Биология. В 3-х томах. Т. 2

Почвенные частицы удерживают вокруг себя некоторое количество воды. Часть ее, называемая гравитационной водой, может свободно просачиваться вниз сквозь почву. Это ведет к выщелачиванию, т. е. к вымыванию из почвы различных минеральных веществ, в том числе азота. Гравитационная вода проходит до уровня грунтовых вод, глуби-на залегания которых колеблется в зависимости от количества выпадающих осадков.

Вода может также удерживаться вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой прочной связанной пленки. Эту воду иногда называют гигроскопической (рис. 12.17). Она адсорбируется за счет водородных связей на поверхностях кварца и глины или на катионах, связанных с глинистыми минералами и гумусом. Эта вода наименее доступна для корней растений, и именно она последней удерживается в очень сухих почвах. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц, и поэтому в глинистых почвах ее намного больше (примерно 15% веса почвы), чем в песчанистых (примерно 0,5%).

По мере того как накапливаются слои воды вокруг почвенных частиц, она начинает заполнять сначала узкие поры между этими частицами, а затем распространяется во все более широкие поры. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную, которая удерживается вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения (рис. 12.17). Капиллярная вода может подниматься по узким порам и канальцам от уровня грунтовых вод. Причиной этого служит высокое поверхностное натяжение воды. Растения легко поглощают капиллярную воду, которая играет наибольшую роль в регулярном снабжении их водой. В отличие от гигроскопической эта вода легко испаряется. Тонкоструктурные почвы, например глины, удерживают больше капиллярной воды, чем грубоструктурные, такие, как пески.

Рис. 12.17. Три типа почвенной воды

Общее количество воды, которое может быть удержано почвой (его определяют, добавляя избыток воды и затем ожидая, пока она не перестанет выходить каплями), называется полевой влагоемкостью (разд. 13.1.1).

Вода необходима всем почвенным организмам. Она поступает в живые клетки путем осмоса (разд. 14.1). Вода также важна как растворитель для питательных веществ и дыхательных газов, поглощаемых из водного раствора корнями растений. Она принимает участие в процессах разрушения материнской породы, подстилающей почву (см. ниже).

12.4.2. Образование почвы

Почва образуется в результате взаимодействия многих факторов, из которых пять наиболее важных — это климат, материнская порода (геологические условия), топография (рельеф или морфология поверхности), живые организмы и время. Рассмотрим каждый из этих факторов в отдельности.

Климат и выветривание

Физическое и химическое разрушение материнской породы под влиянием климата и в меньшей степени живых организмов называется выветриванием. Наиболее важные факторы, вызывающие выветривание, — это вода и температурные колебания, поэтому роль климата удобнее рассматривать на примере именно этих факторов. Влияние климата на почвообразование в целом будет рассмотрено позже.

Физическое выветривание может происходить в результате изменений температуры: горные породы попеременно расширяются и сжимаются при ее суточных колебаниях. Этот процесс ведет к постепенному разрушению горных пород. Если в трещинах имеется вода и если она периодически замерзает и оттаивает, то при образовании льда может создаваться огромное давление, также разрушающее породу. Другими факторами физического выветривания могут быть частицы разных размеров (например, песчинки), которые перемещаются ветром, водой и ледниками и вызывают эрозию незащищенных поверхностей.

Химическое выветривание подвержено также влиянию биологических и климатических факторов. Оно обычно ускоряется с повышением температуры. Вода действует как растворитель и как реагент в процессе гидролиза некоторых минералов. Породы, в некоторой степени растворимые в воде, мел и известняк, состоящие в основном из карбоната кальция, особенно подвержены эрозии. Эффективность воды как растворителя может возрастать, когда в ней содержится двуокись углерода (из атмосферы или образующаяся в результате дыхания почвенных организмов), так что получается разбавленный раствор угольной кислоты. Лишайники относятся к тем немногим организмам, которые могут расти на обнаженной скальной поверхности, они тоже способствуют химической эрозии, извлекая из выветриваемых скал определенные питательные вещества.