лігнін та інші органічні речовини грунту і також сприяють утворенню гумусу.
Дощові черв'яки (живуть на глибинах до 12 м), проробляючи ходи в грунті, розпушують і аерують її, що сприяє розвитку кореневої системи рослин, крім того, переробляючи органічні залишки, утворюють гумус. За один рік хробаки, що на 1 га здатні переробити до 100 т органічних залишків і перемішати
Комахи і тварини також активно руйнують органічна речовина, минерализуют його і, тим самим, виступають посередниками в обміні між грунтом, атмосферою, забезпечуючи кругообіг елементів живлення.
Земне тяжіння. А.А. Роде і В.Н. Смирнов вважають гравітаційне поле Землі фактором, який визначає спадний процес пересування рідких і твердих речовин.
Час. Вік грунтів обчислюється з початку грунтоутворювального процесу. Грунт - природне, постійно змінюється природне тіло. Вважається, що той вид, який сьогодні мають всі існуючі на Землі грунту, являє собою лише одну зі стадій в тривалій і безперервного ланцюга їх еволюції, а окремі теперішні грунтові освіти, в минулому представляли інші форми і в майбутньому можуть піддатися істотним перетворенням навіть без різких змін зовнішніх умов.
Розрізняють абсолютний і відносний вік грунтів. Абсолютним віком грунтів називають проміжок часу, що пройшла з моменту виникнення грунту до нинішньої стадії її розвитку. Грунт виникла тоді, коли материнська порода вийшла на денну поверхню і стала піддаватися процесам грунтоутворення. Наприклад, в Північній Європі процес сучасного грунтоутворення став розвиватися після закінчення останнього льодовикового періоду.
Однак в межах різних частин суші, які одночасно звільнилися від водного або льодовикового покриву, грунту далеко не завжди будуть мати в кожен даний момент одну і ту ж стадію свого розвитку. Причиною цього можуть бути відмінності в складі почвообразующих порід, в рельєфі, рослинності та інших обставин. Відносним віком грунтів називають відмінність в стадіях розвитку грунтів на одній спільній території, що має однаковий абсолютний вік.
Час розвитку зрілого грунтового профілю для різних умов - від декількох сотень до декількох тисяч років. (Згідно з даними, Л. Олександрівського збільшення потужності гумусового горизонту до 15 см відбувається приблизно за 100 років). Вік території взагалі і грунту зокрема, а також зміни умов грунтоутворення в процесі їх еволюції істотно впливають на будову, властивості і склад грунту. При подібних географічних умовах грунтоутворення грунту, мають неоднакові вік і історію, можуть істотно різнитися і належати до різних класифікаційних груп.
Отже, можна констатувати, що всі природні фактори ґрунтоутворення взаємопов'язані і діють одночасно, впливаючи не тільки на інтенсивність біологічного кругообігу і грунтоутворення, але й один на одного. Так, зміна мікрокліматичних умов може викликати зміну рослинного покриву і грунтів. Грунти в свою чергу можуть вплинути на зміну рослинності і змінити мікрокліматичних обстановку
Антропогенні (штучні) фактори. Вплив господарської діяльності людини на грунтоутворення проявляється в регулюванні складу і характеру рослинності, зміну властивостей самих грунтів і процесів, що протікають в них. На величезних лісових і сільськогосподарських територіях виробляють механізовану обробку грунтів, при якій знищується природна рослинність, експлуатуються лісу, проводяться меліоративні роботи, вносяться органічні, бактеріальні і мінеральні добрива. Відбувається зміна природних фізичних і хімічних властивостей ґрунтів, припиняються небажані для людини напрямку процесів грунтоутворення, змінюються біологічні властивості. При збільшенні, наприклад, вмісту кальцію (вапнування) в грунті стає більше органічної речовини, змінюється реакція середовища, зростає кількість мікроорганізмів і елементів живлення; в результаті підвищується родючість грунту. Осушення призупиняє болотний процес, а зрошення в посушливих районах створює умови для накопичення органічної речовини в грунтах, підвищуючи родючість грунтів і врожай рослин.
В результаті господарської діяльності людини змінюються характер і інтенсивність біологічного кругообігу речовин, грунту додатково отримують органічну речовину та батареї, формується потужний орний горизонт, створюються окультурені грунту з підвищеним родючістю. Різної господарською діяльністю охоплено 500 млн. Га земель. Однак застосування неправильних прийомів ведення господарства викликає розвиток несприятливих грунтоутворювального процесів: заболочування, засолення, руйнування органічної речовини і втрати елементів живлення.