Топырақ қалыптасу процесі

Кіріспе

Топырақ түзілу процесі

Топырақ түзілу, сондай-ақ педогенез деп аталады, бұл жер, орта және тарихтың әсерімен реттелетін топырақ пайда болу процесі. Биогеохимиялық процестер топырақтың ішіндегі рет пен (анизотропияны) жасауға және жоюға қатысады. Бұл өзгерістер топырақ горизонттары деп аталатын қабаттардың қалыптасуына әкеледі, олар түс, құрылым, текстура және химиялық құрамы бойынша ерекшеленеді. Бұл ерекшеліктер топырақ түрінің таралу үлгілерінде байқалады және топырақ түзілу факторларының айырмашылықтарына жауап ретінде пайда болады. Педогенез педологияның бір саласы ретінде зерттеледі, ол топырақты табиғи ортасында зерттейді. Педологияның басқа салалары – топырақ морфологиясы және топырақ жіктемесі. Педогенезді зерттеу топырақтың қазіргі (топырақ географиясы) және өткен (палеопедология) геологиялық кезеңдердегі таралу үлгілерін түсіну үшін маңызды.

Шолу

Топырақ бір-бірінен кейін жүретін өзгерістер арқылы қалыптасады. Бастапқы нүктесі – жаңа жинақталған аналық материалдың ыдырауы. Топырақтағы әртүрлі микроорганизмдер (бактериялар, археялар, саңырауқұлақтар) ыдырау нәтижесінде бөлінетін қарапайым қосылыстармен (қоректік заттармен) қоректенеді және минералдардың ыдырауына өз кезегінде ықпал ететін органикалық қышқылдар мен арнайы белоктар шығарады. Олар сондай-ақ гумус пайда болуына үлес қосатын органикалық қалдықтар қалдырады. Өсімдік тамырлары микоризалық саңырауқұлақтарымен бірге тастардан да қоректік заттарды алуға қабілетті. Жаңа топырақтар ыдырау және қосымша шөгінділердің нәтижесінде тереңдейді. Ыдырау арқылы топырақ пайда болу жылдамдығы шамамен жылына 1/10 мм құрайды. Жаңа топырақтар шаң шөгіндісінен де тереңдеуі мүмкін. Біртіндеп топырақ жоғары сатыдағы өсімдіктер мен жануарларды қолдауға қабілетті болады, бұл пионерлік түрлерден басталып, экологиялық ізділіктің арқасында күрделі өсімдік және жануарлар қауымдастықтарына дейін жетеді. Жоғарғы топырақ қабаттары жоғары өсімдіктердің өлген қалдықтары мен топырақтағы микроорганизмдердің жиналуынан пайда болатын гумустың жиналуымен тереңдейді. Олар сондай-ақ органикалық заттардың ыдыраған минералдармен араласуы арқылы тереңдейді. Топырақ жетілген сайын, органикалық заттар жинақталып, минералдардың ыдырауы мен сіңірілуі нәтижесінде топырақ горизонттары қалыптасады.

Факторлар

Топырақтың қалыптасуына кем дегенде бес классикалық фактор әсер етеді, олар топырақтың эволюциясында өзара байланысқан. Олар: ата-аналық материал, климат, топография (рельеф), тірі организмдер және уақыт. Егер оларды климат, тірі организмдер, рельеф, ата-аналық материал және уақыт ретімен орналастырса, CLORPT аббревиатурасы пайда болады.

Ауа райының әсері

Бастапқы материалдың ауа райы физикалық ауа райы (бөлініс), химиялық ауа райы (ыдырау) және химиялық түрлендіру түрінде болады. Ауа райы әдетте геологиялық материалдың ең жоғарғы бірнеше метрінде болады, себебі физикалық, химиялық және биологиялық күштер мен ауытқулар тереңдікпен бірге төмендейді. Физикалық ыдырау Жердің тереңінен қатып қалған тау жыныстары жер бетіне жақын келгенде қысымның төмендеуіне ұшырап, ісіп, механикалық тұрақсыздыққа ұшырайды. Химиялық ыдырау минералдың ерігіштігіне байланысты, ол температураның әр 10 °C жоғарылауымен екі есе артады, бірақ химиялық өзгерістерді жүзеге асыру үшін суға тәуелді. Тропиктік климатта бірнеше жылда ыдырайтын тау жыныстары шөлдерде мыңдаған жылдар бойы өзгермей қалуы мүмкін. Құрылымдық өзгерістер гидратация, тотығу және тотығудан айырылу нәтижесінде пайда болады. Химиялық ауа райының негізгі себебі бактериялар мен саңырауқұлақтардың органикалық қышқылдар мен хелат қосылыстарын бөліп шығаруы болып табылады, бұл парниктік эффектінің күшеюімен байланысты. Физикалық ыдырау бастапқы материалдың топыраққа айналуының алғашқы кезеңі. Температураның өзгеруі тау жыныстарында кеңею мен жирылуға себеп болады. Содан кейін су жарықтарға еніп, қатып, тау жынысының ортасына қарай физикалық бөлінуге әкелуі мүмкін, ал тау жынысының ішіндегі температура градиенттері "қабықтардың" қабығынан айырылуына себеп болуы мүмкін. Топырақтың ылғалдануы мен кебу циклдары топырақ бөлшектерінің ұсақталуына, ал жел, су және гравитация әсерінен материалдың физикалық тозуына әкеледі. Организмдер өсімдік тамырларының механикалық әсері және жануарлардың қазу қызметі арқылы бастапқы материалдың көлемін азайтып, жарықтар мен тесіктерді құруы мүмкін. Минералдар сумен еритін болса немесе құрылымы өзгеретін болса, химиялық ыдырау және құрылымдық өзгерістер пайда болады. Төмендегі тізімдегі алғашқы үш түр – ерігіштік өзгерістері, ал соңғы үш түр – құрылымдық өзгерістер. Тұздардың суда ерігені иондық тұз қосылыстарына биполярлы су молекулаларының әсерінен туындайды, бұл иондар мен судың ерітіндісін құрады, минералдарды алып тастайды және тау жынысының тұтастығын азайтады, бұл су ағыны мен тесіктерге байланысты. Гидролиз – минералдардың аралық судың бөлінуі арқылы полярлы молекулаларға айналуы. Нәтижесінде ерігіш қышқыл-негіз жұптары пайда болады. Мысалы, ортоклаздық фельдспардың гидролизі оны қышқыл силикат қышқылына және негізгі калий гидроксидіне айналдырады, екеуі де ерігіш. Карбонация кезінде көмірқышқылдың суда ерігені көмір қышқылын құрайды. Көмір қышқылы кальцитті ерігіш кальций бикарбонатына айналдырады. Гидратация – минералды құрылымға судың енуі, оның ісінуіне және стресске ұшырауына, оңай ыдырауына себеп болады. Минералды қосылыстың тотығуы – минералға оттегінің енуі, оның тотығу санын арттыруы және оттегінің салыстырмалы үлкен мөлшеріне байланысты ісінуі, оны стресске ұшыратып, сумен (гидролиз) немесе көмір қышқылымен (карбонация) оңай шабуылға түседі. Тотығудан айырылу, тотығудың керісі, оттегінің алынуын білдіреді, сондықтан минералдың кейбір бөліктерінің тотығу саны төмендейді, бұл оттегі жетіспеген кезде болады. Минералдарды тотығудан айыру оларды электрлік тұрақсыз, ерігіш және ішкі стресске ұшыраған және оңай ыдырайтын етеді. Бұл көбінесе сулы жағдайларда жүреді. Жоғарыда аталғандардың ішінде гидролиз және карбонация, әсіресе жауын-шашынның, температураның және физикалық эрозияның көп болатын аймақтарында ең тиімді. Химиялық ауа райы тау жынысының бетінің ауданы артқан сайын тиімділігі артады, сондықтан физикалық ыдырауға ыңғайлы жағдай жасайды. Бұл реголит түзілуіндегі ендік және биіктік климаттық градиенттерге әкеледі. Сапролит – гранит, метаморфтық және басқа да жыныстық негіздердің саз минералдарға айналуынан пайда болған қалдық топырақтың ерекше мысалы. Көбінесе ауа райына ұшыраған гранит деп аталатын сапролит гидролиз, органикалық қосылыстардан хелаттау, суландыру және мұздату мен ерітуді қамтитын физикалық процестер сияқты ауа райына ұшыраған процестердің нәтижесі болып табылады. Бастапқы тау жынысы материалының минералогиялық және химиялық құрамы, оның физикалық ерекшеліктері (дән мөлшері және консолидация дәрежесі қоса алғанда), ауа райының қарқыны мен түрі бастапқы материалды басқа минералға айналдырады. Сапролиттің текстурасы, pH және минералдық құрамы бастапқы материалынан мұраға алынады. Бұл процесс аренизация деп те аталады, граниттің басқа минералдық компоненттерімен (мысалы, слюда, амфибол, фельдшпар) салыстырғанда кварцтың әлдеқайда жоғары кедергісіне байланысты құмды топырақтардың пайда болуына әкеледі.

The weathering of parent material takes the form of physical weathering (disintegration), chemical weathering (decomposition) and chemical transformation. Weathering is usually confined to the top few meters of geologic material, because physical, chemical, and biological stresses and fluctuations generally decrease with depth. Physical disintegration begins as rocks that have solidified deep in the Earth are exposed to lower pressure near the surface and swell and become mechanically unstable. Chemical decomposition is a function of mineral solubility, the rate of which doubles with each 10 °C rise in temperature but is strongly dependent on water to effect chemical changes. Rocks that will decompose in a few years in tropical climates will remain unaltered for millennia in deserts. Structural changes are the result of hydration, oxidation, and reduction. Chemical weathering mainly results from the excretion of organic acids and chelating compounds by bacteria and fungi, thought to increase under greenhouse effect. Physical disintegration is the first stage in the transformation of parent material into soil. Temperature fluctuations cause expansion and contraction of the rock, splitting it along lines of weakness. Water may then enter the cracks and freeze and cause the physical splitting of material along a path toward the center of the rock, while temperature gradients within the rock can cause exfoliation of "shells". Cycles of wetting and drying cause soil particles to be abraded to a finer size, as does the physical rubbing of material as it is moved by wind, water, and gravity. Organisms may reduce parent material size and create crevices and pores through the mechanical action of plant roots and the digging activity of animals. Chemical decomposition and structural changes result when minerals are made soluble by water or are changed in structure. The first three of the following list are solubility changes, and the last three are structural changes. The solution of salts in water results from the action of bipolar water molecules on ionic salt compounds producing a solution of ions and water, removing those minerals and reducing the rock's integrity, at a rate depending on water flow and pore channels. Hydrolysis is the transformation of minerals into polar molecules by the splitting of intervening water. This results in soluble acid base pairs. For example, the hydrolysis of orthoclase feldspar transforms it to acid silicate clay and basic potassium hydroxide, both of which are more soluble. In carbonation, the solution of carbon dioxide in water forms carbonic acid. Carbonic acid will transform calcite into more soluble calcium bicarbonate. Hydration is the inclusion of water in a mineral structure, causing it to swell and leaving it stressed and easily decomposed. Oxidation of a mineral compound is the inclusion of oxygen in a mineral, causing it to increase its oxidation number and swell due to the relatively large size of oxygen, leaving it stressed and more easily attacked by water (hydrolysis) or carbonic acid (carbonation). Reduction, the opposite of oxidation, means the removal of oxygen, hence the oxidation number of some part of the mineral is reduced, which occurs when oxygen is scarce. The reduction of minerals leaves them electrically unstable, more soluble and internally stressed and easily decomposed. It mainly occurs in waterlogged conditions. Of the above, hydrolysis and carbonation are the most effective, in particular in regions of high rainfall, temperature and physical erosion. Chemical weathering becomes more effective as the surface area of the rock increases, thus is favoured by physical disintegration. This stems in latitudinal and altitudinal climate gradients in regolith formation. Saprolite is a particular example of a residual soil formed from the transformation of granite, metamorphic and other types of bedrock into clay minerals. Often called weathered granite, saprolite is the result of weathering processes that include: hydrolysis, chelation from organic compounds, hydration and physical processes that include freezing and thawing. The mineralogical and chemical composition of the primary bedrock material, its physical features (including grain size and degree of consolidation), and the rate and type of weathering transforms the parent material into a different mineral. The texture, pH and mineral constituents of saprolite are inherited from its parent material. This process is also called arenization, resulting in the formation of sandy soils, thanks to the much higher resistance of quartz compared to other mineral components of granite (e. g., mica, amphibole, feldspar).

Топография

Топография немесе рельеф жердің еңісі, биіктігі және бағыты (экспозициясы) арқылы сипатталады. Топография жауын-шашынның немесе ағып кетудің қарқынын, сондай-ақ жер беті топырақ профилінің қалыптасуын немесе эрозиялануын анықтайды. Топографиялық жағдай климаттық күштердің әсерін күшейтуі немесе әлсіретуі мүмкін. Тік еңістер эрозия арқылы топырақ жоғалуын жеделдетеді және жауын-шашын топыраққа сіңіп үлкермей ағып кетеді, нәтижесінде төменгі профильдерде минералдық заттардың жиналуы азаяды (иллювиация). Жартылай шөлейт аймақтарда тік еңістерде жауын-шашынның аз болуынан вегетациялық жабын да толыққанды болмайды, демек топырақ түзілуіне өсімдіктердің үлесі төмендеу. Осы себептерге байланысты, тік еңістерде топырақ құнарлануы топырақ жойылуынан оқшау қалады. Сондықтан, тік жерлердегі топырақтардың профилі жақын маңдағы тегіс жерлерге қарағанда әлсіз дамыған болады. Топография ауа райының, өрттің және адамның, сондай-ақ табиғаттың басқа да күштеріне ұшырауын анықтайды. Минералдық заттардың жиналуы, өсімдіктерге қажетті қоректік заттар, өсімдіктердің түрі, өсімдіктердің өсуі, эрозия және судың ағып кетуі топографиялық рельефке байланысты. Төбедегі топырақ еңістегі топыраққа қарағанда көбірек су алады, ал күнге қарайтын еңістегі топырақ күнге қарамаған еңістегі топырақтан құрғақ болады. Су жиналатын ойыстар мен төмендіктерде реголит көбінесе тереңдей ыдырайды және топырақ профилінің дамуы жоғары болады. Дегенмен, ландшафттың ең төменгі бөліктерінде су реголиттің дренажын және ауа алмасуын шектейтіндей қанықтырып жіберуі мүмкін. Мұнда кейбір минералдардың ыдырауы мен органикалық заттардың разложениесі баяулайды, ал темір мен марганецтің жоғалуы күшейеді. Мұндай төменгі топографияда батқылық топырақтарға тән ерекше белгілер пайда болуы мүмкін. Бұл ойыстар судың, минералдардың және органикалық заттардың жиналуына жағдай жасайды, ал ең нашар жағдайда топырақ тұзды батпақтарға немесе торфты батпақтарға айналады. Топографияның қайталануы топопопод немесе топырақ катеналарының пайда болуына әкеледі. Бұл үлгілер эрозия, шөгінділер, құнарлылық, топырақтың ылғалдылығы, өсімдік жабыны, топырақтың биологиясы, өрт тарихы және элементтерге ұшыраудың топографиялық айырмашылықтарынан туындайды. Ауырлық күші суды төмен қарай, минералды және органикалық ерітінділермен және коллоидтармен бірге тасып, тау баурайындағы бөлшектердің және негіздердің мөлшерін арттырады. Алайда, дренаж және эрозия сияқты көптеген басқа факторлар еңістің орнымен өзара әрекеттесіп, оның егін өнімділігіне күтілетін әсерін бұрмалайды.

The topography, or relief, is characterized by the inclination (slope), elevation, and orientation of the terrain (aspect). Topography determines the rate of precipitation or runoff and the rate of formation or erosion of the surface soil profile. The topographical setting may either hasten or retard the work of climatic forces. Steep slopes encourage rapid soil loss by erosion and allow less rainfall to enter the soil before running off and hence, little mineral deposition in lower profiles (illuviation). In semiarid regions, the lower effective rainfall on steeper slopes also results in less complete vegetative cover, so there is less plant contribution to soil formation. For all of these reasons, steep slopes prevent the formation of soil from getting very far ahead of soil destruction. Therefore, soils on steep terrain tend to have rather shallow, poorly developed profiles in comparison to soils on nearby, more level sites. Topography determines exposure to weather, fire, and other forces of man and nature. Mineral accumulations, plant nutrients, type of vegetation, vegetation growth, erosion, and water drainage are dependent on topographic relief. Soils at the bottom of a hill will get more water than soils on the slopes, and soils on the slopes that face the sun's path will be drier than soils on slopes that do not. In swales and depressions where runoff water tends to concentrate, the regolith is usually more deeply weathered, and soil profile development is more advanced. However, in the lowest landscape positions, water may saturate the regolith to such a degree that drainage and aeration are restricted. Here, the weathering of some minerals and the decomposition of organic matter are retarded, while the loss of iron and manganese is accelerated. In such low lying topography, special profile features characteristic of wetland soils may develop. Depressions allow the accumulation of water, minerals and organic matter, and in the extreme, the resulting soils will be saline marshes or peat bogs. Recurring patterns of topography result in toposequences or soil catenas. These patterns emerge from topographic differences in erosion, deposition, fertility, soil moisture, plant cover, soil biology, fire history, and exposure to the elements. Gravity transports water downslope, together with mineral and organic solutes and colloids, increasing particulate and base content at the foot of hills and mountains. However, many other factors like drainage and erosion interact with slope position, blurring its expected influence on crop yield.

Организмдер

Әрбір топыраққа микроорганизмдер, өсімдіктер, жануарлар және адамның әсерінің бірегей үйлесімі әсер етеді. Микроорганизмдер топырақ түзілу процесіндегі маңызды минералды өзгерістерге ерекше ықпал етеді. Сонымен қатар, кейбір бактериялар атмосфералық азотты бекіте алады, ал кейбір саңырауқұлақтар терең топырақтағы фосфорды алуда және топырақтағы көміртегі деңгейін гломалин түрінде арттыруда тиімді. Өсімдіктер топырақты эрозиядан сақтайды, ал жиналған өсімдік материалдары топырақтың гумус деңгейін құрайды. Өсімдік тамырларының шығарылымдары микробтық белсенділікті қолдайды. Жануарлар өсімдік материалдарын ыдыратады және биотурбация арқылы топырақты араластырады. Топырақ – Жердегі ең түрлі экожүйе, бірақ топырақтағы организмдердің басым көпшілігі – микроорганизмдер, олардың көпшілігі сипатталмаған. Топырақтың бір грамында шамамен бір миллиард жасуша болуы мүмкін, бірақ түрлер санының бағасы бір грамына 50 000-нан миллионнан астамға дейін әртүрлі. Топырақтың түріне, орналасқан жеріне және тереңдігіне қарай организмдер мен түрлердің саны айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Сол сияқты, өсімдік тамырлары топырақ горизонттарына еніп, ыдыраған кезде арналар ашады. Терең тамырлары бар өсімдіктер топырақтың әртүрлі қабаттары арқылы бірнеше метрге еніп, профильдің тереңінен қоректік заттарды көтереді. Өсімдіктердің жіңішке тамырлары органикалық қосылыстарды (қанттар, органикалық қышқылдар, шырыш), жасушаларды (әсіресе ұштарында) бөліп шығарады және оңай ыдырайды, топыраққа органикалық заттарды қосады, бұл процесс ризодепозиция деп аталады. Микроорганизмдер, оның ішінде саңырауқұлақтар мен бактериялар тамырлар мен топырақ арасындағы химиялық алмасуды жүзеге асырады және ризосфера деп аталатын топырақтың биологиялық белсенді аймағында қоректік заттардың резерві ретінде әрекет етеді. Топырақ арқылы тамырлардың өсуі микробтық популяцияларды ынталандырады, олардың хищниктерінің (әсіресе амеба) белсенділігін де ынталандырады, осылайша минералдану деңгейін арттырады және соңында тамыр өсуін, топырақ микробтық циклы деп аталатын оң кері байланысқа түсіреді. Тамырдың әсерінен тыс, топырақтың көп бөлігінде бактериялар тыныш күйде болады, микроагрегаттарды, яғни саз бөлшектеріне жабысқан шырышты колонияларды құрайды, олар топырақ микрофаунасының (бактериофагты протозоялар мен нематодалар) құрғақтандыруына және хищтілігіне қарсы қорғаныс ұсынады. Микроагрегаттарды (20–250 мкм) топырақ мезофаунасы және фаунасы жұтады, ал бактериялық денелер ішекте толық немесе жартылай қорытылады. Адамдар топырақ түзілуіне өсімдік жамылғысын өңдеу, биоцидтерді қолдану, от жағу және топырақты жалаңаш қалдыру арқылы әсер етеді. Бұл эрозияға, су басуға, латеризацияға немесе подзолизацияға (климат пен топографияға байланысты) әкелуі мүмкін. Өңдеу топырақтың әртүрлі қабаттарын араластырады, топырақ түзілу процесін қайта бастайды, өйткені аз ауа райы материалдары дамыған жоғарғы қабаттармен араласады, нәтижесінде минералды ауа райының жылдамдығы артады. Жер құрттары, құмырсқалар, термиттер, кенелер, гүлістер, сондай-ақ кейбір мыңжаяулар мен тенбрионоид қоңыздары топырақты араластырады, олар топырақ түзілуіне елеулі әсер етеді. Жер құрттары топырақ бөлшектерін және органикалық қалдықтарды жұтып, денелерінен өтетін материалда өсімдік қоректік заттарының қолжетімділігін арттырады. Олар топырақты ауаландырады және араластырады және топырақ бөлшектері арасындағы байланыстарды бұзып, топырақты тұрақты топырақ агрегаттарын жасайды, соның арқасында су тез сіңеді. Құмырсқалар мен термиттер үйінділер салғанда, құрттар топырақтың материалдарын бір горизонттан екіншісіне тасып жүреді. Топырақ экожүйесінде құрттар басқа да маңызды функцияларды орындайды, атап айтқанда, олардың ішектегі және галереялардағы көп мөлшерде шырыш өндірісі топырақ микрофлорасына ықпал етеді, оларға экожүйе инженерлерінің мәртебесін береді, оны құмырсқалар мен термиттермен бөліседі. Жалпы, жануарлардың қызметінен топырақты араластыру, кейде педотурбация деп аталады, топырақты қалыптастырудың басқа процестерінің тенденциясын жоюға немесе теріске шығаруға бейім. Термиттер мен құмырсқалар ұяларының айналасындағы топырақтың үлкен аумақтарын жою арқылы топырақтың дамуын тежеуі мүмкін, бұл эрозиядан топырақтың жоғалуына әкеледі. Ірі жануарлар, мысалы, гүлістер, кенелер және дала итілері топырақтың төменгі горизонттарына қазып, материалды бетке шығарады. Олардың туннельдері көбінесе бетке ашық болады, топырақтың астыңғы қабаттарына су мен ауаның қозғалысын ынталандырады. Жергілікті жерлерде олар төменгі және жоғарғы горизонттарды араластыруды күшейтеді, туннельдерді құрып, кейін толтырады. Төменгі горизонттардағы ескі жануарлардың қазған жерлері көбінесе жоғарғы А горизонттан топырақ материалымен толтырылады, бұл профильдің ерекшеліктері, кротовиналар деп белгілі. Өсімдіктер топыраққа көптеген жолдармен әсер етеді. Олар беттік ағыннан туындаған артық жауындардан туындаған эрозияны болдырмайды. Өсімдіктер топырақты көлеңкелейді, оны салқындатып, топырақ ылғалдығының булануын баяулатады. Керісінше, транспирация арқылы өсімдіктер топырақтың ылғалдығын жоғалтуына себеп болады, бұл жапырақ ауданы индексі (жарық сіңіруін өлшейтін) мен ылғалдығының жоғалуы арасындағы күрделі және өте өзгермелі қатынастарға әкеледі: жалпы алғанда, өсімдіктер ең құрғақ айларда топырақтың құрғауына қарсы келеді, ал ылғалды айларда оны құрғатады, осылайша ылғалдың күрт өзгеруіне қарсы буфер ретінде әрекет етеді. Өсімдіктер минералдарды бұзуға қабілетті жаңа химиялық заттарды түзеті, микоризалық саңырауқұлақтар арқылы тікелей және жанама түрде, сондай-ақ топырақтың құрылымын жақсартады. Өсімдіктердің түрі мен мөлшері климатқа, топографияға, топырақтың сипаттамаларына және адам қызметімен байланысты немесе байланысты емес биологиялық факторларға байланысты. Топырақтың тығыздығы, тереңдігі, химиясы, pH, температурасы және ылғалдығы сияқты факторлар берілген жерде өсе алатын өсімдіктердің түріне үлкен әсер етеді. Өлі өсімдіктер мен құлаған жапырақтар мен сабаулар бетте ыдырауын бастайды. Сонда организмдер олармен қоректенеді және органикалық материалды жоғарғы топырақ қабаттарымен араластырады, осы қосылған органикалық қосылыстар топырақ түзілу процесінің бөлігіне айналады. Адамның, сондай-ақ оттың әсері организмдердің әсеріне жататын күй факторы болып табылады. Адамдар топырақ түзілуін күрт өзгертетін қоректік заттар мен энергияны импорттау немесе экспорттау әдістерін қолдана алады. Шамадан тыс мал жаюдан туындаған үдемелі топырақ эрозиясы және Амазонка бассейнін жерге айналдыру нәтижесінде пайда болған терра прета – адам басқаруының әсерлерінің екі мысалы. Индиана және Мичиган штатындағы бірнеше үлкен шабынды далаларын сақтау үшін американдық аборигендердің үнемі от жаққанына сеніледі, бірақ Солтүстік Американың Үлкен жазықтарын сақтауда климат пен сүтқоректі жануарлардың (мысалы, бизон) да рөлі бар деп саналады. Жақында ғана адамдардың табиғи өсімдіктерді жоюы және одан кейін егіс өндіру үшін топырақты өңдеуі топырақ түзілуін күрт өзгертті. Сонымен қатар, шөлейт аймақтағы топырақты суару топырақ түзілу факторларына үлкен әсер етеді, сондай-ақ топырақтың төмен өнімділігіне тыңайтқыш пен әк қосу да әсер етеді. Әртүрлі экожүйелер әртүрлі топырақтарды жасайды, кейде оны оңай байқауға болады. Мысалы, Негев шөліндегі Euchondrus туысының үш түрлі жер қабығышасы тас жартастардың астында өсетін лишайларды (эндолитикалық лишайлар) жеуімен белгілі. Бұл экожүйе инженерлерінің жайылымдық әрекеті әк тасты бұзады, нәтижесінде ауа райы мен топырақ түзілуіне әкеледі. Олар аймаққа үлкен әсер етеді: Негев шөліндегі лишайдың бір гектарына жылына 0,7-ден 1,1 тоннаға дейін өңделетіні бағаланады.

Each soil has a unique combination of microbial, plant, animal and human influences acting upon it. Microorganisms are particularly influential in the mineral transformations critical to the soil forming process. Additionally, some bacteria can fix atmospheric nitrogen, and some fungi are efficient at extracting deep soil phosphorus and increasing soil carbon levels in the form of glomalin. Plants hold soil against erosion, and accumulated plant material build soil humus levels. Plant root exudation supports microbial activity. Animals serve to decompose plant materials and mix soil through bioturbation. Soil is the most speciose (species rich) ecosystem on Earth, but the vast majority of organisms in soil are microbes, a great many of which have not been described. There may be a population limit of around one billion cells per gram of soil, but estimates of the number of species vary widely from 50,000 per gram to over a million per gram of soil. The number of organisms and species can vary widely according to soil type, location, and depth. In the same way, plant roots penetrate soil horizons and open channels upon decomposition. Plants with deep taproots can penetrate many metres through the different soil layers to bring up nutrients from deeper in the profile. Plants have fine roots that excrete organic compounds (sugars, organic acids, mucilage), slough off cells (in particular at their tip), and are easily decomposed, adding organic matter to soil, a process called rhizodeposition. Microorganisms, including fungi and bacteria, effect chemical exchanges between roots and soil and act as a reserve of nutrients in a soil biological hotspot called rhizosphere. The growth of roots through the soil stimulates microbial populations, stimulating in turn the activity of their predators (notably amoeba), thereby increasing the mineralization rate, and in last turn root growth, a positive feedback called the soil microbial loop. Out of root influence, in the bulk soil most bacteria are in a quiescent stage, forming micro aggregates, i. e. mucilaginous colonies to which clay particles are glued, offering them a protection against desiccation and predation by soil microfauna (bacteriophagous protozoa and nematodes). Microaggregates (20–250 μm) are ingested by soil mesofauna and fauna, and bacterial bodies are partly or totally digested in their guts. Humans impact soil formation by removing vegetation cover through tillage, application of biocides, fire and leaving soils bare. This can lead to erosion, waterlogging, lateritization or podzolization (according to climate and topography). Tillage mixes the different soil layers, restarting the soil formation process as less weathered material is mixed with the more developed upper layers, resulting in net increased rate of mineral weathering. Earthworms, ants, termites, moles, gophers, as well as some millipedes and tenebrionid beetles, mix the soil as they burrow, significantly affecting soil formation. Earthworms ingest soil particles and organic residues, enhancing the availability of plant nutrients in the material that passes through their bodies. They aerate and stir the soil and create stable soil aggregates, after having disrupted links between soil particles during the intestinal transit of ingested soil, thereby assuring ready infiltration of water. As ants and termites build mounds, earthworms transport soil materials from one horizon to another. Other important functions are fulfilled by earthworms in the soil ecosystem, in particular their intense mucus production, both within the intestine and as a lining in their galleries, exert a priming effect on soil microflora, giving them the status of ecosystem engineers, which they share with ants and termites. In general, the mixing of the soil by the activities of animals, sometimes called pedoturbation, tends to undo or counteract the tendency of other soil forming processes that create distinct horizons. Termites and ants may also retard soil profile development by denuding large areas of soil around their nests, leading to increased loss of soil by erosion. Large animals such as gophers, moles, and prairie dogs bore into the lower soil horizons, bringing materials to the surface. Their tunnels are often open to the surface, encouraging the movement of water and air into the subsurface layers. In localized areas, they enhance mixing of the lower and upper horizons by creating and later refilling the tunnels. Old animal burrows in the lower horizons often become filled with soil material from the overlying A horizon, creating profile features known as crotovinas. Vegetation impacts soils in numerous ways. It can prevent erosion caused by excessive rain that might result from surface runoff. Plants shade soils, keeping them cooler and slowing evaporation of soil moisture. Conversely, by way of transpiration, plants can cause soils to lose moisture, resulting in complex and highly variable relationships between leaf area index (measuring light interception) and moisture loss: more generally plants prevent soil from desiccation during driest months while they dry it during moister months, thereby acting as a buffer against strong moisture variation. Plants can form new chemicals that can break down minerals, both directly and indirectly through mycorrhizal fungi and improve the soil structure. The type and amount of vegetation depend on climate, topography, soil characteristics and biological factors, mediated or not by human activities. Soil factors such as density, depth, chemistry, pH, temperature and moisture greatly affect the type of plants that can grow in a given location. Dead plants and fallen leaves and stems begin their decomposition on the surface. There, organisms feed on them and mix the organic material with the upper soil layers; these added organic compounds become part of the soil formation process. The influence of humans, and by association, fire, are state factors placed within the organisms state factor. Humans can import or extract nutrients and energy in ways that dramatically change soil formation. Accelerated soil erosion from overgrazing, and Pre Columbian terraforming the Amazon basin resulting in terra preta are two examples of the effects of human management. It is believed that Native Americans regularly set fires to maintain several large areas of prairie grasslands in Indiana and Michigan, although climate and mammalian grazers (e. g. bisons) are also advocated to explain the maintenance of the Great Plains of North America. In more recent times, human destruction of natural vegetation and subsequent tillage of the soil for crop production has abruptly modified soil formation. Likewise, irrigating soil in an arid region drastically influences soil forming factors, as does adding fertilizer and lime to soils of low fertility. Distinct ecosystems produce distinct soils, sometimes in easily observable ways. For example, three species of land snails in the genus Euchondrus in the Negev desert are noted for eating lichens growing under the surface limestone rocks and slabs (endolithic lichens). The grazing activity of these ecosystem engineers disrupts the limestone, resulting in the weathering and the subsequent formation of soil. They have a significant effect on the region: the population of snails is estimated to process between 0.7 and 1.1 metric ton per hectare per year of limestone in the Negev desert.

Мысал

Тарихи дәуірге дейінгі көлдердегі топырақтардың қалыптасу эволюциясының мысалы Калахари шөлінің Макгадикгади ойпатында байқалады, онда ежелгі өзен арнасының өзгеруі мыңжылдықтар бойы тұздың жиналуына және калькреттер мен силькреттердің пайда болуына себеп болды.