Баланс та загальна схема грунтоутворення

Баланс ґрунтоутворення – це співвідношення між приходом речовин в грунт та їх відтоком з нього за певний проміжок часу.

Ґрунтоутворюючий процес складається з чотирьох компонентів речовинно-енергетичного балансу:

- притоку речовини і енергії в грунт;

- перетворення речовини і енергії в грунті;

- переміщення речовини і енергії в грунті;

- відтоку речовини і енергії з грунту.

Всі ці складові утворюють єдність, визначають направленість грунто-

утворюючого процесу, будову, склад і властивості грунту.

В.А. Ковда визначив декілька форм балансу речовин залежно від довжини охопленого ним часу:

- віковий, який має геологічний відрізок часу і зв’язаний з формува-

нням геоморфології місцевості;

- періодичний (циклічний), який охоплює відрізок часу приблизно

11-12 років, очевидно, пов’язаний з періодичною активністю Сонця;

- річний, який вкладається в річний гідрологічний цикл території;

- на зрошувальній території виділяють межполивний баланс речовин,

який складається з коротких відрізків часу між поливами.

Можна виділити окремо баланс органічної речовини, азоту, води, мінеральних елементів, легкорозчинних солей.

У процесі ґрунтоутворення розрізняються прибуткові і видаткові статті балансу.

До прибуткових статей балансу належать:

- прихід С, N, зольних елементів з опадом і рештками рослин і тварин;

- прихід тих самих елементів з кореневими виділеннями;

- прихід N з атмосфери за рахунок азотофіксаторів;

- прихід N з опадами;

- прихід речовин з вітровим пилом;

- прихід твердим поверхневим стоком;

- прихід з рідким поверхневим стоком;

- прихід з капілярною каймою грунтових вод;

- прихід з боковим (внутрішнім грунтовим) стоком;

- прихід з добривами, меліорантами, зрошуваною водою.

Видаткові статті балансу грунту:

- захоплення рослинами N і зольних елементів для утворення щорічного приросту;

- втрати азоту за рахунок денітрифікації;

- втрати С при мінералізації рослинного опаду і гумусу;

- вимивання речовин низкохідним током води за межі грунтового профілю у грунтові води;

- винос речовин всередині грунтовим стоком;

- винос речовин поверхневим твердим стоком;

- винос речовин поверхневим рідким стоком;

- втрата речовин за рахунок дефляції;

- винос N, С, мінеральних елементів з врожаєм сільськогосподарських культур, сіном, деревиною.

Різні речовини в одному і тому ж грунті можуть мати різний баланс: позитивний, від’ємний, нульовий.

Позитивний баланс характеризується акумуляцією речовин у грунті, яка може бути абсолютною, відносною і залишковою. Глобальне значення має абсолютна акумуляція вуглецю і азоту атмосфери, що відбувається у процесі життєдіяльності зелених рослин і азотофіксуючих мікроорганізмів. Ці елементи накопичуються у лісовій підстилці, степовій повсті, в гумусовому горизонті. Акумуляція може бути зумовлена надходженням речовин із грунтових вод, поверхневого і бокового стоків води. Це характерно для аридного клімату: вода випаровується, а речовини залишаються у грунті.

В гумідному кліматі зазвичай речовини не накопичуються, оскільки винос перевищує прихід речовин, однак при особливих умовах можуть накопичуватись кремній, алюміній, залізо, кальцій у вигляді СаСО₃, що спричинене привнесенням твердих частинок заплавними водами, делювіальним стоком, вітром. Формуються грунти абсолютного акумуляційного балансу речовин: заплавні, намиті, навіяні.

Абсолютна акумуляція речовин при ґрунтоутворенні – це надходження речовин до ґрунтоутворюючої породи з атмосфери чи гідросфери і накопичення їх в грунті, що формується.

Відносна акумуляція речовин – це збагачення верхньої частини профілю грунту мінеральними ліофільними елементами внаслідок перекачування цих елементів рослинами з нижніх горизонтів у поверхневі, хоч грунт в цілому їх не накопичує. Вона залежить від вибіркової здатності рослин поглинати поживні речовини.

Залишкова акумуляція – це відносне накопичення в грунті речовин, які залишаються на місці при виносі інших, більш рухливих компонентів.

Загальна схема ґрунтоутворення

Ґрунтоутворюючий процес, або ґрунтоутворення – це складний природний процес утворення грунтів із гірських порід, їх розвиток, функціонування і еволюція під дією комплексу факторів ґрунтоутворення.

Ґрунтоутворення проходить ряд стадій:

І стадія початкова – процес перетворення гірських порід (кори вивітрювання) під дією живих організмів в грунт. Це дуже довга стадія. Характеризується: малою потужністю профілю, слабкою диференціацією на горизонти;

ІІ стадія розвитку грунту – процеси проходять більш інтенсивно, формуються грунтові горизонти;

ІІІ стадія рівноваги – підтримується динамічна рівновага грунту з середовищем тобто з факторами ґрунтоутворення;

ІV стадія еволюції – відмічаються кількісні зміни в грунті, вони можуть йти в різних напрямках. Наприклад:

- шлях нарощування потужності грунту, або шлях її зменшення;

- шлях засолення грунту, або його розсолення;

- шлях деградації грунтової родючості, або її нарощування.

Розвиток і еволюція грунтів на земній поверхні протікає не випадково,

а у відповідності з історією ландшафта, яка визначається глобальними геологічними процесами.

Ґрунтоутворення розглядається як співвідношення процесів виносу і акумуляції речовин. Наприклад:

- накопичуються: вуглець (у процесі фотосинтезу), азот, солі, гіпс, вапно, сполуки заліза;

- виносяться з грунту: луги, кремнезем, лужноземельні метали, тощо.

Процес виносу називається елювіальним, спостерігається при промивному водному режимі.

Винос і акумуляція речовин при ґрунтоутворенні є наслідком взаємодії малого біологічного і великого геологічного кругообігу речовин на земній поверхні.

Результатом МБк речовин є біологічна акумуляція в грунтах: вуглецю, азоту та інших біофілів.

Результатом ВГк є збіднення тими чи іншими елементами (елювіальний процес) та збагачення деякими елементами, наприклад, солями (засолення, кіркоутворення).

Ґрунтоутворення – це по суті сукупність явищ перетворення і переміщення речовин та енергії в межах грунтової сфери Землі.

Взаємодія МБк і ВГк речовин проявляється у протилежно направлених процесах, з яких і складається ґрунтоутворення:

- руйнування первиних і вторинних мінералів – і навпаки, неосинтез мінералів;

- біологічна акумуляція елементів в грунті – споживання елементів з грунту організмами;

- гідрогенна акумуляція елементів в грунті – геохімічний виніс елементів з грунту;

- розклад органічних речовин – синтез нових органічних сполук;

- поглинання іонів з розчину твердою фазою – перехід іонів з твердої фази в розчин;

- розчинення речовини – осадження речовин;

- пептизація колоїдів – коагуляція колоїдів;

- зволоження – висихання;

- окиснення – відновлення;

- нагрівання – охолодження;

- азотфіксація – денітрифікація.

Ці протилежні процеси мають циклічний характер, як і всі природні явища. Виділяють добові, сезонні, річні, багаторічні, вікові цикли ґрунтоутворення. Вони формують режими ґрунтоутворення, специфічні для кожного грунту та називаються ці процеси – загальні ґрунтоутворюючі процеси. Вони характерні для всіх грунтів в різному кількісному і якісному прояві. Наприклад, гумусонакопичення – це єдиний процес, відбувається в різних грунтах, але кількісно відрізняється (від 0.5 до 500 т/га гумусу).

3.2.2. Поняття про елементарні ґрунтові процеси (ЕГП)

Назва елементарні ґрунтові процеси умовна, бо процеси складні за своєю природою.

ЕГП складають у своїй сукупності явище ґрунтоутворення, яке характерно тільки грунтам, визначає властивості грунтів на рівні грунтових типів. Тобто визначає властивості генетичних горизонтів і всього профілю.

Сьогодні виділяють (за Б.Г. Розановим (1983) сім груп ЕГП:

1. Біогенно-акумулятивні ЕГП – протікають в грунті під безпосеред-

ньою дією живих організмів, продуктів їх життєдіяльності, органічних решток, в результаті в профілі утворюються біогенні органогенно-акумулятивні поверхневі горизонти.

- Підстилкоутворення – утворюється органічний шар лісової підстилки або степової підстилки (повсті) із органічних залишків рослин (грунти, що не обробляються);

- Торфоутворення - процес перетворення і консервування органічних решток при їх незначній гуміфікації, розкладі і мінералізації, що веде до утворення шару торфу. Причини цього – перезволоження грунту, анаеробні умови, низькі середньорічні температури, уповільнені процеси (тундрово-глеєві, болотні грунти);

- Гумусоутворення - процес перетворення органічних решток у грунтовий гумус і його взаємодія на мінеральну частину грунту. Морфологічно цей процес характеризується утворенням поверхневого темного гумусового горизонту частіше грудкуватої або зернистої структури (чорноземи);

- Дерновий процес – інтенсивне гумусоутворення, гумусо-накопичення, акумуляція біофільних елементів під дією трав’яної рослинності, особливо коренів. Утворюється темний грудкуватий або зернистий дерновий (перегнійний) горизонт, який на ½ по об’єму складається із кореневих систем рослин. Дерновий процес спостерігається під трав’янистою рослинністю під час утворення чорноземів, дернових, лугових грунтів.

2. Гідрогенно-акумулятивні ЕГП – група процесів, зв’язаних з сучас-

ним або минулим впливом грунтових вод на ґрунтоутворення, належить до геохімічних міграційних процесів у земній корі. Тільки в тій частині – де іде акумуляція речовин у грунтовому профілі, ці процеси відносяться до грунтових.

- Засолення – процес накопичення водорозчинних солей у грунтовому профілі при випітному (десуктивному) водному режимі, в умовах неглибокого залягання грунтових вод з великою мінералізацією. Солі піднімаються по капілярах грунту з водою і під час випаровування накопичуються у верхній частині грунтового профілю. Характерно для солончаків, солонців, солодей, а також солончакуватих грунтів – каштанових, чорноземів пустельних, тощо.

- Загіпсовування – процес вторинної акумуляції гіпсу в грунтовій товщі із мінералізованих грунтових вод при досягненні ними насичення сульфатом кальцію, або при взаємодії шару, що містить вапно. Характерно для багатьох грунтів напівсухих і сухих зон.

- Карбонатизація – процес вторинної акумуляції карбонату кальцію у грунтовій товщі із мінералізованих вод. Характерно алювіальним луговим грунтам.

3. Метаморфічні ЕГП – група процесів трансформації породоутворю-

ючих мінералів на місці без елювіально-ілювіального перерозподілу елементів у профілі. Для цих процесів вводиться поняття внутрішнього грунтового вивітрювання. До метаморфічних ЕГП відносяться: сіалітизація, монтморилонізація, фералітизація, ферсіалітизація, ферітизація, озалізнення, оглеєння, злитизація, оструктурювання.

4. Елювіальні ЕГП – це група процесів, зв’язаних із руйнуванням або

перетворенням грунтового матеріалу в елювіальному горизонті з виносом із нього продуктів руйнування, внаслідок чого цей горизонт збіднюється на розчинні сполуки. До елювіальних елементарних грунтових процесів відносяться: вилущування, опідзолення, відмулювання, псевдопідзолення, псевдооглеєння, осолодіння.

5. Ілювіально-акумулятивні ЕГП – група процесів акумуляції

речовин у середній частині профілю елювіально-дефенційованих грунтів, трансформація і закріплення винесених із елювіального горизонту сполук. Кожному елювіальному процесу може відповідати свій ілювіальний процес. До ілювіально-акумулятивних ЕГП відносяться: глинисто-ілювіальний, гумусово-ілювіальний, залізисто-ілювіальний, алюмо-гумусо-ілювіальний, карбонатно-ілювіальний та інші процеси.

6. Педотурбаційні ЕГП – змішана група процесів механічного

перемішування грунтової маси під впливом різних факторів і сил як природних, так і антропогенних. До них відносяться: самомульчування, розтріскування, кріотурбація, пучення, біотурбація, вітровальна турбація, агротурбація.

7. Деструктивні ЕГП – група процесів, що ведуть до руйнування

грунту як природного тіла ідо знищення його. Ерозія – процес механічного руйнування грунту під дією поверхневого стоку атмосферних опадів, яка поділяється на площину, лінійну, іригаційну. Також до цих процесів відносяться дефляція, стягнення, захоронення.