Мертвий горизонтТаблиця 9. Біологічна продуктивність основних типів рослинності, ц/га
Лісова рослинність, як сказано вище, переважає за своєю біомасою, являє собою складний багатоярусний біогеоценоз, має багаторічний життєвий цикл, щорічно відмирає незначна частина її біомаси, в основному – у вигляді поверхневого опаду; азот і зольні елементи зосереджені в багаторічній біомасі, вилучені з біологічного кругообігу; опад утворює лісову підстилку, при розкладі якої утворюються кислі сполуки, які вимиваються вниз по профілю й активно взаємодіють із мінеральною частиною грунту. Фізичне випаровування води в лісах незначне, панує низхідний потік вологи, в результаті відбувається вилуговування і вимивання продуктів грунтоутворення з профілю, ступінь якого залежить від типу лісу. Роль і значення хвойного та листяного лісів у процесі грунтоутворення різні. У хвойному лісі опад розкладається повільно, утворюючи підстилку типу мор; розкладання підстилки відбувається під дією грибів, гумус утворюється фульватний, грунтоутворення йде по типу підзолоутворення, формуються висока кислотність, не-насиченість основами, низька гумусованість, малий вміст поживних елементів, особливо азоту й фосфору, низька родючість грунтів. У змішаних і, особливо, у широколистяних лісах у кругообіг залучається в 2-3 рази більше кальцію, магнію, азоту та фосфору, ніж у хвойних. Зі спадом листя щорічно надходить в 4-5 разів більше кальцію і магнію, ніж із хвоєю. У змішаних лісах листяний опад більш м'який, містить високу кількість кальцію і магнію, багатий азотом; мінералізація відбувається протягом річного циклу, основи нейтралізують кислотність, синтезується гумус гуматно-фульватного типу; формуються сірі лісові і бурі лісові грунти, менш кислі, ніж підзолисті; підвищується насиченість основами, вміст азоту, формується вищий рівень родючості; посилюється біоактивність. Трави мають меншу сумарну біомасу, скорочений життєвий цикл (1-3 роки). Під трав'яною рослинністю джерелом утворення гумусу є корені, надземна маса значно менша; гідротермічні умови здатні стимулювати швидкий розклад органічних решток. Вони збагачені азотом, зольними елементами, які щорічно повертаються у верхню частину профілю – формується "м'який" гумус, насичений кальцієм, гуматного типу. Такі умови сприяють формуванню чорноземів зі значним вмістом гумусу, високим рівнем родючості, а також лучних, лучно-болотних, дернових та інших типів родючих грунтів. Мохово-лишайникова рослинність має обмежену біомасу, яка після відмирання попадає тільки на поверхню грунту, мохи мають високу вологоємність, що сприяє перезволоженню, консервації рослинних залишків, утворенню торфу. Тип рослинної асоціації визначає швидкість, об'єм, характер і хімізм біологічного кругообігу елементів. Наприклад, ємність біологічного кругообігу у трав'янистих ценозах нижча, ніж у лісових асоціаціях, але інтенсивність кругообігу у перших значно вища, більш швидкий кругообіг окремих елементів у циклі біологічного кругообігу. Залежно від хімічного складу решток, що мінералізуються, утворюється визначений тип біологічного кругообігу у різних рослинних асоціаціях. Так, для ялинкових насаджень він визначається як кальцієво-азотний, для широколистяних лісів – як азотно-кальцієвий, для злакових лугів – як азотно-кальцієвий, а для галофітної рослинності – як хлоридно-натрієвий. Рослинність, впливаючи на напрямок грунтоутворення, є досить чітким індикатором зміни грунтових умов. Так, поширення ареалу вологолюбної рослинності збігається з границями контурів грунтів гідроморфного й напівгідроморфного рядів. Оскільки рослинний покрив на землі має чітко виражену зональність, то це є однією з причин зональності грунтового покриву. 8.2.2. Водорості та лишайники – "піонери" грунтоутворення Формування "рухлякової" породи, як етап, що передує процесу первинного грунтоутворення, – результат не тільки суто фізичних і стерильних хімічних процесів. Уперше на це звернув увагу Б.Б.Полинов у 1940 р. на одній з ділянок Ільменського держзаповідника зі співробітниками по Грунтовому інституту СРСР та співробітниками кафедри грунтознавства ЛДУ. Дослідники відзначили неоднорідність мікроландшафтів на поверхні гранітогнейсів. їх поверхня була вкрита тонким іржаво-бурим вицвітом, який, попри все, не ховав зернисто-кристалічної структури породи. В місцях, де такого нальоту не спостерігалось, поверхня гранітогнейсів виступала як свіжий злам породи. Більшість ділянок були вкриті лишайниками, різними за забарвленнями, але так закріплених у породі, що відокремити їх можна було лише за допомогою скальпеля. Ці нальоти утворені накипними лишайниками. Інші ділянки були вкриті листовими лишайниками, які прикріплювались до породи лише в одному місці. У западинках породи чітко спостерігались мохові асоціації. З глибоких тріщин подекуди розвивались молоді сосни. Більш детальне вивчення цих мікроландшафтів дозволило Полинову окреслити схему розселення організмів по породі: 1) перші поселенці – накипні лишайники (вони створюють незначну кількість темнозабарвленого дрібнозему, який заповнює дрібні тріщини); 2) на підготовленому ними субстраті поселяються лишайники з листоподібними пластинками (їх біомаса значно більша і опад носить назву дрібнозем під лишайниками); 3) на трупах лишайників поселяються мохи (трансформований темнозабарвлений матеріал, що містить досить значну кількість органічних речовин, переміщується у крупні тріщини); 4) в крупних тріщинах розвиваються голонасінні. Темнозабарвлений матеріал руйнування породи лишайниками є сумішшю продуктів гуміфікації, мінералізації та залишкових хімічних елементів, вивільнених з породи та не використаних лишайниками.
Як лишайники руйнують породу? Лишайники являють собою симбіонт водорості та гриба, авто- та гетеротрофного організму. Вдень інтенсивно функціонує "водорість", виділяючи в навколишнє середовище лужні метаболіти, вночі – "гриб", який виділяє кислі метаболіти. Ця щодобова зміна рН середовища в межах від 2,5 до 8,5 веде до інтенсивного посилення хімічного вивітрювання. Крім цього, ці організми продукують низку органічних кислот, які отримали назву лишайникових. Ці кислоти теж посилюють інтенсивність хімічного гіпергенезу, оскільки вони мають, як правило, хелатну комплексну структуру. Комплексні сполуки здатні "вибити" більшість хімічних елементів з кристалічної решітки будь-якого мінералу чи породи. Отже, першими поселенцями на породах є лишайники? Ні. Виявляється, зелені водорості.
Відповідь на це питання вперше була дана мікробіологом, видатним мікологом Т.Г.Мірчинк. Вона дослідила "неприродне" походження рожевого забарвлення кварців на біобазі в Міасово на Південному Уралі. Те, що досліджувані породи були кварцом, ніхто не сумнівався, проте ці мінерали рожевими не бувають. Провівши мікробіологічне дослідження цих мінералів, Т.Г.Мірчинк виявила у дрібних мікротріщинах клітини зелених водоростей. Саме їх забарвлення відсвічувало рожевим кольором. "Тиск" життя – накопичення біомаси водоростей веде до розтріскування кварцу та інших мінералів по площинах нестійкості. А також водорості підлуговували середовище до рН 6,4-8,1.Отже, першими атакують породу зелені водорості, а вже потім лишайники. 8.2.3. Грунтова фауна та грунтоутворення Поряд з рослинністю істотно впливають на процеси грунтоутворення численні представники грунтової фауни – безхребетні, хребетні, які населяють різні горизонти грунту і живуть на його поверхні. За розмірами грунтову фауну можна поділити на чотири групи: а) мікрофауна – організми, розміри яких менші 0,2 мм. Головними з них є протозоа, нематоди, різоподи, ехінококи, які живуть у вологому грунтовому середовищі; б) мезофауна – організми, розміри яких від 0,2 до 4 мм: маленькі комахи, специфічні черви, що пристосувалися жити у грунті, де досить вологе повітря; в) макрофауна – складається з тваринних організмів розміром від 4 до 80 мм: земляні черви, молюски, комахи (мурахи, терміти); г) мегафауна – тварини більші 80 мм: великі комахи, краби, скорпіони, гадюки, черепахи, маленькі і великі гризуни, лисиці, борсуки та інші тварини, які риють у грунтах ходи, нори. Прикладом надзвичайно інтенсивної дії на грунт є робота дощових червів. На площі 1 га черви щорічно пропускають через свій кишечник у різних грунтово-кліматичних зонах від 50 до 600 т дрібнозему. Разом з мінеральною масою поглинається і перероблюється величезна кількість органічних решток. У середньому екскременти червів (копроліти) складають до 25 т/га на рік.
Функції тварин в процесі грунтотворення: 1)Головною функцією тварин є споживання, первинне і вторинне руйнування органічної речовини. 2)Друга функція грунтових тварин виражається у накопиченні в їх тілах елементів живлення і, головне, у синтезі азотовмісних сполук білкового характеру. Після їх розкладу до грунту надходять елементи, енергія. 3)Тварини впливають на переміщення маси грунту, на формування мікро- і нанорельєфу. 8.2.4. Роль мікроорганізмів у грунтоутворенні Винятково важливе значення для процесів грунтоутворення мають мікроорганізми. їм належить основна роль у глибокому і повному руйнуванні органічних речовин, деяких первинних і вторинних мінералів. Кожному типові грунтів, кожній грунтовій відмінності властивий свій специфічний профільний розподіл мікроорганізмів. При цьому чисельність мікроорганізмів, їх видовий склад відображають важливі властивості грунту. Основна маса мікроорганізмів зосереджена у межах верхніх 20 см товщі грунту. Біомаса грибів і бактерій в орному шарі грунту складає до 5 т/га. Мікроорганізми беруть активну участь у процесі гумусоутворення, який за своєю природою біохімічний. Великий вплив мають мікроорганізми на склад грунтового повітря, на цикли перетворення азотовмісних сполук. Одна з важливих ланок у циклах перетворення азоту – фіксація його грунтовими мікроорганізмами. Загальна планетарна продуктивність мікробної фіксації азоту складає від 270 до 330 млн. т/рік, із яких 160-170 млн. т/рік дає суша, 70-160 млн. т/рік – океан. Бобові культури за допомогою бульбочкових бактерій фіксують і накопичують у грунтах від 60 до 300 кг азоту на гектар у рік. Грунт є не лише місцем життя величезної кількості найрізноманітніших мікроорганізмів, а й продуктом їхньої життєдіяльності, у грунті мікроби знаходять всі умови для розвитку: вологу, поживні речовини, захист від згубної дії прямої сонячної радіації тощо. Завдяки цим сприятливим умовам кількість мікробів у грунтах величезна – від 200 млн. мікробів у 1 г глинистого грунту до п'яти і більше мільярдів у 1 г чорнозему. Грунт – основне джерело, звідки мікроорганізми надходять у зовнішнє середовище – повітря й воду. Мікрофлора грунту дуже різноманітна. У її складі нітрифікуючі, азотфіксуючі, денітрифікуючі бактерії, сірко- і залізобактерії, целю-лозорозкладачі, різні пігментні бактерії, мікоплазми, актиноміцети, гриби, водорості, найпростіші тощо. Кількісний і якісний склад мікрофлори різних грунтів змінюється залежно від хімічного складу грунту, його фізичних властивостей, реакції середовища, вмісту в ньому повітря, вологи й поживних речовин. На склад і кількість мікробів у грунті істотно впливають кліматичні умови: пори року, методи обробітку грунту, характер рослинного покриву та багато інших факторів. Наявність в 1 г грунту (верхнього шару чорнозему) кількох мільярдів бактерій, актиноміцетів, до мільйона спор грибів і багатьох інших мікроорганізмів свідчить про велику біогенність грунту. Є дані про те, що в орному шарі окультуреного грунту на площі 1 га може міститися 5-6 т мікробної маси. Серед різноманітної мікрофлори в грунті є і патогенні бактерії, проте грунт у цілому – несприятливе середовище для життя більшості патогенних бактерій, вірусів, грибів і найпростіших. У грунті водночас з мінералізацією органічних речовин відбуваються процеси бактеріального самоочищення – відмирання не характерних для грунту сапрофітних і патогенних бактерій. Значна роль мікроорганізмів і в руйнуванні та новоутворенні мінералів. Вона пов'язана, в першу чергу, з мікробними циклами калію, заліза, алюмінію, фосфору та сірки. Руйнування та синтез мінералів забезпечують залучення елементів у біологічний кругообіг та його взаємодію з великим геологічним кругообігом речовин. У процесах мікробного руйнування мінералів беруть участь в основному гриби, та, в меншій мірі, актиноміцети й інші бактерії. В основі деструкції мінералів лежать такі механізми: 1) розчинення сильними кислотами, що утворюються при нітрифікації, при окисненні сірки; 2) дія органічних кислот – продуктів бродіння і неповного окиснення вуглеводів грибами; 3) взаємодія з позаклітинними амінокислотами, що виділяються більшістю мікроорганізмів; 4) руйнування продуктами мікробіологічної трансформації рослинних решток – поліфенолами, поліуронідами, танінами, флавоноїдами; 5) руйнування продуктами мікробного біосинтезу, наприклад, поліцукрами.
У результаті дії на мінерали кислот, лугів, мікробного слизу відбувається або повне розчинення мінералу з утворенням аморфних продуктів розкладу, або іони калію, наприклад, ізоморфно заміщуються на водень чи натрій без руйнування кристалічної решітки. Вилучення з мінералів хімічних елементів не завжди відбувається у еквівалентній кількості, а це призводить до перетворення одного мінералу на інший. Наприклад, при розкладі алюмосилікатів за участю гетеротрофної мікрофлори відбувається послідовне вивільнення спочатку лужних елементів, потім лужноземельних і в останню чергу кремнію та алюмінію. Стійкість мінералу до мікробіологічного розкладу визначається як особливістю будови кристалічної решітки, так і специфікою комплексу мікроорганізмів, а як наслідок – і специфічністю біохімічних механізмів дії на мінерал. Найвищою мінералодеструктивною здатністю володіє мікрофлора грунтів підзолистого типу. Мікроорганізми беруть участь не лише в розсіюванні елементів, що містяться в мінералах, а й у мінералоутворенні. Зокрема, мікроорганізми утворюють боксити (гідроксид алюмінію), відкладаючи алюміній по периферії клітин, а також при руйнуванні алюмосилікатів. Окрім алюмінію, у грунтах відбувається новоутворення сульфідних, карбонатних, фосфатних, залізистих і силікатних мінералів. Карбонатні мінерали в едафотопах – продукти біогенного походження. Кальцити утворюються при осадженні кальцію вуглекислотою, що виділяється при диханні, бродінні та неповному окиснювальному розкладі органічних сполук. Кремнієві мінерали нерідко утворюються при життєдіяльності діатомових водоростей. Роль мікроорганізмів у процесах перетворення аморфного кремнезему у вторинний кварц зводиться до вивільнення фітолітів від органічних речовин. Подальша кристалізація – процес суто хімічний. Сульфіди трансформуються сіркобактеріями, зокрема Thiobacillus ferrooxidans. У кислому середовищі ці бактерії окиснюють первинні сульфіди, з яких утворюються нові вторинні мінерали, наприклад, з антимоніту (Sb2S3) утворюється сенармоніт, який у подальшому окиснюється до Sb2Ss за участю Stibiobacter senarmontii. 8.2.5. Боіогенне структуроутворення Суттєва роль у структуроутворенні належить саме біологічним агентам і, в першу чергу, кореневим системам переважно трав'янистих рослин. Корені пронизують грунт, розділяючи грунтову масу в одних місцях і стискуючи її в інших, локально висушують грунт і виділяють у місця контакту органічні речовини. Розповсюджуючись в едафотопі в різноманітних напрямках, коріння надають агрегатам грудкуватої або зернистої форми; проникаючи в мікроагрегати, вони зв'язують їх і підвищують механічну й водну стійкість. Подібна зв'язувальна роль притаманна і грибним гіфам та адсорбованим на поверхні агрегату мікроорганізмам. Визначна роль у структуроутворенні належить червам. їх виділення містять значну кількість поліцукрів, що виконують роль клею. Поліцукри мають довгу, лінійну, гнучку структуру, що дозволяє їм входити в тісний контакт з грунтовими частинками і зв'язувати їх, утворюючи містки між ними. Крім того, саме поліцукри є чудовим субстратом для мікроорганізмів, що теж продукують так званий бактеріальний слиз, який виконує аналогічну функцію. 8.3. Клімат як фактор грунтоутворення, його характерні особливості Під атмосферним кліматом розуміють середній стан атмосфери тієї чи іншої території, що характеризується середніми показниками метеорологічних елементів (температура, опади, вологість повітря) і їх крайніми показниками. Кліматичні показники відіграють важливу роль у формуванні характеру грунтових процесів, тому що з ними тісно пов'язаний водно-повітряний і тепловий режими грунту, а відповідно – спрямування біологічних процесів. Головним джерелом енергії грунтових процесів служить сонячна радіація, води – атмосферні опади. Характеристики клімату за температурним режимом і режимом зволоження мають важливе значення для розуміння особливостей гідротермічного режиму грунтів. Термічні групи кліматів виділяються за рядом температурних показників (табл. 10), вони розташовуються на планеті у вигляді широтних смуг, закономірно характеризуються певними типами рослинності та грунтів, тому ці пояси (смуги) отримали назву грунтово-біокліматичних поясів. Таблиця 10. Планетарні термічні (грунтово-біокліматичні) пояси
У термічних поясах виділяють зони зволоження (групи кліматів) за коефіцієнтом зволоження. Характеристика клімату, як фактора водного режиму грунтів була застосована Г.М.Висоцьким у вигляді коефіцієнта зволоження (Кз) території:
де Р – кількість опадів за рік, мм; Е – річне випаровування з поверхні, мм. Важливість виділення груп кліматів за режимом зволоження обгрунтовується тим, що вода – найважливіший компонент земної атмосфери. Вона є неодмінною умовою формування усіх природних екосистем. До світового кругообігу щорічно залучається 577 тис. км куб води; 505 тис. км куб випаровується з поверхні океану і 72 тис. км куб – з поверхні суші, із яких десь біля 119 тис.км куб щорічно випадає на сушу у вигляді опадів. Надходження атмосферних опадів наростає від полюса до екватора. У середині континентів спостерігається відхилення від цієї загальної закономірності. Воно залежить від розмірів материка, відстані від моря, наявності холодних і теплих течій, висоти гірських систем. За характером зволоження прийнято виділяти такі групи кліматів (за Кз): - дуже вологі (екстрагумідні) – >1,33; - вологі (гумідні) – 1,33-1,00; - напіввологі (семигумідні) – 1,00-0,55; - напівсухі (семиаридні) – 0,55-0,33; - сухі (аридні) – 0,33-0,12; - дуже сухі (екстрааридні) – <0,12. Напр., для грунтових зон України коефіцієнт зволоження складає для: лісостепової – 1,00; лісо-лугової – 1,38; степової чорноземної – 0,67, сухих степів – 0,38. Клімат має прямий і опосередкований вплив на грунтоутворення. Прямий вплив – це безпосередня дія на грунт атмосферних факторів: зволоження, промочування, висихання, нагрівання, охолодження тощо.
Опосередкована роль клімату як фактора грунтоутворення полягає у: 1. Клімат – важливий фактор розвитку біологічних і біохімічних процесів. Він зумовлює тип рослинності, темпи утворення або руйнування органічної речовини, склад та інтенсивність грунтової мікрофлори, фауни. 2. Атмосферний клімат істотно впливає на водно-повітряний, температурний і окисно-відновний режими грунтів. 3. З кліматичними умовами міцно зв'язані процеси перетворення мінеральних сполук у грунті (напрямок і темпи вивітрювання, акумуляція продуктів грунтоутворення). 4. Клімат багато в чому визначає процеси вітрової та водної ерозії грунтів. 8.3.1. Водний режим грунтів Сукупність добових, сезонних і річних циклічних змін складу та стану компонентів грунту, які відбуваються у зв'язку з обміном речовиною й енергією між грунтом і навколишнім середовищем, називається грунтовим режимом. Виділяють водний, тепловий, повітряний, окисно-відновний, сольовий, поживний та інші режими. Типи водного й теплового режимів у великій мірі визначають характер грунтоутворення, його енергетику і динаміку, а самі, в першу чергу, залежать від кліматичних характеристик території, де знаходиться грунт. Водний режим грунту – це сукупність явищ надходження води в грунт, її переміщення, змін фізичного стану, втрати з грунту. Основи вчення про водний режим грунтів і його типи закладені Г.М.Висоцьким (1899). До елементів водного режиму (балансу) належать: поглинання, фільтрація, капілярне підняття, поверхневий стік, низхідний та боковий стоки, фізичне випаровування, десукція, замерзання, розмерзання, конденсація води (рис. 23).
Залежно від співвідношень цих явищ у грунтах складається тип водного режиму (ТВР). Виникнення того чи іншого ТВР залежить від багатьох факторів: клімату, розташування грунту в рельєфі, водних властивостей грунту, рівня грунтових вод, наявності мерзлоти, характеру рослинності, діяльності людини. Виділяють 14 типів водного режиму. 1. Мерзлотний водний режим властивий грунтам, які формуються в області багаторічної мерзлоти. Протягом більшої частини року грунтова вода знаходиться у твердому стані у вигляді льоду. У теплий період лід розмерзається зверху вниз і над мерзлим шаром утворюється надмерзлотна верховодка. Вода витрачається на випаровування, боковий стік, десукцію. Грунт постійно вологий. Протягом більшої частини вегетаційного періоду волога підтримується на рівні від найменшої до повної вологоємності і ніколи не буває нижчою від вологи в'янення (ВВ). 2. Водонасичений (водозастійний) режим характеризує болотні грунти атмосферного зволоження і деколи грунтового зволоження. Волога грунту зберігається протягом року в межах повної вологоємкості (ПВ) і тільки в посушливі періоди знижується до найменшої вологоємкості (НВ).
Рис. 24. Водний баланс грунту при промивному водному режимі: 1 – затримується кронами (30%), 2 – поверхневий стік (5%), 3 – фізичне випаровування (10%), 4 – грунтовий стік (10%), 5 – десукція деревами (30%), 6 – підгрунтовий стік (15%) 4. Промивний режим властивий грунтам лісових зон тайги, вологих субтропіків і тропічних лісів, помірних широколистяних лісів, де річна сума опадів перевищує річну випаровуваність. Щорічно грунтова товща промочується до рівня грунтових вод, що забезпечує винос продуктів грунтоутворення за межі грунтової товщі (рис. 24). Грунти мають надлишок води. 6. Промивний сезонно-посушливий режим характерний для територій з двома контрастними сезонами: дощового з вологістю грунту від ПВ до НВ і посушливого від ВРК до ВВ (тропічні вологі савани). 7. Непромивний режим властивий зонам, де середня річна норма опадів менша від середньорічної випаровуваності (степ, посушлива савана). Грунтова товща промочується на глибину 0,5-2 м, нижче знаходиться шар із постійно низькою вологою. У верхній частині профілю відповідно з режимом опадів волога коливається в межах від ПВ до ВВ, у нижній – від вологи розриву капілярів (ВРК) до ВВ протягом року (рис.25). 8. Аридний (посушливий) – весь профіль грунту сухий протягом всього року. Волога близька до ВВ або навіть нижча. Формуються напівпустельні грунти. 9. Випітний режим, як і непромивний або посушливий, має місце в грунтах аридного клімату, але в яких грунтові води близькі до поверхні. В них капілярна кайма періодично піднімається до поверхні, грунтові води випаровуються фізично і в разі наявності солей, розчинних у воді, поверхневі горизонти збагачуються ними. Формуються лугові солончаки і солончакові грунти (рис. 26).
Мертвий горизонт Рис. 25. Водний баланс грунту при непромивному водному режимові: 1 – затримано кронами (15%); 2 – фізичне випаровування (25%); 3 – десукція рослинами (60%) 10. Десуктивно-випітний режим. Капілярна кайма грунтових вод не виходить на поверхню, і випаровується вода не фізично, а через рослини. Солі, розчинні в грунтових водах, відкладаються на деякій глибині профілю. Цей водний режим має місце при формуванні лугових грунтів, лугово-чорноземних, лугово-каштанових. Режим зволоження складається з двох періодів – весною і після сильних опадів профіль грунту промочується до грунтових вод, у посушливий – вода піднімається вверх. 11. Затоплюваний режим характерний для грунтів, які періодично затоплюються водами рік, схилів, дощовими або іншими водами (заплави річок). 13. Іригаційний характерний для штучно зрошуваних грунтів. 14. Осушувальний характерний для осушених болотних і заболочених грунтів. Дослідження водного режиму грунтів має теоретичне і практичне значення для того, щоб зрозуміти правильно генезис грунтів, окремих горизонтів, оцінити і прогнозувати напрямок подальшої еволюції сучасних грунтів, управляти водним режимом для раціонального використання у землеробстві та лісівництві. Регулювання водного режиму проводять за допомогою меліорації, агромеліоративних і агротехнічних прийомів. 8.3.2. Теплові властивості й тепловий режим грунтів До теплових властивостей грунтів відносяться теплопоглинальна здатність, теплоємність, і теплопровідність. Теплопоглинальна здатність – здатність грунтів поглинати та утримувати енергію сонця. Характеризується величиною альбедо – кількістю сонячної радіації, відбитою поверхнею грунту і вираженою в% від сумарної сонячної радіації. Альбедо коливається від 8 до 30%. Залежить від кольору грунтів, їх структурного стану, вологості, характеру поверхні. Темні грунти поглинають більше енергії, ніж світлі, вологі більше, ніж сухі. Теплоємність – здатність грунту поглинати тепло; кількість тепла в калоріях, необхідна для нагрівання 1г або 1 см куб грунту на 1°С. Теплоємність залежить від мінералогічного і гранулометричного складу грунту, вмісту в ньому органічної речовини, вологості. Вологий грунт має більшу теплоємність, ніж сухий, а глинистий більшу, ніж піщаний. Теплопровідність – здатність грунту проводити тепло.Теплопровідність залежить від гранулометричного, хімічного складу, гумусованості, щільності, пористості, ступеня зволоження грунту. Мінеральна частина грунту ліпше проводить його, ніж органічна, вода – ліпше, ніж повітря. Тепловий режим – сукупність і визначена послідовність явиш теплообміну в системі приземний шар повітря-рослини-грунт-підстилаюча порода, а також сукупність процесів теплопереносу, теплоакумуляції та теплорозсіювання у грунті. Річний режим температури грунтів має велику амплітуду коливань і виражений на більшу глибину, ніж добовий. Зона активної дії сезонної динаміки обмежена 3-4 метровою товщею. Прийнята систематика теплових режимів грунтів В.Н.Дімо (табл. 11). 1. Мерзлотні режими типові для грунтів із багаторічною мерзлотою. Середньорічна температура грунтів від'ємна. Температура найтеплішого місяця на глибині 0,2 м не перевищує 20°С (грунти Євразійської полярної та Східносибірської мерзлотно-тайгової областей). 2. Тривало-сезонно-промерзаючі: до п'яти місяців переважає позитивна середньорічна температура профілю. Температура найтеплішого місяця на глибині 0,2 м – від 0 до 25°С. Глибина промерзання більше їм, але вона не змикається з вічною мерзлотою. 3. Сезонно-промерзаючі грунти мають позитивну середньорічну температуру. Термін промерзання не більше 2-х місяців. Підстилаючі породи немерзлі. Температура найтеплішого місяця на глибині 0,2 м – 20-30°С (чорноземи, сірі лісові, каштанові грунти). 4. Непромерзаючі грунти мають протягом року позитивні середньорічні температури профілю, включаючи температури найхолоднішого місяця (бурі лісові, субтропічні, тропічні грунти). Таблиця 11. Теплові режими грунтів
Суттєві зміни в характері теплового режиму грунтів вносить їх обробіток, а також агромеліоративні заходи (снігозатримання, гребнювання, дренаж, зрошення). Тепловий режим має значний вплив на грунтоутворення (визначає інтенсивність процесів у грунтах, життєдіяльність мікроорганізмів, продуктивність рослин). 8.4. Роль у грунтоутворенні материнської породи, рельєфу місцевості Материнські породи істотно впливають на гранулометричний, хімічний і мінералогічний склад грунтів; фізичні, фізико-механічні властивості; водно-повітряний, тепловий і поживний режими. Вони є матеріальною основою грунту і передають йому свої властивості. Особливо це помітно на ранніх стадіях грунтоутворення. Первинний грунт відображає ознаки кори вивітрювання. З віком взаємозв'язки поступово зменшуються. Рівень грунтової родючості залежить від складу і властивостей материнських порід. Як відомо, літосфера землі складається з магматичних, метаморфічних і осадових гірських порід. Магматичні породи утворились із силікатних розплавів (магми). Грунтоутворюючими вони бувають дуже рідко. Кислі магматичні породи (граніти, гранітогнейси, піщаники) утворюють грунти з низькою природною родючістю. На основних андезитах, габро-базальтових породах формуються грунти, багаті поживними елементами і катіонами, з високою родючістю, нейтральні або слаболужні з високим вмістом гумусу. Метаморфічні гірські породи – вторинні масивно-кристалічні породи (мармур, кварцити, сланці, гнейси тощо), утворені з магматичних чи осадових. Мають невелике значення в грунтоутворенні. Осадові породи – відкладення продуктів вивітрювання масивно-кристалічних порід або залишків організмів. Розрізняються за своїм походженням. їх характер відіграє найбільшу роль у процесах грунтоутворення. Наприклад, рендзини (дерново-карбонатні грунти) у нечорноземній зоні – приклад того, як на карбонатних породах у цій зоні формуються родючі грунти. Дуже велике значення мають грунтоутворюючі породи в практиці зрошувально-осушувального землеробства. Засоленість материнських порід легкорозчинними солями в цих умовах може бути причиною вторинного засолення грунтів, їх осолонцювання. Важкий грансклад, низька пористість, незначна водопроникність можуть призвести до оглеєння. Рельєф місцевості дуже впливає на генезис грунтів, структуру грунтового покриву, його просторову неоднорідність. В.В.Докучаєв за рельєфом поділяв грунти на нормальні, перехідні і анормальні. Перші знаходяться на вододілах, другі – грунти депресій і понижень, які відчувають вплив грунтових вод; треті – не зовсім розвинуті. С.О.Захаров розробив положення про прямий і опосередкований вплив рельєфу на процеси грунтоутворення. Пряме значення рельєфу полягає у розвитку ерозійних процесів, непряме виявляється через перерозподіл тепла, світла і води. С.С.Неуструєв увів поняття про грунти автоморфні, сформовані в умовах вододілу і гідроморфні, які залягають у пониженнях і зазнають впливу грунтових вод. У практиці польових досліджень грунтів застосовується наступна систематика вп
|
Рис. 23. Схема балансу води в грунті: 1 – опади; 2 – випаровування з поверхні рослин; 3 – випаровування з поверхні грунту; 4 – поверхневий стік; 5 – десукція рослинами; 6 – внутрішньогрунтовий стік; 7 – грунтовий стік
