Почвообразовательный процесс по Вильямсу

     Область развития корневых волосков вместе с  ростом корня в длину постепенно передвигается в глубь материнской  породы. По мере углубления корня, прогрессивно растёт пространственное развитие этой области в зависимости от ветвления корня в связи с его углублением. Понятно, что роль всей системы по отношению к необходимым растению зольным и азотистым веществам будет диаметрально противоположна роли атмосферной воды, проникающей в рухляковую породу и стремящейся, при движении в породе под влиянием силы тяжести, вымыть из рухляка выветри- разветвлений, развивающихся или развивавшихся в данном горизонте пиши всё растворимое в воде, содержащей растворённую углекислоту.

     Очевидно, что, по мере углубления корня и отмирания  корневых волосков на его более старых, более поверхностно расположенных  частях, будет увеличиваться объём  породы, лежащей выше области развития его корневых волосков,— тот объём, из которого могут выщелачиваться вещества, необходимые для питания растений.

     Под влиянием всех этих явлений рухляковая порода выветривании, покрытая растительностью, будет освобождаться от тех растворимых в содержащей углекислоту воде продуктов выветривания горной породы, которые не играют роли в питании растений. Вещества же необходимые для образования тела растений, будут, в зависимости от величины потребности в них растений, населяющих породу, встречать более пли менее сильное препятствие

     Органические  вещества, и состав которых входят, как конституционная их часть, элементы зольной пищи растений, равномерно распределяются по всей массе растений при его жизни. Ко времени созревания семян равномерность распределения зольных элементов в массе тела растения нарушается, благодаря передвижению значительной части соединений, наиболее богатых зольными элементами (белков), к органам плодоношения. Это передвижение, однако, никогда не достигает степени полного освобождения остальных органов растительного организма от нелетучих элементов.

     Если  мы далее припомним, что масса корневой системы растения распределяется в материнской породе по схеме конуса, обращенного вершиной вниз и касающегося своим основанием дневной поверхности материнской породы, то станет очевидным, что остальная половина зольных составных элементов и азота растительного организма после его отмирания будет отложена в толще материнской породы по той же схеме.

     Органическое  вещество растительного организма после отмирания начинает подвергаться разложению под влиянием бесхлорофилльных  организмов. При этом процессе элементы органического вещества частью переходят в другие формы органического вещества, частью минерализируются. Потенциальная энергия, сдерживавшая в одном целом сложный комплекс органического вещества, переходит в другие формы.

     Минеральные зольные вещества, необходимые растениям  и черпаемые ими из почвы, это  — фосфор, сера, калий, магний, кальций, железо, марганец. Из почвы же растения черпают и азот. Очевидно, что, исходя из предыдущих рассуждений, мы должны ожидать найти концентрацию всех этих элементов в почвенных образованиях. Кроме того, те элементы, которые не черпаются растениями из почвы, а усвояются ими из атмосферы — углерод, кислород, водород и отчасти азот, также не должны избегнуть общей участи всех элементов, необходимых растениям для создания их организма.

     Эта относительная устойчивость сохранения биологически важных элементов в почвенных образованиях будет подробно разобрана нами в главе о так называемой поглотительной способности почвы и при изучении различных типов почвенных образований. Но в настоящей главе будет уместно привести несколько общих соображений по настоящему вопросу.

     Четыре  элемента — углерод, кислород, водород и азот, так называемые органогены, дают в своих разнообразных комбинациях органическое вещество. Вопрос об устойчивости их нахождения в почве почти совпадает с вопросом об устойчивости нахождения в ней органического вещества, и часто присутствие органического вещества выставлялось в качестве кардинального признака почвы.

     Но  устойчивость органического вещества находится в чрезвычайно большой зависимости от отношения свойств почвы, как массы, к внешним условиям, в которых находится почва. Как мы увидим впоследствии, возможны такие природные сочетания этих факторов, при которых существование органического вещества в почвенных образованиях отличается резко выраженной эфемерностью. По отношению к таким образованиям можно говорить только о существовании в них организованного, а не вообще органического вещества, хоти совокупность целого ряда других признаков заставляет отнести эти образования к почвам.

     Такие элементы, как кальций, магний, железо, марганец и в меньшей степени  сера, являются чрезвычайно широко и обильно распространёнными  в горных породах. Потребляются же они растениями в относительно очень малых количествах. Кроме того, при некоторых условиях почвообразования эти элементы представляются настолько подвижными, что роль их в смысле характеристики почвенных образований часто проявляется с недостаточной яркостью.

     Калий нанимает место, довольно близкое к предыдущим элементам, и силу своего довольно широкого распространения в породах. Наконец, остаётся фосфор, концентрация которого и является наиболее устойчивым, наиболее твёрдым признаком, отличающим почвенные образования от материнских пород, несмотря на то, что вследствие своей огромной роли в биологических процессах он усиленно отчуждается как животным миром, так особенно человеком, как из необработанных, так и из так называемых культурных почв.

     Часто указывалось на изменение цвета  и на приобретение известных структурных особенностей (комковатой структуры), как на существенные признаки почв в отличие от материнских пород. Но, хотя оба эти признака часто являются очень характерными для отдельных почвенных образований, они не отличаются общностью своей принадлежности всем почвенным образованиям.

     Таким образом, единственным существенным и общим признаком всех почвенных образований, отличающим их от материнских пород, будет концентрация в почвенных образованиях под влиянием воздействии на материнскую породу биологических элементов почвообразования тех веществ, которые являются необходимыми элементами зольной и азотной пищи растений и в наиболее яркой и обще выраженной форме — фосфора.

     Этот  существенный признак вместе с тем выражает и существенное свойство почвы её способность создавать при посредстве зелёных растений органическое вещество — её плодородие — свойство, в отсутствие которого перестаёт существовать само понятие о почве, логически противопоставляемое понятию о бесплодном камне — горной и материнской породе.

     С точки зрения участие в почвообразовательном процессе все разнообразие выражения биологических процессов на земной поверхности удобно укладывается в двустороннюю схему: создания органического вещества хлорофиллоносными растениями и разрушения органического вещества (минерализация его элементов) бесхлорофильными организмами.

     Если  присмотреться ближе к двум сложным комплексам явлений, составляющих весь объём этих колоссальных по своим размерам процессов, мы сумеем на основании существенных частных признаков элементов, принимающих в них участие, разделить их, в свою очередь, на более узкие группы, природное существование которых обусловливается совершенно определённой взаимной причинной зависимостью их отношений.

     Обратимся, прежде всего, к первой фазе рассматриваемого нами цикла процессов — к процессу создания органического вещества на поверхности суши.

     Роль  распределения органического  вещества в его  разложении

     В силу естественной неизбежности органическое вещество, рассоложенное на границе  свободного атмосферного воздуха, принуждено разлагаться под влиянием аэробных организмов, населяющих этот горизонт. Эта аэробная жизнь, разрушающая органическое вещество, будет перехватывать весь кислород, стремящийся проникнуть в силу осмоса в массу среды, в которой расположено органическое вещество, или непосредственно в массу органического вещества.

     Очевидно, что толща этого горизонта аэробного разложения органического вещества в материнской породе будет тем меньше, чем энергичнее будет выражен самый процесс его аэробного разложения, чем слабее будет выражена скорость нисходящего тока воды в материнской породе или в органическом веществе, чем в меньшей степени осуществлены условия, способствующие быстроте осмотического тока газа в среде, где протекает разложение, и, наконец, чем больше будет концентрация органического вещества в среде, его содержащей.

     Минерализация элементов органического  вещества анаэробным процессом

     Процесс минерализации - это комплекс физико-химических и биохимических окислительно-восстановительных микропроцессов, приводящих к полному разложению органического материала и собственно гумусовых веществ до конечных продуктов окисления - оксидов и солей. Как только мёртвое  органическое вещество отложится в форме сплошной массы, имеющей сколько-нибудь выраженную толщину, или отложение его в материнской породе распространится на некоторую глубину, так тотчас, в силу неизбежности господства аэробиозиса в периферических слоях органического вещества, установится неизбежное преобладание анаэробиозиса в центральных или глубинных его толщах.

     Минеральные вещества, на которые распадается при этом процессе органическое вещество, носят все, за исключением одного, вполне определённый характер соединений, представляющих или крайнюю или очень значительную степень восстановленности: это метан (СН₄), свободный водород, аммиак и свободный азот, сероводород, сернистое железо и, вероятно, фосфористый водород. Только углекислота, в виде которой выделяется весь кислород, содержавшийся в органическом веществе, и образующаяся при этом разложении в значительном количестве, представляет окисленное соединение.

     Причина восстановительного действия анаэробного  процесса на среду

     Кислород  для дыхания анаэробных бактерий не является необходимым. Они получают необходимую для их жизни энергию из энзиматического расщепления сложных органических веществ  на  простые минеральные  соединения без участия кислорода. Но всё-таки кислород для анаэробных бактерий является элементом, необходимым в качестве пищи для построения их тел и тех энзим, при помощи которых происходит расщепление органического вещества. Кислород также входит в состав того органического вещества, которое всегда образуется при этом процессе разложения и, вследствие сложности своего состава, не может рассматриваться как продукт распада мёртвого органического вещества. Потребность организма в кислороде, как пище, может быть удовлетворена исключительно связанным кислородом.

     Кислород, входивший в состав распадающегося органического вещества, целиком входит в состав углекислоты, выделяющейся при разложении органического вещества. Углекислота может быть расщеплена только хлорофиллоносными растениями при условии, притока свободной кинетической энергии — света и тепла солнечного луча. Поэтому организмы анаэробного разложения принуждены покрывать свою потребность в кислороде, как пище, в» других источников.

     Источниками кислорода для анаэробных бактерий могут служить элементы материнской породы и окисленные продукты, получающиеся при аэробном процессе разложения органического вещества в области соприкосновения последнего со свободным, кислородом воздуха и проникающие в область анаэробиозиса в массе органического вещества с нисходящим током воды.

     Из  всех составных элементов материнской породы только одна окись железа и её гидраты способны к восстановлению при обычных термодинамических условиях земной поверхности. Поэтому при господстве в материнской породе анаэробного процесса разложения органического вещества мы всегда сталкиваемся с сопутствующим ему явлением: красная в обычных условиях материнская, порода приобретает белую, серую, голубую или зеленоватую окраску, характерную для соединений закиси железа. Эти светлые цвета такой восстановленной породы при прокаливании её при доступе кислорода вновь обращаются в красный цвет окиси железа.

     Продукты  распада органического вещества под влиянием аэробного разложения, протекающего на границе соприкосновения его-с атмосферой, могущие служить источником кислорода, как пищи для анаэробных бактерий, более разнообразны. К ним, прежде всего, относятся сернокислые соли, переходящие в горизонте господства анаэробиозиса в сернистые соединения. Поэтому сернистое железо является почти неизбежным спутником массовых скоплений мёртвого органического вещества на земной поверхности, как результат анаэробиозиса, определяемого, в свою очередь, тем же скоплением органического вещества в массе. При более сложных условиях источником кислорода для анаэробных бактерий могут служить окисные фосфорнокислые соли.

     Основное  свойство анаэробного  процесса и его  причина

     Самым характерным и существенным свойством процесса анаэробного разложения мёртвого органического вещества в природных условиях и является неизбежное прогрессивное замедление, приводящее к неизбежному прекращению самого процесса. Результатом этого явления получается неполное разрушение, неполная минерализация элементов всего количества ежегодно отлагающегося мёртвого органического вещества, или, другими словами, накопление неразрушенного мёртвого органического вещества.