Минеральных почв. Понятие минерализации почвы Что такое минерализация грунта

Естественное возобновление леса

Разработку лесосек следует вести с обязательным восстановлением леса на всех площадях вырубок. По окончании лесозаготовок должно быть обеспечено восстановление леса на площади вырубок хозяйственно ценными породами. К мерам содействия возобновлению леса относятся:

сохранение подроста в процессе лесозаготовок;

оставление обсеменителей;

подготовка почвы с учетом естественного налета семян;

простейшее поверхностное осушение почвы;

огораживание вырубок.

Сохранение подроста

Одним из основных мероприятий по восстановлению леса на вырубках является сохранение жизнеспособного подроста и молодняка хвойных и твердолиственных пород . В результате сохранения подроста при лесозаготовках время выращивания спелого леса сокращается на 10 - 20 лет, предотвращается смена хвойных пород лиственными, сокращаются трудозатраты на производство лесных культур .

К подросту относят жизнеспособное поколение главных пород, возобновившееся под основным пологом и не достигшее учетных размеров (не попадающее в перечет со ступени толщины 8 см). Самосев в возрасте до 2 лет при определении количества подроста не учитывают.

К молодняку относят жизнеспособные деревья низших ступеней толщины из подчиненной части основного полога древостоя, не входящие в перечет при отводе лесосек в рубку .

К нежизнеспособному подросту ели и пихты относят экземпляры, имеющие следующие признаки: прирост незначительный или отсутствует; зонтикообразная форма кроны; тонкие ветви (в большей части мертвые); живые ветви слабо охвоены; хвоя бледная или тусклая, мелкая.

Нежизнеспособный подрост сосны, кедра и лиственницы имеет невыраженные, тонкие, искривленные, вытянутые ветви, сероватой окраски стволики, мутовки, незначительное количество боковых побегов, укороченные годичные побеги, желтеющую хвою, расположенную небольшими пучками на концах ветвей, прирост, не превышающий по высоте 2 см в год.

Существующие лесоводственные требования к лесосечным работам на делянках с наличием подроста и молодняка изложены в Инструкции по сохранению подроста и молодняка . Жизнеспособный подрост учитывают одновременно с таксацией лесосек в соответствии с Правилами (см. разд. II).

Лесосеки с сохранившимся подростом принимают одновременно с освидетельствованием мест рубок, при этом только в бесснежный период. Данные о количестве сохранившегося подроста и площади, на которой он сохранен, заносят в акт освидетельствования.

Количество сохранившегося подроста учитывают только на площади пасек. Площадь, занятую пасечными и магистральными волоками, лесовозными дорогами, погрузочными площадками, складами, местами стоянок механизмов, обустройством и зонами безопасности, в расчет количества сохранившегося подроста на 1 га не включают; она должна занимать не более 25% общей площади делянки. В равнинных и горных лесах после окончания лесосечных работ должно сохраняться не менее 70% имевшегося количества подроста в зимнее время и 60% летом; в горных лесах на склонах более 10° - соответственно 60 и 50% .

Оставление обсеменителей

Оставление обсеменителей производится в соответствии с Правилами рубок главного пользования и является обязательным мероприятием на всех лесосеках, предназначенных для последующего естественного семенного возобновления. На лесосеках, намеченных под искусственное восстановление леса, а также с наличием достаточного для возобновления леса количества подроста хозяйственно ценных пород обсеменители не оставляют.

Обсеменители обычно оставляют в виде кулис, куртин (участками площадью более 0,1 га), групп (10 - 20 деревьев) и одиночных деревьев. Устойчивость кулис, куртин и групп, а также отдельных деревьев против ветра зависит от состава насаждения и почвенно-грунтовых условий. Наибольшей устойчивостью обладают сосновые и лиственничные семенники .

При разделении лесосеки на пасеки шириной 40 - 50 м семенники лучше оставлять в виде одиночных обсеменителей, семенных групп и куртин по границам пасек. Такое размещение обсеменителей не мешает при лесоразработках. Сложность заключается в том, что отмечать семенники в натуре следует не при отводе лесосек, а при подготовке делянки в рубку, после разбивки ее на пасеки. Объем древесины, оставленной на обсеменение вырубки, исключается из общего запаса на делянке, который установлен при отводе лесосек.

В сосновых и лиственничных лесах обсеменители оставляют в виде отдельных деревьев по 15 - 20 на 1 га или 5 - 10 семенных групп по 4 - 5 - 8 деревьев в каждой с расстоянием между ними не более 50 м. В еловых и пихтовых насаждениях, а также сосняках, произрастающих на мелких или избыточно увлажненных почвах оставляют семенные куртины овальной или квадратной формы площадью 0,25 га с расстоянием между ними от 100 - 150 до 250 м.

По границам пасек в сосняках и лиственничниках оставляют обычно одиночные обсеменители или небольшие группы из трех - пяти деревьев, располагая их на расстоянии 25 - 30 м друг от друга (около 15 шт/га). В еловых и смешанных лесах с преобладанием ели оставляют семенные куртины или группы, размещая их через пасеку на расстоянии 40 - 50 м друг от друга, т. е. 4 - 5 семенных групп или куртин на 1 га.

В качестве обсеменителей оставляют ветроустойчивые деревья I - II классов роста с хорошо развитой кроной. Семенные куртины подбирают на участках средневозрастных и приспевающих древостоев главных пород.

Оставление обсеменителей не дает эффекта в ельниках приручьевых, кисличниках и в сложных ельниках, сосняках-кисличниках, травяных и сложных, сосняках-долгомошниках и ельниках-долгомошниках, сосняках сфагновых и лишайниковых (в зоне южной тайги).

В качестве источника семян часто служат стены леса, которые могут дать значительное количество семян для успешного возобновления. Достаточное количество самосева ели и сосны появляется на расстоянии 50 - 60 м от стен леса. Наибольшее влияние стен леса на возобновление проявляется при узколесосечных сплошных рубках.

Минерализация поверхности почвы

Созданию лучших условий для прорастания семян и развития всходов способствует минерализация поверхности почвы . Поверхность почвы обрабатывают под пологом поступающих в рубку древостоев и на вырубках, где есть обсеменители - семенники, семенные куртины, стены леса. Обработка почвы под пологом леса эффективна только перед урожайным годом, за несколько лет до рубки насаждения. Минерализацию почвы под пологом леса целесообразно проводить в насаждениях полнотой не более 0,6; на вырубках в сосняках и ельниках-кисличниках, сосняках-долгомошниках и сфагновых этот способ нецелесообразен. Площадь с минерализованной поверхностью должна составлять не менее 20 - 30% площади участка леса или вырубки.

Обработку поверхности почвы на вырубках с почвами легкого механического состава проводят путем удаления подстилки и живого напочвенного покрова на полосах шириной 20 - 25 см, а также на небольших площадках. На вырубках с песчаными и супесчаными почвами почву обрабатывают на полосах шириной не менее 1 м или крупными площадками. На вырубках с влажными почвами создают микроповышения.

Обработку поверхности почвы для содействия естественному возобновлению леса осуществляют покровосдирателями ЯП-1, РЛ-1,8, ПЛ-1,2, рыхлителями ПСТ-2А и РЛД-2, культиваторами КЛБ-1,7. Кроме того, минерализацию легких почв можно осуществлять в процессе механизированной очистки лесосек сучкоподборщиками ПСГ-3 и ПС-5. Наиболее удобный период для проведения обработки почвы - конец лета или осень.

Огораживание вырубок

В тех случаях, когда естественному возобновлению леса препятствует пастьба скота, производят полное и ли частичное огораживание вырубок . На огороженных в целях содействия естественному возобновлению леса участках не разрешаются выпас скота, сенокошение и сбор подстилки.

Совокупность процессов трансформации органических веществ в почвах составляют процесс гумусообразования, который определяет формирование и эволюцию гумусового профиля почв. К процессам трансформации органических веществ относят: поступление в почву растительных остатков, их разложение, минерализацию и гумификацию, минерализацию гумусовых веществ, взаимодействие органических веществ с минеральной частью почвы, миграцию и аккумуляцию органических и органо-минеральных соединений.

Любые органические остатки, попадающие в почву или находящиеся на ее поверхности, разлагаются под воздействием микроорганизмов и почвенной фауны, для которых они служат строительным и энергетическим материалом. Процесс разложения органических остатков слагается из двух звеньев – минерализации и гумификации.

Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов – воды, диоксида углерода и простых солей. В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход различных элементов (азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, железо и др.), закрепленных в органических остатках, в минеральные формы и потребление их живыми организмами следующих поколений.

Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты почвы. Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых продуктов, устойчивых к микробиологическому разложению, служащих аккумуляторами огромных запасов энергии и элементов питания.

Факторы минерализации

Наиболее интенсивно распад органических остатков до конечных продуктов идет при оптимальной влажности почвы (60…80% от полной влагоемкости) и температуре (20-250С). При увеличении влажности и температуры или их снижении уменьшается скорость разложения остатков. При постоянном и резком недостатке влаги и высоких температурах в почву поступает мало растительных остатков, разложение их замедлено и осуществляется в виде процессов «тления». Темп разложения растительных остатков в значительной степени зависят от типа биогеоценоза и типа почвы.

Большое влияние на интенсивность разложения опада оказывает и химический состав растительных остатков. При высоком содержании в составе растительных остатков соединений, устойчивых к микробиологическому воздействию, они накапливаются на поверхности почвы в количествах, значительно превышающих масштабы ежегодного опада (почвы тундры и таежно-лесной зоны). По этой причине древесина, хвоя и другие компоненты растительного опада, содержащие много лигнина, смол, дубильных веществ, но мало азотистых белковых соединений, разлагаются медленно. Надземная масса трав, особенно бобовых, разлагается быстрее, а корневые остатки минерализуются с меньшей скоростью вследствие увеличения в них доли лигнино-целлюлозного компонента. Когда же растительные остатки обогащены белковыми соединениями, то их разложение протекает весьма интенсивно (почвы лесостепи).

Важно учитывать особенности климатических условий, которые определяют характер функционирования почвенной фауны и микроорганизмов.

Значительное влияние на скорость минерализации оказывают минералогический и гранулометрический составы почвы. При оптимальных условиях разложения в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых высокодисперсными глинистыми минералами, минерализационные процессы тормозятся. Это обусловлено высокими величинами свободной поверхности минералов, благодаря чему на них сорбируются промежуточные продукты разложения и новообразованные гумусовые вещества, что предохраняет их дальнейшей минерализации. В почвах с преобладанием первичных минералов, сорбция практически не выражена, поэтому процесс минерализации протекает очень активно. Это свойственно почвам легкого гранулометрического состава, в связи с чем они всегда содержат мало гумуса. В почвах с кислой реакцией среды процессы разложения остатков тормозятся вследствие угнетения бактериальной микрофлоры. При наличии в почве поливалентных металлов (железо, марганец, алюминий), образуются комплексные органо-минеральные соединения, устойчивые к действию микроорганизмов. Одновалентные катионы и щелочная реакция среды способствуют образованию подвижных водорастворимых органических соединений, что благоприятствует их последующей минерализации.

Таким образом, свойства почвы прямо или косвенно влияют на скорость разложения органических остатков. Прямое влияние выражается в степени развития процессов взаимодействия продуктов распада с компонентами почвы, косвенное – в регулировании интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов и их состава.

Концепции гумусообразования

Если минерализация органических остатков изучена довольно подробно, то механизм гумификации остается до конца не ясным. К настоящему времени предложен ряд концепций образования гумусовых веществ, но все они носят гипотетический характер.

Конденсационная (полимеризационная) гипотеза.

Впервые она была выдвинута А.Г.Трусовым (1913). Большой вклад в развитие этой гипотезы внесла М.М.Кононова. Сущность процесса гумификации, с ее точки зрения, может быть охарактеризована следующими положениями:

Процесс гумификации растительных остатков сопровождается минерализацией входящих в них компонентов до диоксида углерода, воды, аммиака и других компонентов;

Все компоненты растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц гумусовых кислот в форме продуктов распада, продуктов микробного метаболизма, распада и ресинтеза;

Ответственное звено процесса формирования гумусовых веществ – конденсация структурных единиц, которая происходит путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз и взаимодействие их с аминокислотами и пептидами;

Заключительное звено формирования системы гумусовых веществ – поликонденсация (полимеризация) представляет собой химический процесс.

Гипотеза биохимического окисления

С принципиально иных позиций рассматривал процесс гумусообразования И.В.Тюрин. Он считал, что основная черта гумификации – реакции медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. Это положение получило дальнейшее развитие в трудах Л.Н.Александровой.

По Л.Н.Александровой, гумификация – сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений – гумусовые кислоты.

Гумификация представляет собой очень длительный процесс и состоит из 3 этапов:

Новообразование гумусовых кислот (биохимическое окислительное кислотообразование), т.е. формирование системы гумусовых кислот осуществляется при непосредственном участии оксидаз микроорганизмов. На этом же этапе начинается фракционирование системы образующихся гумусовых веществ на гуминовые и фульвокислоты. Взаимодействуя с минеральными компонентами почвы и зольными элементами, высвобождающимися из растительных остатков, возникшая система гумусовых веществ распадается на группы. Менее подвижная часть формируется как группа гуминовых кислот, а более дисперсные фракции, образующие растворимые соли, составляют группу фульвокислот.

На втором этапе происходит дальнейшая трансформация новообразованных кислот. В гуминовых кислотах постепенно возрастает степень ароматизации за счет частичного разрушения алифатических компонентов и внутримолекулярных группировок. Важная черта этой стадии – гидролитическая и окислительная направленность.

На третьем этапе происходит постепенная минерализация гумусовых веществ, осуществляющаяся при участии многообразной системы экзоферментов микроорганизмов. Основные реакции этого этапа – гидролиз и оксиредукция, в результате которых происходит гидролитическое расщепление молекул гумусовых соединений, разрушение гетероциклических и ароматических группировок и в конечном итоге полное окисление продуктов распада до аммиака, воды, диоксида углерода. Фрагменты молекул гумусовых веществ ароматической природы не подвергаются полной минерализации, а, взаимодействуя с новообразованными соединениями, повторно включаются в процесс гумификации.

Матричная достройка или фрагментарное обновление гумусовых веществ

Теория фрагментарного обновления А.Д.Фокина основана на том, что продукты разложения органических веществ могут не формировать целиком новую гумусовую молекулу, а включаться путем конденсации сначала в периферические фрагменты уже сформированных молекул, а затем в циклические структуры. Таким образом, атомный и фрагментарный состав почвенного гумуса постоянно обновляется за счет новых поступлений органического материала. При этом периферические фрагменты обновляются в несколько раз быстрее, чем ядерные. Продукты разложения органического вещества практически одновременно включаются во все фракции почвенного гумуса, причем в количествах, приблизительно пропорциональных содержанию этой фракции.

Минеральная часть почвы возникла в результате выветривания горных пород и минералов верхних слоев литосферы и их превращений в процессе почвообразования. Это подтверждается сходством химического состава литосферы и почв. Под совокупным влиянием на минеральную природу физических и химических факторов, в особенности живых организмов (растений и микроорганизмов), произошли глубокие изменения, которые и привели к образованию на поверхности земной коры почвенного покрова.
Таким образом, «строителями» почвы являются растения и микроорганизмы, а также микро- и макрофауна, обитающая в почве, строительным же материалом - горные (материнские) породы и окружающая их атмосфера и гидросфера, а энергетическим источником почвообразования - солнечная энергия.
Почвы наследуют геохимические особенности почвообразующих пород. Например, богатство породы окисью кремния определяет и повышенное содержание его в почве, а избыток глинистых минералов отражается на преобладании их в генетических горизонтах почвы. На карбонатных породах развиваются почвы, обогащенные щелочно-земельными элементами, а на засоленных породах формируются засоленные почвы и т.д. Однако решающую роль в почвообразовании играет биологический фактор.
Под влиянием живых организмов в почве по сравнению с земной корой количество углерода увеличилось в 20 раз, а азота - в 10 раз. Это свидетельствует о том, что растения способствуют накоплению биологически важных элементов в почве. Почвообразование в естественных условиях протекает довольно медленно. С помощью удобрений и правильной агротехники интенсивность почвенных процессов можно значительно ускорить. Например, при применении удобрений усиливается жизнедеятельность не только растений, но и почвенной микрофлоры, что резко ускоряет процессы

накопления органических веществ и биологически важных элементов, т.е. повышается плодородие почвы.

б о
с/Ч “ Ф “ [ЗД]6"

Рис. 3.1. Группы соединений тетраэдров 8Ю4
В преобладающей части почв минеральную основу ее твердой фазы составляют кремнекислородные соединения. Самый распространенный минерал в почве - кварц (окись кремния). Алюминий и железо большей частью входят в состав алюмосиликатных и ферро- силикатных минералов. Атомы кремния в соединении с кислородом образуют прочносвязанные группы 8104, в которых кремний окружен в тетраэдрической координации четырьмя атомами кислорода. Так как кремний четырехвалентен, а кислород двухвалентен, то тетраэдр 8Ю4 имеет ненасыщенные валентности кислорода, его можно рассматривать как четырехзарядный анион. Весьма существенна способность тетраэдров 8Ю4 соединяться между собой с образованием групп из определенного числа атомов кремния и кислорода (рис. 3.1).
В структуре минералов тонкодисперсных фракций почв кремнекислородные тетраэдры соединены в слои, цепочки или изолированные группы тетраэдров 8Ю4, представляющие собой сложные анионные комплексы, так как у атома кислорода, не участвующего в соединении между собой двух 8Ю4-тетраэдров, остается свободная валентность или один отрицательный заряд. В
сложных сочетаниях из кремнекислородных тетраэдров часть атомов кремния может быть замещена атомами алюминия, что повышает ненасыщенность анионного радикала.
В кристаллической решетке кварца тетраэдр 8104 соединен через общие атомы кислорода с четырьмя другими тетраэдрами 8104 по схеме

Общая формула такого соединения (8Ю2)и. У полевых шпатов часть атомов кремния в подобной структуре замещается на алюминий, вследствие чего у такого кремнеалюмокислородного каркаса возникает отрицательный заряд, который компенсируется соответствующим количеством катионов натрия, кальция и других, располагающихся внутри каркаса, в «полостях» решетки. Например, полевой шпат альбит, имеющий общую формулу Ыа^АЮв], построен из связанных между собой кремнекислородных и алюмо- кислородных тетраэдров, причем на каждые три атома кремния приходится один атом алюминия и один ион натрия, нейтрализующий отрицательный заряд каркаса.
Алюминий в тетраэдрической координации с ионами кислорода или гидроксила образует октаэдрические группы, в которых ион алюминия окружен шестью ионами кислорода или гидроксила. Общая формула такого соединения (слоя) [А1(0Н)3]л соответствует составу минерала гиббсита (гидраргиллита), встречающегося в почве. Структуру подобных минералов можно записать следующим образом:
...[(ОН)зА12(ОН)з] л...[(ОН)зА12(ОН)з] ¦ и...[(ОН)3А12(ОН)3] л.
Формула показывает химический состав слоя (пакета), а точки - межпакетные промежутки.
В почвах встречаются первичные и вторичные минералы. К первичным относятся минералы, перешедшие из земной коры в почву в неизмененном или почти неизмененном виде. К ним можно отнести минералы почвенного скелета: кварц и его разновидности, полевые шпаты, в том числе плагиоклазы, слюды, роговые обманки, авгит, турмалин, магнетит, кальцит, доломит и др. Первичные минералы входят в состав материнских почвообразующих пород, возникших в результате выветривания и разрушения горных пород, из которых

слагается оболочка земной коры. В почвах эти минералы присутствуют в основном в виде частиц песчаной размерности (от

1. 05 до 1,0 мм) и пылеватых частиц (от 0,001 до 0,05 мм). В незначительном количестве некоторые из них присутствуют в виде илистых (lt;0,001 мм) и коллоидных (lt;0,25 мкм) частиц.

Из первичных минералов под влиянием химических и физикохимических процессов (гидратации, гидролиза, окисления) и жизнедеятельности различных организмов в почве образуются гидраты полуторных окислов и кремнеземы, различные соли, а также вторичные минералы (минералы глин) - каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др. Они находятся в основном в виде илистых и коллоидных частиц и редко в виде пылеватых частиц, т.е. отличаются высокой дисперсностью.
В основе кристаллической решетки алюмосиликатных минералов мелкодисперсной фракции почв лежат сочетания из кремнекислородных тетраэдрических и алюмогидроксильных октаэдрических слоев.
У каолинита кристаллическая решетка образована пакетами из двух слоев, связанных между собой общими атомами кислорода: тетраэдрического кремнекислородного и октаэдрического алюмо- гидроксильного по типу
... п... ¦ п.
У монтмориллонита, гидрослюд пакет кристаллической решетки образован одним алюмогидроксильным слоем и двумя присоединенными к нему кремнекислородными по типу
... п... п...
У минералов каолинитовой группы связь между пакетами прочнее, межпакетные пространства небольшие. Взаимодействие микрокристаллических частиц с раствором в этом случае происходит только на внешней поверхности.
У минералов монтмориллонитовой группы межпакетные пространства больше, связь между пакетами непрочная, при увлажнении вода входит в межпакетные пространства. Поэтому в обмене на катионы почвенного раствора принимают участие катионы, расположенные как на поверхности частиц, так и находящиеся в межпакетных промежутках. Этим объясняется более высокая обменная поглотительная способность минералов монтмориллонитовой группы, а также наличие у них необменного поглощения катионов.
Почвенные глинистые минералы разделяются на четыре группы: монтмориллонитовые (монтмориллонит, бейделлит, нонтро- нит и др.), каолинитовые (каолинит и галлуазит), гидрослюды и минералы полуторных окислов (гематит, бемит, гидраргиллит, гётит и др.). Из вторичных минералов наивысшей поглотительной способностью обладают монтмориллонитовые, наименьшей - каолинит. Например, емкость поглощения каолинита в 8-15 раз меньше емкости поглощения монтмориллонита. Эта особенность минералов имеет существенное значение в поглощении удобрений и ее следует учитывать при их применении. Вторичные алюмосиликатные минералы в почве находятся в виде кристаллов, имеют высокую дисперсность, обладают большой поглотительной способностью.
В состав минеральной части почвы входят и аморфные вещества. Это гидраты окислов алюминия А120з*лН20 и железа Ре20з*лН20, а также гидраты кремнезема 8Ю2*иН20. Они могут кристаллизоваться. Минералы окислов и гидроксилов алюминия и железа встречаются в значительных количествах в красноземах и желтоземах.
По химическому составу минералы подразделяются на силикаты и алюмосиликаты. Из силикатов наиболее распространен кварц. Обычно в почвах его содержится более 60%, а в песчаных - выше 90%. Это химически инертный, стойкий и прочный минерал.
Алюмосиликаты представлены первичными и вторичными минералами. Из первичных больше всего полевых шпатов: калиевых (ортоклаз КА^зОв) и натриево-кальциевых (плагиоклазы). Слюд в почве меньше по сравнению с полевыми шпатами. Они содержат калий. Мусковит содержит много алюминия, а биотит - это железисто-магнезиальная слюда. Полевые шпаты и слюды постепенно разрушаются, освобождая калий, кальций, магний, железо и другие питательные элементы для растений.
Вторичные алюмосиликаты по химической природе относятся к гидроалюмосиликатам и подразделяются на три группы.

1. Монтмориллониты (монтмориллонит - А128140ю(0Н)2 ^Н20, бейделлит - А1381з09(0Н)з‘лН20 и др.). Эта группа глин характеризуется высокой дисперсностью, набухаемостью, липкостью и вязкостью.
2. Каолиниты (каолинит - А1281205(0Н)4 и галлуазит А1281205(0Н)4-2Н20). Эта группа глин менее дисперсна, обладает небольшой набухаемостью и липкостью. В дерново-подзолистых почвах и черноземах, сформированных на покровных суглинках, в составе высокодисперсных минералов преобладают монтмориллонит и гидрослюды. В красноземах, желтоземах и дерново-подзолистых почвах, образовавшихся на продуктах древнего гумидного выветривания гранита, в значительных количествах содержатся минералы каолинитовой группы.
3. Гидрослюды (гидромусковит, гидробиотит, вермикулит) образуются из слюд, имеют непостоянный химический состав, по физическим свойствам занимают среднее положение между монтмориллонитом и каолинитом. Слюды определяют агрохимические и физические свойства почвы. Они являются источником калийного питания растений. Энергия поглощения калия коллоидами велика, вследствие чего в поглощающем комплексе многих почв его содержится 0,5-10 ммоль/100 г почвы. В некоторых почвах имеется недостаток калия, например в красноземах, латеритах, что объясняется малым содержанием в них слюд и гидрослюд и богатством почв минералами каолинитовой группы, которая почти не содержит калия.

Вторичные минералы имеют кристаллическую природу. К представителям слабо окристаллизованных минералов и прочих веществ, играющих важную роль в поглотительной способности почв, относятся аллофан, свободная кремнекислота, аморфные полуторные окислы (т. е. окислы железа и алюминия), различные кислоты и их соли (карбонаты, сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты кальция, магния, калия и натрия).
В почве кроме макроэлементов содержится некоторое количество микроэлементов: одних (йод, бор) больше, чем в литосфере, других (медь, кобальт) меньше, а некоторых примерно столько же (табл. 3.1). Основным источником микроэлементов в почве служат почвообразующие горные породы. Например, почвы, образовавшиеся на продуктах выветривания кислых пород (граниты, липариты, граниты-порфиры и др.), бедны никелем, кобальтом, медью, а почвы, образовавшиеся на продуктах выветривания основных пород (базальтах, габбро и др.), наоборот, обогащены этими элементами. Некоторые микроэлементы (I, В, Б, Бе, Аз) могут поступать в почву с газами из атмосферы, от вулканических извержений и с метеоритными осадками, причем для таких микроэлементов, как йод, фтор, эти источники являются основными.
3.1. Содержание микроэлементов в почве (А) и литосфере (Б), масс. %

Элемент	А	В	Элемент	А	В
Мп	8,5 ¦ 10"2	9 10"2	Си	2 10"3	1 10"2
И	2 10"2	2,7 10’2	Ъп	5 10"3	5 10"3
\?а	1 10"2	1,5 10"2	Со	О ОО	3 1(Г3
В	1 10"3	3 КГ4	Мо	3 кг4	3 10"
N1	4 10"3	ОО О	I	5 10-4	3 10‘5

Разные по гранулометрическому составу фракции минеральной части почвы резко различаются по содержанию различных минералов. В песке и крупной пыли преобладают кварц и полевые шпаты. А мелкодисперсные (lt;0,001 мм) илистая и коллоидная фракции состоят главным образом из вторичных алюмосиликатных минералов. В связи с этим различные механические фракции почвы существенно различаются по химическому составу.
В песчаных и пылеватых почвах кремния больше. С уменьшением размера частиц его содержание снижается, а количество алюминия, железа, калия, магния и фосфора возрастает (табл. 3.2). Высокодисперсная часть почвы содержит и гумус-показатель ее потенциального плодородия. Поэтому илистая и коллоидная фракции представляют наибольшую ценность для питания растений. Эти фракции обусловливают и поглотительную способность почвы. В них наиболее активно протекают процессы физической и физикохимической адсорбции.
3.2. Примерный химический состав разных механических фракций почвы,
масс. %

Фракции, мм	81	А1	Ре	Са		К	Р
1,0-0,2	43,4	0,8	0,8	0,3	0,3	0,7	0,02
0,2-0,04	43,8	1,1	0,8	0,4	0,1	1,2	0,04
0,04-0,01	41,6	2,7	1,0	0,6	0,2	1,9	0,09
0,01-0,002	34,6	7,0	3,6	1,1	0,2	3,5	-
lt; 0,002	24,8	11,6	9,2	1,1	0,6	4,1	0,18

Почвы разного гранулометрического состава существенно различаются по физическим, физико-химическим и химическим свойствам. Неодинаков у них и минералогический состав.
Песчаные и супесчаные почвы состоят из кварца и полевых шпатов, суглинистые - из смеси первичных и вторичных минералов, а глинистые - преимущественно из вторичных глинистых минералов с примесью кварца.
Содержание основных зольных питательных веществ - кальция, калия, магния, железа и др. - также определяется степенью дисперсности почв, так как они содержатся в минеральной части почвы, фосфор и сера находятся как в минеральной, так и в органической части, а количество азота определяется уровнем гумусированности почв. Следовательно, почвы разного гранулометрического состава существенно различаются и по содержанию в них питательных элементов. Более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные.

Процесс минерализации - это комплекс физико-химических и биохимических окислительно-восстановительных микропроцессов, приводящих к полному разложению органических остатков и собственно гумусовых веществ до конечных продуктов окисления - окислов и солей. Этот процесс обязателен и необходим в цикле биокруговорота углерода, так как он обусловливает освобождение и переход в доступную форму основных элементов минерального питания растений.
Необходимо разделять: 1) прямую и относительно быструю минерализацию растительных остатков без заметной гумификации; 2) минерализацию уже сформированных гумусовых веществ.
Реально в любой почве одновременно протекают оба процесса, но их соотношение в зависимости от конкретных условий различно. Так, в торфяных и торфянистых почвах минерализация растительных остатков выражена слабо, а минерализация гумусовых веществ практически отсутствует. В степях опад, поступающий на поверхность почвы, минерализуется быстро, тогда как гумусовые вещества, закрепляясь в почвенном профиле, минерализуются крайне медленно. Автоморфные почвы тропиков характеризуются высокими скоростями минерализации не только поступающего опада, но и новообразованного гумуса.
Процессы минерализации не образуют признаков в твердой фазе почвы, поэтому судить о скорости их протекания можно по показателю дыхания почвы, который является суммарным результатом минерализации как растительных остатков, так и гумуса. Самая высокая интенсивность выделения CO2 с поверхности почвы свойственна влажным дождевым лесам тропического пояса, что обусловлено большой массой опада и быстрой его минерализацией. Наиболее низкие показатели почвенного дыхания (менее 0,1 г СО2/м2 в час) характерны для болотных и пустынных экосистем. В растительных сообществах средних широт отмечены значительные колебания показателей интенсивности почвенного дыхания - от 0,1 до 9,5 г CO2/м2 в час, связанные с различной активностью почв разных экосистем.
Другой метод изучения минерализации заключается в наблюдении кинетики процессов с помощью меченых атомов. Он позволяет непосредственно изучать не только интенсивность процессов минерализации растительных остатков и гумуса, но и отдельных групп соединений. Нами на основании данных радиоуглеродного анализа рассчитаны коэффициенты минерализации гумуса и гуминовых кислот чернозема.

Как видно из данных табл. 3, наиболее устойчивы к минерализации гуминовые кислоты. Причем скорость их минерализации различна в разных частях профиля и закономерно убывает с глубиной, по мере ослабления активности деятельности микроорганизмов. Значения коэффициентов минерализации минимальны в черноземных почвах, в лесных почвах бореального пояса они могут достигать 2,2%/год, а в почвах тропических лесов - еще выше.

Уже в процессе обработки почвы на лесокультурной площа­ди происходит механическое поранение верхних почвенных сло­ев, в результате чего с поверхности удаляются растения и их остатки и обнажается минеральная часть почвы и даже почвогрунта. Такого рода качественно изменённая поверхность лесо­культурной площади даже в случае частичной обработки почвы может становиться существенным препятствием для продвиже­ния огня при низовых пожарах.

В условиях сухих боров повышенная густота посадки культур сосны и повышенная густота стояния являются необходимым биологическим свойством боровых сосняков. Однако при этом происходит концентрация отмершего органического вещества (хвои, веточек, чешуек коры, т.е. опада), дающего пищу огню при низовом пожаре. Поэтому предупредительным мероприятием против пожаров внутри насаждений сухого бора являетсярыхле­ние междурадий, в результате которого неразложившаяся сухая подстилка и опад, перемешиваясь с минеральными частицами почвы, теряют огнеопасные свойства и быстрее разлагаются. Та­кое рыхление желательно проводить через 2–3 года. Если же в период между рыхлением возникает беглый пожар, то действие его и последствия менее опасны (Шмидт, 1948).

Осуществляя минерализацию почвы путём рыхления между­рядий, опашки молодняков сосны, а также путём прокладки минерализованных полос и противопожарных канав, фактически проводят работу по созданию простейших противопожарных ба­рьеров. Их функционирование надо рассматривать как действен­ный приём профилактики тушения лесных пожаров.

Минерализованные полосы – это очищенные от лесных горю­чих материалов до минерального слоя почвы или обработанные почвообрабатывающими орудиями или иным способом линейные участки территории. Основное назначение – задержи­вать распространение низового пожара или служить опорной линией при отжиге и пуске встречного огня. Минерализованные полосы – это участки территорий, с которых удалены практи­чески все группы наземных лесных горючих материалов. Они яв­ляются основным профилактическим мероприятием, направлен­ным против проникновения огня на лесокультурные площади. Минерализованные полосы могут быть самостоятельным проти­вопожарным барьером или входить в состав более сложного про­тивопожарного барьера в качестве его элемента.

Минерализованные полосы можно создавать почвообрабатыва­ющими орудиями общего и специального назначения – плугами ПКЛ-70, ПЛП-135, сельскохозяйственными плугами, лесными фрезами, бульдозерами, специальными тракторными полосопро-ювдывателями ПФ-1, тракторными и ручными грунтомётами. Вид орудия определяется в каждом конкретном случае. Образуются ми­нерализованные полосы и при трелёвке древесины по трелёвоч­ным волокам, проложенным в насаждениях при проведении рубок ухода, что необходимо учитывать и использовать при разработке плана прокладки минерализованных полос. Действующими прави­лами по охране лесов от пожаров установлена только минимальная ширина защитной минерализованной полосы – 1,4 м. Она создаёт­ся за один проход двухотвального плуга ПКЛ-70.

Минерализованная полоса может «работать», т. е. задерживать продвижение низового огня только до накопления на её поверх­ности нового слоя горючих материалов. Поэтому необходимо пре­дусматривать проведение систематического ухода за минерализо­ванными полосами, их подновление и восстановление. Обычно, если минерализованная полоса создана весной, уход за ней про­водят осенью, а на следующий год - весной и осенью.

Количество уходов зависит от местных лесорастительных усло­вий и способа создания полос; может быть достаточным и один уход за пожароопасный сезон. При уходе используются те же ору­дия, которыми устраиваются полосы. Например, уход за полоса­ми, созданными плугом ПКЛ-70, можно делать дисковыми лес­ными культиваторами. При разработке генпланов противопожар­ного устройства лесов определяется общая потребность в минера­лизованных полосах по лесничествам и в целом по предприятиям.

Противопожарные канавы устраиваются для защиты ценных лесов от возможных подземных (торфяных) пожаров. Противопожарные канавы прокладывают по границам торфяников, на их территории и в насаждениях с заторфованными почвами; глуби­на канав – до минерального слоя грунта или до уровня грунто­вых вод. Роль противопожарных канав выполняют и осушитель­ные каналы при условии, если они заполнены водой. Сеть проти­вопожарных канав должна быть, как правило, замкнутой, чтобы не оставалось мест для прохода огня через слой торфа.

Находящиеся на территории лесфонда торфоперерабатываю-щие предприятия обязаны отделять эксплуатационную площадь торфяного месторождения от окружающих лесных массивов про­тивопожарным разрывом шириной 75–100 м. По внутреннему краю разрыва (от торфопредприятия) прокладывается водоотводящий канал, размеры которого (ширина по дну, по верху и глубине) определяются специальным проектом.

Противопожарные канавы прокладываются кана­вокопателями (при небольшой мощности торфяного слоя), экс­каваторами – на более мощных торфяниках, взрывным способом. Взрывные работы допускаются только при условии полного со­блюдения «Единых правил безопасности при ведении взрывных работ» и выполняются, как правило, специализированными орга­низациями. Глубина канав или каналов, прокладываемых в один проход плужными канавокопателями, составляет 0,6–1,2 м (в зави­симости от марки канавокопателя); ширина по дну – 0,2–0,4 м; ширина по верху – 1,5–2,8 м.