Гумус — органическое вещество, наиболее устойчи­вое к разложению и поэтому сохраняющееся после того, как основной процесс разложения уже завершен. Постепенно гумус также минерализуется до неорганического вещества. Перемешивание гумуса с почвой придает ей структуру. Обо­гащенный гумусом слой называется пахотным, а нижеле­жащий слой — подпахотным. Основные функции гумуса' сводятся к серии сложных обменных процессов, в которых участвуют не только азот, кислород, углерод и вода, но и различные минеральные соли, присутствующие в почве. Под гумусовым горизонтом располагается подпочвенный слой, соответствующий выщелоченной части почвы, и горизонт, отвечающий материнской породе.

Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой фазе преобладают минеральные образо­вания и различные органические вещества, в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имею­щие органическое, минеральное или органоминеральное происхождение. Жидкую фазу почвы, или почвенный ра­створ, составляет вода с растворенными в ней органически­ми и минеральными соединениями, а также газами. Газовую фазу почвы составляет "почвенный воздух", включающий газы, заполняющие свободные от воды поры.

Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико-химических свойств, является ее биомасса, включающая кроме микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы, одноклеточные) еще и червей и членистоногих.

Образование почв происходит на Земле с момента возникно­вения жизни и зависит от многих факторов:

Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почв (пористость, водоудерживающая способность, рыхлость и т. д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность пе­ремешивания веществ, минералогический и химический соста­вы, первоначальное содержание элементов питания, тип поч­вы.

Растительность — зеленые растения (основные создате­ли первичных органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические соединения, пригод­ные для питания животных.

С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал созда­ет благоприятные условия для действия почвенной фауны и ми­кроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влаж­ность).

Животные организмы, выполняющие функцию пре­образования органического вещества в почву. Сапрофаги (зем­ляные черви и Др.), питающиеся мертвыми органическими ве­ществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого го­ризонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызу­нов и травоядные животные.

Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие сложные органические и минеральные ве­щества на более простые, которые в дальнейшем могут исполь­зоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.

Одни группы микроорганизмов участвуют в превращени­ях углеводов и жиров, другие — азотистых соединений. Бак­терии, поглощающие молекулярный азот воздуха, называют азотофиксирующими. Благодаря их деятельности, атмо­сферный азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные микроорганизмы принимают уча­стие в разрушении токсических продуктов обмена высших расте­ний, животных и самих микроорганизмов в синтезе витаминов, необходимых для растений и почвенных животных.

Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на биологический и физико-химические почвенные про­цессы.

Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, сни­жении и повышении их плодородия. Под влиянием человека ме­няются параметры и факторы почвообразования — рельефы, ми­кроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.

Основное свойство почвы — плодородие. Оно связано с качеством почв. В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:

Аридизация суши — комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокраще­ние биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального исполь­зования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодь­ях почвы превращаются в пустыни.

Эрозия почв, разрушение почв под действием ветра, во­ды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия — смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1-2°. Водной эрозии спо­собствует уничтожение лесов, вспашка по склону.

Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наибо­лее мелких частей. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота.

Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воз­действием транспорта, землеройных машин и техники.

Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель засолено, потеряны мил­лионы ранее плодородных земель. Особое место среди почв за­нимают пахотные угодья, т. е. земли, обеспечивающие питание человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли напрямую связан с площа­дью пахотных земель, которая неуклонно сокращается. Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,9 млн. га, из них пашни — на 2,3 млн. га, сено­косов — на 10,6 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, посёлков и промышленных предприятий.

На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из-за уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет сократились в РФ на 25-30%, а ежегодные по­тери составляют 81,4 млн. т. Земля сегодня может прокормить 15 млрд. человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.

Из сказанного следует, что почва включает минераль­ные частицы, детрит, множество живых организмов, т. е. почва — это сложная экосистема, обеспечивающая рост растений. Почвы — это медленно возобновляемый ресурс. Процессы почвообразования протекают очень медленно, со скоростью от 0,5 до 2 см за 100 лет. Мощность почвы неве­лика: от 30 см в тундре до 160 см — в западных черноземах. Одна из особенностей почвы — естественное плодородие —формируется очень длительное время, а уничтожение плодородия происходит всего за 5—10 лет. Из сказан­ного следует, что почва менее подвижна по сравнению с другими абиотическими составляющими биосферы.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, сни­жении и повышении их плодородия.

4. Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать

Чтобы растения (продуценты) могли нормально расти и развиваться, почва, как среда обитания, должна удовлет­ворять их потребности в минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень важное значение имеют кислотно-основные свойства почвы (рН почвы) и ее соленость.

Для питания растений необходимы такие минеральные вещества, как нитраты (NO₃ —ионы), фосфаты (РО ₄ ^3- , Н ₂ РО₄ , НРО ₄ ^2- — ионы), соли калия (К⁺ —ионы), кальция (Са²⁺ —ионы). За исключением азота остальные биогены из­начально входят в состав горных пород наряду с непита­тельными элементами (SiO₂ , Al₂ O₃ и др.). Однако эти биоге­ны недоступны растениям, пока они закреплены в структу­ре материнской породы. Чтобы ионы биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, мате­ринская порода должна быть разрушена. Материнская по­рода разрушается в процессе естественного выветривания. Выветривание включает все естественные физические про­цессы (замерзание, оттаивание, нагревание, охлаждение и т. д.), биологические факторы (давление корней растений,

растущих в мелких трещинах), а также различные хими­ческие реакции.

Азот поступает в почву при гниении органических ве­ществ в виде аммиака, который под действием нитрифици­рующих бактерий окисляется в азотную кислоту. После­дняя, вступая в реакцию с находящимися в почве солями угольной кислоты, например карбонатом кальция, образу­ет селитру:

СаСО₃ + 2HNO₃ -> Ca(NO₃ )₂ + СО₂ + Н₂ О

Однако некоторая часть органического азота денитрофицирующими бактериями превращается в недоступную для, растений форму (свободный азот). К процессам, возмещаю­щим потерю азота, относятся:

1) атмосферные электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота с последующим превращением в азотную кислоту и селитру;

2) превращение атмосферного азота в азотные соеди­нения клубеньковыми бактериями, входящими в состав кор­ней некоторых растений (клубеньковые растения, напри­мер, бобовые культуры, клевер и многие другие расте­ния). Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота, так же, как и других биогенов. В агроэкосистемах этот круговорот нарушается, поскольку био­гены удаляются вместе с собранным урожаем.