Лекции по "Почвоведению"

1. Почвоведение  как отрасль естествознания, его  предмет, история и значение.

 

     Вильямс В.Р.: Почвы – это верхние слои коры выветривания, обладающие плодородием. Появляется плодородие в результате формирования почвы. Почва формируется на грунте.

     Неолит (8 – 9 тыс. лет назад) – появляется земледелие. Земледелие возникло в субтропических широтах (сев. Индия, Китай, Мексика) в долинах крупных рек. Причины: 1.биоклиматические условия. 2. В субтропических широтах предки культурных растений в дикой флоре. Обширные территории.

     В долинах крупных рек появилось земледелие, но не повсеместно. В междуречьях в период половодья смывается большое количество вещества K, P, N, Ca, Mg поступают в главную реку, выносятся в бассейн, куда впадает. Во время половодья большая часть питательных элементов откладывается в пойме – часть, затапливаемая во время половодья. Часть  выносится, но большая часть аккумулируется.

Почвы пойменные (аллювиальные) богаче, чем почвы сопредельных водораздельных территорий. 
Разница 1,5 – 2,5 раза.  (П) – показатель плодородия – урожай, (Б) – биомасса.

Показатель  урожайности (САМ) – во сколько урожай выше нормы высева.

1 ведро – 20 ведер.  САМ = 20.

22 Ц./га – урожай.  Количество т.   2/Ц./га

22/2

     В лесной зоне В. и З. полушария древнейшей системой земледелия являлась подсечноогневая система земледелия.

Лес вырубался и сжигался, а на этом участке частично вырубленного леса, земля обрабатывалась вручную  и засевалась (пшеница). 2-3 года -  высокий урожай (САМ ≈ 20-30). После этого урожайность резко падала. Далее осваивались другие территории, не было стационарных пахотных угодий.

     На смену подсечноогневой системе  появляется трехпольная система земледелия.

Пример: В первый год 1 поле засевалась основной с/х. культурой. 2. чем-то другим (ячмень, овес, репа). 3. ничем, не засевалось – паровое. 

Следующий год:  1. Ячмень, овес, репа, горох. 2. паровое. 3.  рожь.

3 год: 1. паровое. 2. рожь. 3. другое.

Предназначение парового поля – избавление от сорняка. Выпас скота.

Трехполье – 3-5 САМ. Но трехполье господствовало, так как использовалась лошадь «соха» («плуг»). За счет лошадиной силы увеличивалась пахотная площадь. Трехполье просуществовало до 20-30-х гг. XX века.

Термин почвоведение (1837г) – Шпренгель. Геологическое  направление – почвоведения Шпренгель, Фаллу, Паллас.  «Чернозем – самые молодые геологические образования».

     Германия «агрохимическое направление» ТЭАР, Буссенго, Ю. Либих 1845.

Либих сжигал плоды рожь, ячмень и получал – золу.  Исследует состав золы (K, P, Ca, Mg, S). Урожай снижается на трехполье потому, что плоды и зерна вместе с урожаем ежегодно выносят эти элементы. Искусственно восполнять убыль элементов → минеральные удобрения. Использование минеральных удобрений в Западной Европе повысило урожай до 20 Сам.

 

Либих предполагал, что при повышении  количества удобрений, урожай будет выше. Но на самом деле это только до определенного  момента растет, а затем падает

 

         Россия - родина современного научного почвоведения В.В. Докучаев. 1861г. Отмена крепостного права. 1863 «Русский чернозем».

Почва – это поверхностные слои коры выветривания, изменные и постоянно меняющиеся под совокупным воздействием рельефа, климата, животных, растительных организмов и возраста страны.

1. Геологический фактор (Либих).

2. Рельеф.

3. Климат.                                                          учение о факторах

4. Животные и растительные организмы.  почвообразования

(биогенный фактор). (Докучаев).

5. Возраст (время формирования).

 

Также появились предположения  о влиянии на почву: 

6. Подземные воды.

7. Антропогенный фактор.         (Самые важные – 3 и 4).

     Кора выветривания – продукты разрушения горных пород. В.В. Докучаев является основателем современного  картографирования почвенного покрова. Докучаев – основоположник полевых методов исследования. 1899 -1945 – журнал почвоведения издавался на 4 языках.

Ученик Докучаева Вернадский обозначил 5 функций почв:

1. Обеспечение возможности существования  жизни на Земле.

2. Общие взаимодействия биологического  и геологического круговорота. Усваиваются на ионном уровне из раствора (N,P,K).

3. Осуществление газообмена  между почвой, атмосферой  и гидросферой.

4. Регулирование биосферных процессов. (Почвы определяют плотность биомассы).

5. Почвы являются мощным аккумулятором  энергии.

 

 

2. Морфологические свойства почв: горизонты, профили, включения, новообразования, структура и т. д.

 

Исследуются в полевых  условиях (визуально): 1. Цвет. 2. Новообразования.

3. Включения. 4. Структура. 5. Почвенный профиль.

1. Цвет.

     Отражает химизм образования. Темная окраска связана с наличием органического вещества – гумуса.

Красноземы – наличие  окисного железа: Fe₂O₃        Fe(III)

Бурый – есть железо, но меньше, чем в красном.

Желтоземы < Fe₂O₃; буроземы.

Сизо-голубой - FeO - закисные формы Fe(II), когда перенасыщены влагой. Переход окиси в закись: Fe₂O₃   →    FeO

                                            Fe(III) →  Fe(II) (окись → в закись).

                                         O_{2     H2O} →   H₂O  _O2 (Оглеение).

Светло- серые: 1. SiO2 (кремнезем) (> 90%). 2. CaCO3 (кальцит). 3. (NaCl, KCl, CaCl) (хлориды).

2. Новообразования.

     Соединения, которые возникают в процессе развития почвы. Различны по химизму и морфологии. Лесные почвы: новообразования железисто – марганцевого состава FeMn. Сцементированные прослойки железа и марганца в песках – ортзанд.  Ортштейн – железисто – марганцевые конкреции. Характерны для заболоченных глинистых и суглинистых почв. Лесные почвы – карбонатные новообразования – могут быть в виде присыпки, в виде конкреций, пустотелые. для степных лесостепных, полупустынных почв.  CaCO3 – гипсовые новообразования CaSO4 – характерны для пустынных регионов.

3. Включения.

- инородные тела, несвязанные  с почвообразованием. Литогенные  – камни: галька, щебень; биогенные – древесные корни, кости животных, уголь; антропогенные – керамические черепки посуды и т. д.

4. Структура.

-Способность почвы распадаться  на отдельные камни, глыбы –  структурность. Камни, глыбы – структурные отдельности. Песчаные почвы – бесструктурные. Гумусовые почвы – преобладают структурные отдельности. Структура препятствует эрозии (ветровой и водной). Структура способствует накоплению и удержанию влаги в почвах. В структурной почве вода не испаряется, так как она просачивается глубоко. В бесструктурной всё наоборот.

5. Сложение.

- определяется плотностью почвы. (Почва сожжет быть мягкая, плотная, уплотненная).

6. Почвенный  профиль.

Профили состоят из горизонтов В.В. Докучаев. А – поверхностный  слой, В – переходный горизонт, С  – материнская порода.

A

B

C

Изначально был грунт (материнская порода)→растительность.

 

I. Органогенные горизонты.

(Ао – лесная подстилка, кора листья, поля – степной или травянистый войлок).

Аоv – лесная подстилка (хвоя, листья + зеленые мхи).

Ат – торфяные горизонты.

II. Органоминеральные горизонты. Много органики и минерального вещества.

А      А1 – аккумулятивный горизонт (гумусовый)

   Аd – дерновой горизонт (где травянистая растительность) не менее 56% органики.

Аn – пахотный горизонт.

III. Почвенные минеральные  горизонты.

А2  подзолистый горизонт (напоминает цвет золы потухшего костра)

          Элювиальный (вымывания), до 99 %  SiO2 - остальное вымыто. Характерен для лесных почв.

G – глеевый горизонт – характеризуется сизовато-голубоватой окраской. (FeO, Fe (II))

B – иллювиальный (вмывания).

Bf – железисто- иллювиальный (яркая бурая окраска- обилие железа)

Bh – гумусово-иллювиальный  горизонт.

Bfh - железисто гумусово-иллювиальный  горизонт.

Bca – карбонатно-иллювиальный горизонт.

Bt – глинисто-иллювиальный горизонт. Характерен для почв, которые формируются в условиях  с большим количеством осадков (гумидных).  Лессиваж -  миграции глинистых фракций из  верхних слоев в средние.

Bm – иллювиально-метаморфический горизонт. Интенсивное внутрипочвенное выветривание.

IV. минеральные подпочвенные горизонты.

С – материнская порода - рыхлые четвертичные отложения, незатронутые почвообразованием.

D – четвертичные отложения, отличающиеся по генезису от вышележащей материнской породы.

D₂ – девонские пески.

R – дочетвертичные отложения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выветривание, его формы и значение для  почвообразования.

 

     Выветривание – это процесс разрушения горных пород под влиянием температурных колебаний, воды, а также живых и растительных организмов.

Выветривание (гипергенез):

- механическое (физическое)

- химическое

-биологическое 

     В природе идут одновременно с взаимодействием друг с другом, и разделить их практически невозможно.

1. Механическое выветривание – разрушение горных пород на обломки различной величины и формы. Выветривание под температурным фактором. Также активную роль играет вода при замерзании увеличивается в объеме. Ветер, но не сам по себе, в воздухе должны быть во взвешенном состоянии минеральные частицы, которые ударяются о горные породы.

 

 →              →   

     При механическом выветривании породы полиминерального состава – гранит. Пределом выветривания – разрушение горной породы на отдельные минералы. Дальше механическое выветривание не идет. При изменении горной породы наблюдается существенное изменение свойств. Появляются следующие физические свойства у выветрившейся породы: 1. Появляется влагопроницаемость. 2. Воздухопроницаемость. 3. Меняются физические постоянные – удельный вес, теплопроводность и самое главное – происходит увеличение удельной или суммарной поверхности вещества.

  S  S

   →         

Так как увеличивается S, увеличивается возможность выхода веществ в окружающую среду.

2. Химическое  выветривание – за счет растворения, гидратации, гидролиза.

Гидратация – присоединение к минералам в горных породах воды. Гидролиз – потеря минералами воды входящий в их состав.

     K₂ Al₂ Si₆ O₁₆ калийный полевой шпат. Значение химического выветривания: K – есть, но недоступен, прочно удерживается в минералах силами молекулярного притяжения:

K₂ Al₂ Si₆ O₁₆ +2H₂O ↔ H₂ Al₂ Si₆ O₁₆ + 2KOH  I –стадия повсеместно.

KOH ↔ K⁺ + OH^-

     Растения способны усваивать питательные элементы не на молекулярном, а на ионном уровне. Первичные минералы – входящие в состав горных пород.      Вторичные минералы – после химического выветривания. Химическое выветривание может идти дальше.

II стадия субтропические и экваториальные широты.

H₂ Al₂ Si₆ O₁₆ + nH₂O→ H₂ Al₂ Si₂ O₈ ∙ H₂O+ SiO₂ ∙nH₂O

                                         Каолин           аморфная кремнекислота.

В более низких широтах химическое выветривание идет дальше. В экваториальных широтах химическое выветривание   достигает максимального  развития.

                           H₂ Al₂ Si₂ O₈ ∙ H₂O→ Al₂O₃ + 2 SiO₂ + 2H₂O.

     В низких широтах средняя температура +25, высокая влажность: горные породы  разрушаются до отдельных оксидов, идет в теплых гумидных районах земного шара. В экваториальных широтах глубокое разрушение способствует образованию металлооксидов (Al₂O₃; Fe₂O₃).

3. Биологическое  выветривание.

- Разрушение горных пород под  влиянием растительных организмов.

Биологическое выветривание  - биохимическое выветривание. Лишайники (литофильные) поселяются на горных породах, своими ризоидами выделяют кислоты, которые взаимодействуют с минералами, входящими в состав горных пород.

В процессе 3-х выветриваний:

1. Образуются материнские  породы, на которых формируются  почвы.

2. В процессе выветривания  питательные элементы из недоступных  форм переходят в доступные.

3. Увеличивается удельная поверхность вещества, которая способствует выходу питательных элементов в окружающую среду.

4. Изменение горных  пород сопровождается изменением  физических свойств: водопроницаемость,  воздухопроницаемость, теплопроводность.

5. Измельчение горных пород определяет возможность поселения на продуктах выветривания древесных и травянистых растений. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Механический  состав почв, его влияние на  почвообразование. Классификация почв  по гранулометрическому составу.

 

    Твердая фаза почв представлена продуктами выветривания (обломки горных пород). Гранули – продукты выветривания. Гранули > 1мм. – скелет;

Гранули < 1мм – мелкозем.

Мелкозем подразделяется по размерам частиц на 3 фракции:

1. Песчаная фракция. 1 мм -0.01 мм. Преобладает   SiO₂ .

2. Пылеватая фракция. 0.01 мм – 0.001мм.

3. Илистая фракция < 0.001 мм. Вторичные минералы.

Механический или гранулометрический состав – фракций мелкозема выраженное в % по отношению к его общей  массе.

 

             Классификация механического состава Качинского.

Механический состав	Содержание песчаной фракции в %.	Содержание физической глины в % (ФГ)
1. Песчаная H2O	>90%	<10%    ПЛМС
2. Супесчаная O2	90-80	10-20% ПЛМС
3. Легкосуглинистая Самые плодородные	80-70	20-30% Пср МС
4. Среднесуглинистая Самые плодородные	70-60	30-40%  Пср МС
5. Тяжелосуглинистая H2O	60-50	40-50% ПТМС оглеение
6. Глинистая O2	<50	>50% ПТМС оглеение