The Birth of Soil: Understanding Soil Formation and Factors

Η Ελληνική έκδοση βρίσκεται κάτω από την Αγγλική.
Для версии на русском языке, смотрите ниже.

The Birth of Soil: Understanding Soil Formation and Factors

Pedogenesis

 

Numerous individuals globally rely on soil for their livelihood, highlighting its role as an evolving element within landscapes. Soil is far more complex than merely eroded rock. The process of soil formation and profile development, known as pedogenesis, involves transforming a thin layer of soil (sometimes just a few centimeters thick in younger soils) into layers that can exceed 2 meters in older soils. Soil scientists view soils as three-dimensional natural entities that form part of the landscape, much like rivers, forests, and prairies, emphasizing that soil formation is a result of more than just rock weathering. It has taken millennia to develop the soils we have today [1].

Soils come from the breaking down of rocks and minerals, called mineral soils. Organic soils, however, develop from plant remains that rot slowly underwater, forming layers of material like peat and muck found in bogs and fens. Soil can also form in places like coastal marshes and areas near water that flood occasionally, which helps plants grow. The creation of mineral soils happens when rocks and minerals are broken down physically and chemically, a process helped by natural forces that bring these elements to the surface of the earth. This starting material can be either bits of weathered rock or materials that have been moved and laid down by processes like sedimentation, erosion, and glaciation[2].

The transformation of rocks into smaller particles is driven by temperature changes, moisture, and natural abrasion from elements such as wind and water. The presence of water, oxygen, and organic substances from biological activity enhances the breakdown of primary minerals (e.g., feldspars, micas) into secondary minerals (e.g., silicate clays, aluminum, iron, and silica oxides), releasing nutrients vital for the sustenance of diverse life forms [2].

Soil formation is influenced by five main factors: parent material, climate, biotic factors, topography, and time, each playing a vital role in the creation and evolution of soil profiles [1].

Factors Influencing Soil Formation

 

Soil formation factors are components of the natural environment that interact to form soil. The foundations of the study of soil formation factors were laid by V.V. Dokuchaev in the late 19th century. He established that soils result from the collective activity of agents and factors of soil formation: parent rock, living, and deceased organisms (both plants and animals), climate, the age of the landscape, and the relief of the location, i.e., all components of the external environment. Currently, human activity (anthropogenic activity) represents an important factor in soil formation [3].

Stages of Soil Development

 

The creation of fine particles with extensive surface areas from weathered rocks initiates soil formation by providing a suitable environment for life. Early soil colonizers, including organisms that perform photosynthesis and nitrogen fixation (making atmospheric nitrogen available to plants), establish symbiotic relationships with plants, aiding in nutrient and water absorption. This biological activity leads to the accumulation of soil organic matter (SOM) at the surface, which is crucial for soil development [2].

As soil develops, it layers into distinct sections, known as horizons, each with its own thickness and composition, shaped by the factors that form soil. The topmost layers undergo the most change, gradually blending into lower layers that resemble the soil's original material. This transformation involves the breakdown of plant material into rich humus, the washing away of nutrients, and their gathering in deeper layers, creating a diverse soil profile [2].

For the formation of full-profile mature soil under conditions of constant or slightly variable long-term precipitation and temperature values, many centuries are required. Soils are constantly developing systems. The entire life cycle of soil consists of several stages. At different stages of development, the properties and composition of the soil change. Four stages, or phases, in the development of soil under natural conditions are typically distinguished [3].

The first stage lasts from the moment of soil formation until the appearance of characteristic morphological features and properties that allow identifying the type of profile-forming process. During this period, under the influence of soil processes, the differentiation of the parent rock into horizons occurs, their thickness increases, and type-specific properties and regimes are formed in accordance with the zonal type of soil formation [3].

The second stage of soil formation is the period of formation of all stable type-specific features of the soil corresponding to its type of soil formation. Type-specific features include the morphological structure of the profile, the content and group composition of humus, acid-alkaline characteristics, redox conditions, and the composition of the soil-absorbing complex. At this stage, the formation of a mature full-profile soil is completed [3].

The third stage of soil formation represents a period of stable functioning of mature soil when it is in dynamic equilibrium with the climatic norm of soil formation for this type of soil and the developed biocenosis on it. This is called the climax state of the soil. The duration of the climax stage of soil formation can be many thousands of years. This period may end due to changes in soil formation factors or due to human intervention, naturally transitioning to a new cycle of soil formation—the evolution stage [3].

The evolution stage is caused by changes in the character and direction of soil development. Reasons for evolution may include the self-development of soil as well as a stable change in climate or the degree of drainage of the territory. Natural soil development can be disrupted by erosion, deflation, solifluction, or anthropogenic activity. This may result in the complete or partial destruction of the soil profile (for example, due to erosion) or the complete burial of the soil profile (for example, by volcanic ash or alluvial deposits). A new soil profile is entirely or partially formed on the altered profile [3].

The set of processes underlying soil formation can be divided into three groups (based on A.A. Rode's classification).

1.  Processes of exchange of substances and energy between the soil and other natural bodies (inflow to and outflow from the soil):

• Exchange of gasses in the system atmosphere-soil-plant - groundwater - soil-forming rocks;
• Exchange of moisture in the same system;
• Exchange of radiation in the system sun-soil-atmosphere - outer space;
• Exchange of thermal energy in the system atmosphere-soil rocks;
• Exchange of ash substances and nitrogen in the system soil-plants - groundwater - rocks with the participation of the atmosphere;
• Unilateral input into the soil of organic matter synthesized by higher plants and partial removal of it into groundwater and with surface runoff.

2.  Processes of transformation of substances and energy occurring in the soil mass:

• Decomposition of organic substances of plant and animal origin and their synthesis by soil biota;
• Synthesis and decomposition of organo-mineral compounds;
• Breakdown of primary and secondary minerals and synthesis of secondary minerals;
• Freezing, thawing, evaporation, condensation of soil moisture;
• Processes of transformation of the composition of soil air and reactions involving oxygen, carbon dioxide, nitrogen, etc.

3. Processes of movement and accumulation of substances and energy in the soil mass:

• Movement of moisture within the soil (downward, upward, lateral);
• Movement and accumulation of organo-mineral substances and simple salts;
• Movement of air, soil gasses, and water vapor;
• Movement of soil mass (activity of soil animals, erosion processes, cryoturbation, etc.).

The characteristic feature of the listed processes is their cyclicity - daily, annual, multi-year, and centennial. The annual cycle is the most pronounced. Due to cyclicity, there is a tendency for reversibility and opposite directionality of soil processes: synthesis - destruction, inflow - outflow, outflow - accumulation, etc. These processes were termed by A.A. Rode as common micro-processes inherent to all soils. A certain set of micro-processes forms specific soil-forming processes, according to A.A. Rode, or elementary soil processes (ESP), according to I.P. Gerasimov and M.A. Glazovskaya [4].

Impact of Human Activity on Soil

 

Soil development in glaciated regions can span 10,000 to 30,000 years, whereas in other areas, it might require much longer due to varying erosion and deposition rates. Human activities, particularly in agriculture, can detrimentally affect soil by causing erosion and depleting SOM. However, practices such as drainage, irrigation, and the addition of organic and nutrient amendments can enhance soil quality and rehabilitate degraded areas [2].

Overall, by appreciating the complexity of soil formation and the factors that contribute to it, we can adopt practices that support soil conservation and regeneration. Our challenge and opportunity lie in harmonizing our actions with the natural processes that build and sustain soils. In the next posts, we’ll go deeper into each of the soil-forming factors to better understand the processes and apply the new knowledge at vineyards later!

Ελληνική Έκδοση

Η Γέννηση του Εδάφους: Κατανόηση της Διαμόρφωσης και των Παραγόντων που διαμορφώνουν το Έδαφος

Διαμόρφωση του Εδάφους

 

Πολλά άτομα, σε παγκόσμιο επίπεδο, εξαρτώνται από το έδαφος για την επιβίωσή τους, τονίζοντας τον ρόλο του ως ένα εξελισσόμενο στοιχείο. Το έδαφος είναι πολύ πιο πολύπλοκο από ένα απλά διαβρωμένο πέτρωμα. Η διαδικασία της δημιουργίας και της ανάπτυξης του προφίλ του εδάφους (Pedogenesis) περιλαμβάνει τη μετατροπή μιας λεπτής στρώσης εδάφους (ορισμένες φορές μόνο λίγα εκατοστά πάχους στα νεότερα εδάφη) σε στρώσεις που μπορούν να υπερβαίνουν τα 2 μέτρα σε παλαιότερα εδάφη. Οι επιστήμονες του εδάφους βλέπουν τα εδάφη ως τρισδιάστατες φυσικές οντότητες που αποτελούν μέρος του τοπίου, όπως τα ποτάμια, τα δάση, και τα λιβάδια, τονίζοντας ότι η διαμόρφωση του εδάφους είναι αποτέλεσμα πολλών παραγόντων. Χρειάστηκαν χιλιετίες για να αναπτυχθούν τα εδάφη που έχουμε σήμερα [1].

Τα εδάφη προέρχονται από τη διάσπαση των πετρωμάτων και των ορυκτών, τα οποία αποκαλούνται ορυκτά εδάφη. Ωστόσο, τα οργανικά εδάφη αναπτύσσονται από τα υπολείμματα των φυτών που σαπίζουν αργά κάτω από το νερό, δημιουργώντας έτσι στρώσεις υλικού όπως η τύρφη που συναντάται σε βάλτους και έλη. Το έδαφος μπορεί επίσης να δημιουργηθεί σε μέρη όπως παράκτιες λιμνοθάλασσες και περιοχές κοντά σε νερό που περιστασιακά πλημμυρίζουν, κάτι το οποίο βοηθά στην ανάπτυξη των φυτών. Η δημιουργία ορυκτών εδαφών συμβαίνει όταν τα πετρώματα και τα ορυκτά διασπώνται φυσικά και χημικά, μία διαδικασία που βοηθείται από φυσικές δυνάμεις που φέρνουν αυτά τα στοιχεία στην επιφάνεια της γης. Αυτό το αρχικό υλικό μπορεί να είναι είτε κομμάτια διαβρωμένων πετρωμάτων, είτε υλικά που έχουν μετακινηθεί και έχουν αποτεθεί από διαδικασίες όπως η ιζηματογένεση, η απογύμνωση του εδάφους και παγετοποίηση [2].

Η μετατροπή των πετρωμάτων σε μικρότερα σωματίδια οφείλεται σε αλλαγές θερμοκρασίας, υγρασίας και σε φυσικές τριβές από στοιχεία όπως ο άνεμος και το νερό. Η παρουσία νερού, οξυγόνου και οργανικών ουσιών από βιολογική δραστηριότητα, ενισχύει τη διάσπαση των πρωτογενών ορυκτών (Άστριοι, Μαρμαρυγίες) σε δευτερογενή ορυκτά (Οξείδια του Αργιλίου, του Σιδήρου και του Πυριτίου, καθώς και Αργιλοπυριτικά ορυκτά), απελευθερώνοντας θρεπτικά συστατικά ζωτικής σημασία για τη συντήρηση διαφόρων μορφών ζωής [2].

Η διαμόρφωση του εδάφους επηρεάζεται από 5 κύριους παράγοντες: το μητρικό υλικό του εδάφους, το κλίμα, οι βιοτικοί παράγοντες, η τοπογραφία και ο χρόνος, με τον κάθε παράγοντα να παίζει έναν πολύ σημαντικό ρόλο στη δημιουργία και την εξέλιξη των εδαφικών προφίλ [1].

Παράγοντες που επηρεάζουν τη Διαμόρφωση του Εδάφους

 

Οι παράγοντες διαμόρφωσης του εδάφους είναι στοιχεία του φυσικού περιβάλλοντος που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για τη δημιουργία του εδάφους. Οι βάσεις της μελέτης των παραγόντων διαμόρφωσης του εδάφους τέθηκαν από τον V.V. Dokuchaev στα τέλη του 19ου αιώνα. Ήταν εκείνος που διαπίστωσε ότι τα εδάφη προκύπτουν από τη συλλογική δραστηριότητα παραγόντων διαμόρφωσης του εδάφους: μητρικό υλικό, ζωντανοί και νεκροί οργανισμοί (τόσο φυτά, όσο και ζώα), κλίμα, ηλικία, και ανάγλυφο της τοποθεσίας, δηλαδή όλα τα στοιχεία του εξωτερικού περιβάλλοντος. Πλέον, η ανθρώπινη δραστηριότητα (ανθρωπογενής) αποτελεί σημαντικό παράγοντα στη διαμόρφωση του εδάφους [3].

Στάδια Ανάπτυξης του Εδάφους

 

Η δημιουργία λεπτών σωματιδίων με εκτεταμένες επιφάνειες από διαβρωμένα πετρώματα ξεκινά τη διαμόρφωση του εδάφους παρέχοντας ένα κατάλληλο περιβάλλον για ζωή. Οι πρώτοι κατακτητές του εδάφους, συμπεριλαμβανομένων οργανισμών που εκτελούν φωτοσύνθεση και δέσμευση του αζώτου (καθιστώντας το ατμοσφαιρικό άζωτο διαθέσιμο για τα φυτά), αναπτύσσουν συμβιωτικές σχέσεις με τα φυτά, βοηθώντας στην απορρόφηση των θρεπτικών ουσιών και νερού. Αυτή η βιολογική δραστηριότητα προκαλεί τη συσσώρευση οργανικής ύλης στην επιφάνεια του εδάφους, ένας παράγοντας ο οποίος είναι ουσιαστικός για την ανάπτυξη και την εύρωστη υγεία του εδάφους [2].

Καθώς το έδαφος αναπτύσσεται, στρωματοποιείται σε διακριτές ενότητες, γνωστές ως ορίζοντες του εδάφους, ο καθένας με το δικό του πάχος και σύνθεση, διαμορφωμένος από τους παράγοντες που σχηματίζουν το έδαφος. Τα ανώτερα στρώματα υφίστανται και τις περισσότερες αλλαγές, αφού σταδιακά αναμιγνύονται με τα χαμηλότερα στρώματα, τα οποία μοιάζουν με το μητρικό υλικό του εδάφους. Αυτή η μεταμόρφωση περιλαμβάνει τη διάσπαση του φυτικού υλικού σε πλούσιο χούμο, το ξέπλυμα των θρεπτικών συστατικών και τη συγκέντρωσή τους σε βαθύτερα στρώματα, δημιουργώντας ένα ποικίλο προφίλ εδάφους [2].

Για να σχηματιστεί ένα ώριμο έδαφος με πλήρες προφίλ, υπό συνθήκες σταθερής ή ελαφρώς μεταβαλλόμενης βροχόπτωσης και θερμοκρασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, χρειάζονται πολλοί αιώνες. Τα εδάφη εξελίσσονται συνεχώς. Ολόκληρος ο κύκλος ζωής του εδάφους αποτελείται από αρκετά στάδια. Σε διάφορα στάδια ανάπτυξης, οι ιδιότητες και η σύνθεση του εδάφους αλλάζουν. Συνήθως διακρίνονται 4 στάδια, ή φάσεις, στην ανάπτυξη του εδάφους υπό φυσικές συνθήκες [3].

 

Το 1o στάδιο διαρκεί από τη στιγμή της δημιουργίας του εδάφους έως ότου αρχίσουν να εμφανίζονται συγκεκριμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες που επιτρέπουν τον προσδιορισμό του τύπου της διαδικασίας σχηματισμού του εδαφικού προφίλ. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, και υπό την επίδραση των εδαφικών διεργασιών, συντελείται ο διαχωρισμός του μητρικού πετρώματος σε στρώματα, αυξάνεται το πάχος τους, και διαμορφώνονται ιδιότητες και καθεστώτα, χαρακτηριστικά του τύπου τους, σύμφωνα με τον ζωνικό τύπο εδαφογένεσης [3].

Το 2ο στάδιο διαμόρφωσης του εδάφους είναι η περίοδος κατά την οποία διαμορφώνονται όλα τα σταθερά χαρακτηριστικά τύπου του εδάφους που αντιστοιχούν στον τύπο σχηματισμού του. Τα χαρακτηριστικά αυτά περιλαμβάνουν τη μορφολογική δομή του προφίλ, το περιεχόμενο και την ομαδική σύνθεση του χούμου, τα οξεο-αλκαλικά χαρακτηριστικά, τις οξειδοαναγωγικές συνθήκες, και τη σύνθεση του εδαφο-απορροφητικού συμπλέγματος. Σε αυτό το στάδιο, ολοκληρώνεται ο σχηματισμός ενός ώριμου εδάφους με πλήρες προφίλ [3].

 

Το 3ο στάδιο διαμόρφωσης του εδάφους αντιπροσωπεύει μια περίοδο σταθερής λειτουργίας του ώριμου εδάφους, όταν αυτό βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία με το κλιματικό πρότυπο διαμόρφωσης του εδάφους, για τον συγκεκριμένο τύπο εδάφους και την αναπτυγμένη βιοκοινότητα πάνω του. Αυτό το στάδιο ονομάζεται “Κλιμακωτή κατάσταση του εδάφους” και μπορεί να διαρκέσει έως και πολλές χιλιετίες, ωστόσο μπορεί να τελειώσει λόγω αλλαγών στους παράγοντες διαμόρφωσης του εδάφους ή λόγως ανθρώπινης παρέμβασης, μεταβαίνοντας φυσικά σε έναν νέο κύκλο διαμόρφωσης του εδάφους - το στάδιο της εξέλιξης [3].

Το στάδιο της εξέλιξης προκαλείται από αλλαγές στον χαρακτήρα και την κατεύθυνση της ανάπτυξης του εδάφους. Οι λόγοι για αυτήν την εξέλιξη μπορεί να περιλαμβάνουν την αυτο-ανάπτυξη του εδάφους καθώς και μια σταθερή αλλαγή στο κλίμα ή στον βαθμό αποστράγγισης της περιοχής. Η φυσική ανάπτυξη του εδάφους μπορεί να διαταραχθεί από την απογύμνωση του εδάφους, από την απελευθέρωση αερίων από το έδαφος, από τη σταδιακή μετακίνηση υγρού εδάφους ή από ανθρωπογενή δραστηριότητα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην πλήρη ή μερική καταστροφή του εδαφικού προφίλ (λόγω απογύμνωσης) ή στην πλήρη επικάλυψη του (για παράδειγμα, από ηφαιστειακή τέφρα ή από αλλουβιακές αποθέσεις). Ένα νέο εδαφικό προφίλ σχηματίζεται εξ ολοκλήρου ή εν μέρει πάνω στο τροποποιημένο προφίλ [3].

Το σύνολο των διαδικασιών που υπόκεινται στη διαμόρφωση του εδάφους μπορεί να διαιρεθεί σε τρεις ομάδες (βάσει της ταξινόμησης του A.A. Rode).

1. Διαδικασίες ανταλλαγής ουσιών και ενέργειας μεταξύ του εδάφους και άλλων φυσικών σωμάτων (εισροή προς, και εκροή από το έδαφος):

• Ανταλλαγή αερίων στο σύστημα ατμόσφαιρα-έδαφος-φυτό-υπόγεια ύδατα-πετρώματα διαμόρφωσης του εδάφους.
• Ανταλλαγή υγρασίας στο ίδιο σύστημα.
• Ανταλλαγή ακτινοβολίας στο σύστημα ήλιος-έδαφος-ατμόσφαιρα-διάστημα.
• Ανταλλαγή θερμικής ενέργειας στο σύστημα ατμόσφαιρα-πετρώματα εδάφους.
• Ανταλλαγή τέφρας και αζώτου στο σύστημα έδαφος-φυτά-υπόγεια ύδατα-πετρώματα, με τη συμμετοχή της ατμόσφαιρας.
• Μονόπλευρη εισροή, στο έδαφος, οργανικής ύλης που συντίθεται από ανώτερα φυτά, και μερική απομάκρυνσή της στα υπόγεια ύδατα και με την επιφανειακή απορροή.

2. Διεργασίες μετασχηματισμού ουσιών και ενέργειας που συμβαίνουν στη μάζα του εδάφους:

• Αποσύνθεση οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης και σύνθεσή τους από την εδαφική βιοκοινότητα.
• Σύνθεση και διάσπαση οργανομεταλλικών ενώσεων.
• Διάσπαση πρωτογενών και δευτερογενών ορυκτών και σύνθεση δευτερογενών ορυκτών.
• Πήξη, τήξη, εξάτμιση, και συμπύκνωση της υγρασίας του εδάφους.
• Διεργασίες μετασχηματισμού της σύστασης του εδαφικού αέρα και αντιδράσεις που περιλαμβάνουν οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο κ.λπ.

3. Διεργασίες κίνησης και συσσώρευσης ουσιών και ενέργειας στη μάζα του εδάφους:

• Κίνηση υγρασίας εντός του εδάφους (προς τα κάτω, προς τα πάνω, και πλάγια).
• Κίνηση και συσσώρευση οργανομεταλλικών ουσιών και απλών αλάτων.
• Κίνηση αέρα, εδαφικών αερίων και υδρατμών.
• Κίνηση της εδαφικής μάζας (δραστηριότητα εδαφικών ζώων, διεργασίες διάβρωσης και απογύμνωσης, ψυχροκίνησης κ.λπ.).

Το χαρακτηριστικό γνώρισμα των παραπάνω διεργασιών είναι η κυκλικότητά τους – ημερήσια, ετήσια, πολυετής και εκατονταετής. Ο ετήσιος κύκλος είναι ο πιο έντονος. Λόγω της κυκλικότητας, υπάρχει τάση αναστρεψιμότητας και αντίθετης κατεύθυνσης των εδαφικών διεργασιών: σύνθεση – καταστροφή, εισροή – εκροή, εκροή – συσσώρευση κλπ. Αυτές οι διαδικασίες ονομάστηκαν από τον A.A. Rode ως κοινές μικρο-διαδικασίες που είναι εγγενείς σε όλα τα εδάφη. Ένα συγκεκριμένο σύνολο μικρο-διαδικασιών σχηματίζει ειδικές εδαφογενετικές διεργασίες, σύμφωνα με τον A.A. Rode, ή τις βασικές διαδικασίες διαμόρφωσης του εδάφους, σύμφωνα με τον I.P. Gerasimov και την M.A. Glazovskaya [4].

Επιπτώσεις της Ανθρώπινης Δραστηριότητας στο Έδαφος

 

Η ανάπτυξη του εδάφους σε παγετώδεις περιοχές μπορεί να διαρκέσει 10.000 έως 30.000 χρόνια, ενώ σε άλλες περιοχές ίσως απαιτείται πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα λόγω των διαφορετικών ρυθμών διάβρωσης και απόθεσης. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες, ιδίως στη γεωργία, μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά το έδαφος προκαλώντας απογύμνωση του εδάφους και εξαντλώντας την οργανική ύλη. Ωστόσο, πρακτικές όπως η αποστράγγιση, η άρδευση και η προσθήκη οργανικών και θρεπτικών τροποποιήσεων μπορούν να ενισχύσουν την ποιότητα του εδάφους και να αποκαταστήσουν υποβαθμισμένες περιοχές [2].

Συνολικά, εκτιμώντας την πολυπλοκότητα της διαμόρφωσης του εδάφους και τους παράγοντες που συμβάλλουν σε αυτή, μπορούμε να υιοθετήσουμε πρακτικές που υποστηρίζουν τη διατήρηση και την αναγέννηση του εδάφους. Η πρόκληση και η ευκαιρία μας βρίσκονται στο να συντονίσουμε τις ενέργειές μας με τις φυσικές διαδικασίες που δημιουργούν και συντηρούν τα εδάφη. Στις επόμενες αναρτήσεις μας, θα εμβαθύνουμε περισσότερο σε καθένα από τους παράγοντες διαμόρφωσης του εδάφους για να κατανοήσουμε καλύτερα τις διαδικασίες και να μπορέσουμε να εφαρμόσουμε τις νέες μας γνώσεις αργότερα στους αμπελώνες!

Русская версия

Рождение почвы: понимание почвообразования и факторов

Педогенез

 

Многие люди во всем мире полагаются на почву как источник средств к существованию, подчеркивая ее роль как развивающегося элемента ландшафта. Почва гораздо сложнее, чем просто разрушенная эрозией горная порода. Процесс почвообразования и развития профиля, известный как педогенез, включает преобразование тонкого слоя почвы (иногда толщиной всего несколько сантиметров в более молодых почвах) в слои, толщина которых в более старых почвах может превышать 2 метра. Почвоведы рассматривают почвы как трехмерные природные объекты, которые составляют часть ландшафта, подобно рекам, лесам и прериям, подчеркивая, что почвообразование является результатом чего-то большего, чем просто выветривание горных пород. На создание тех почв, которые мы имеем сегодня, понадобились тысячелетия [1].

Почвы образованные в результате разрушения горных пород и минералов и называются литогенными почвами. В то время как органогенные почвы образуются из остатков растений, которые медленно гниют под водой, образуя слои материала, такого как торф, встречающегося в болотах и топях. Органогенные почвы также могут образовываться на участках возле воды, которые время от времени затопляются, что способствует росту растений. Образование литогенных почв происходит в результате физического и химического разрушения горных пород и минералов. Этот процесс поддерживается силами природы, которые выносят минеральные материал на поверхность земли. Этим исходным материалом могут быть либо кусочки выветрившейся породы, либо материалы, которые были перемещены и отложены в результате таких процессов, как седиментация, эрозия и оледенение. Преобразование горной породы в более мелкие частицы обусловлено изменениями температуры, влажностью и естественным истиранием от таких элементов, как ветер и вода. Присутствие воды, кислорода и органических веществ в результате биологической активности усиливает распад первичных минералов (например, полевых шпатов, слюды) на вторичные минералы (например, силикатные глины, оксиды алюминия, железа и кремнезема), высвобождая питательные вещества, жизненно важные для поддержания жизнедеятельности разнообразных форм жизни [2].

На почвообразование влияют пять основных факторов:материнская порода (горная порода), климат, биотические факторы, топография и время, каждый из которых играет жизненно важную роль в создании и развитии почвенных профилей [1].

Факторы, влияющие на почвообразование

 

Факторы почвообразования – это компоненты природной среды, взаимодействующие друг с другом с образованием почвы. Основы изучения факторов почвообразования были заложены В.В. Докучаева в конце 19 века. Он установил, что почвы возникают в результате коллективной деятельности элементов и факторов почвообразования: материнской породы, живых и умерших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста ландшафта и рельефа местности, т. е. всех компоненты внешней среды. В настоящее время деятельность человека (антропогенная деятельность) также представляет собой важный фактор почвообразования [3].

Этапы развития почвы

 

Создание мелких частиц с обширной поверхностью из выветренных пород инициирует почвообразование, обеспечивая подходящую среду для живых организмов. Ранние колонизаторы почвы, включая организмы, которые осуществляют фотосинтез и фиксацию азота (делая атмосферный азот доступным для растений), устанавливают симбиотические отношения с растениями, способствуя поглощению питательных веществ и воды. Эта биологическая активность приводит к накоплению органического вещества почвы (ПОВ) на поверхности, что имеет решающее значение для развития почвы [2].

По мере развития почвы она распадается на отдельные слои, известные как горизонты, каждый из которых имеет свою толщину и состав, сформированный факторами, формирующими почву. Самые верхние слои претерпевают наибольшие изменения, постепенно переходя в нижние слои, напоминающие первоначальный материал почвы (материнскую породу). Эта трансформация включает расщепление растительного материала на богатый гумус, вымывание питательных веществ и сбор их в более глубокие слои, создавая разнообразный почвенный профиль [2].

Для формирования полнопрофильной зрелой почвы в условиях постоянных или незначительно меняющихся многолетних осадков и температурных значений необходимы многие столетия. Почвы представляют собой постоянно развивающиеся системы. Весь жизненный цикл почвы состоит из нескольких стадий. На разных стадиях развития изменяются свойства и состав почвы. Обычно выделяют четыре стадии, или фазы, в развитии почв в природных условиях [3].

Первый этап длится от момента почвообразования до появления характерных морфологических особенностей и свойств, позволяющих определить тип профиль образовательного процесса. В этот период под влиянием почвенных процессов происходит дифференциация материнской породы на горизонты, увеличивается их мощность, формируются типоспецифические свойства и режимы в соответствии с зональным типом почвообразования [3].

Второй этап почвообразования — период формирования всех устойчивых типоспецифичностей почвы, соответствующих ее типу почвообразования. К типоспецифичным особенностям относятся морфологическое строение профиля, содержание и групповой состав гумуса, кислотно-щелочная характеристика, окислительно-восстановительные условия, состав почвенно-поглощающего комплекса. На этом этапе завершается формирование зрелой полнопрофильной почвы [3].

Третий этап почвообразования представляет собой период устойчивого функционирования зрелой почвы, когда она находится в динамическом равновесии с климатической нормой почвообразования для данного типа почвы и сложившимся на ней биоценозом. Это называется климаксным состоянием почвы. Продолжительность кульминационного этапа почвообразования может составлять многие тысячи лет. Этот период может завершиться вследствие изменения факторов почвообразования или вмешательства человека, закономерно перейдя к новому циклу почвообразования – этапу эволюции [3].

Стадия эволюции обусловлена изменением характера и направления развития почв. Причинами эволюции могут быть как саморазвитие почвы, так и устойчивое изменение климата или степени дренированности территории. Естественное развитие почв может быть нарушено эрозией, дефляцией, солифлюкцией или антропогенной деятельностью. Это может привести к полному или частичному разрушению почвенного профиля (например, вследствие эрозии) или полному захоронению почвенного профиля (например, вулканическим пеплом или аллювиальными отложениями). На измененном профиле полностью или частично формируется новый почвенный профиль [3].

Совокупность процессов, лежащих в основе почвообразования, можно разделить на три группы (по классификации А. А. Роде).

1. Процессы обмена веществ и энергии между почвой и другими природными телами (приток в почву и отток из нее):

• Газообмен в системе атмосфера-почва-растение - грунтовые воды - почвообразующие породы;
• Обмен влаги в одной системе;
• Обмен радиации в системе Солнце-почва-атмосфера - космическое пространство;
• Обмен тепловой энергии в системе атмосфера-почвенные породы;
• Обмен зольных веществ и азота в системе почва-растения – грунтовые воды – горные породы при участии атмосферы;
• Одностороннее поступление в почву органического вещества, синтезируемого высшими растениями, и частичный вынос его в грунтовые воды и с поверхностным стоком.

2. Процессы превращения веществ и энергии, происходящие в почвенной массе:

• Разложение органических веществ растительного и животного происхождения и их синтез почвенной биотой;
• Синтез и разложение органо-минеральных соединений;
• Расщепление первичных и вторичных минералов и синтез вторичных минералов;
• Замерзание, оттаивание, испарение, конденсация почвенной влаги;
• Процессы преобразования состава почвенного воздуха и реакции с участием кислорода, углекислого газа, азота и др.

3. Процессы движения и накопления веществ и энергии в почвенной массе:

• Перемещение влаги внутри почвы (вниз, вверх, вбок);
• Перемещение и накопление органо-минеральных веществ и простых солей;
• Движение воздуха, почвенных газов и водяного пара;
• Движение почвенной массы (деятельность почвенных животных, эрозионные процессы, криотурбация и др.).

Характерной особенностью перечисленных процессов является их цикличность – суточная, годовая, многолетняя и столетняя. Годовой цикл наиболее выражен. В силу цикличности наблюдается тенденция к обратимости и противоположной направленности почвенных процессов: синтез — разрушение, приток — отток, отток — аккумуляция и т. д. Эти процессы были названы А.А. Протекали общие микропроцессы, присущие всем почвам. Определенная совокупность микропроцессов образует специфические почвообразовательные процессы, по мнению А.А. Роде, или элементарные почвенные процессы (ЭПП), по И.П. Герасимов и М.А. Глазовская [4].

Влияние деятельности человека на почву

 

Развитие почвы в регионах, где был ледник может длиться от 10 000 до 30 000 лет, тогда как в других местах это может занять гораздо больше времени из-за различных скоростей эрозии и отложения. Деятельность человека, особенно в сельском хозяйстве, может пагубно повлиять на почву, вызывая эрозию и истощение ПОВ. Однако такие методы, как дренаж, орошение и добавление органических и питательных добавок, могут улучшить качество почвы и восстановить деградированные территории [2].

В целом, осознавая сложность почвообразования и факторы, которые ему способствуют, мы можем учиться применять методы, способствующие сохранению и регенерации почв. Наша задача и возможности заключаются в гармонизации наших действий с естественными процессами, которые создают условия для благоприятного формирования почвы. В следующих постах мы углубимся в каждый из почвообразующих факторов, чтобы лучше понять процессы и в дальнейшем применить новые знания на виноградниках!

Bibliography

[1] N. S. Eash, T. J. Sauer, D. O'Dell and E. Odoi, Soil Science Simplified, John Wiley & Sons, 2016.

[2] E. A. Paul, Soil Microbiology, Ecology, and Biochemistry, Academic Press, 2015.

[3] Б. Ф. Апарин, Почвоведение, Москва: Академия, 2012.

[4] Н. Ф. Ганжара, Почвоведение, Москва: Агроконсалт, 2001.