Тема 4. Почвоведение
Почва
Почва– верхний тонкий слой земной коры, покрытый растительностью и обладающий естественным плодородием.
Почвоведение как наука
Почвоведение- наука о происхождении, составе, свойствах и динамике почв, географическом распространении, а также путей рационального использования и повышения плодородия.
Факторы почвообразования
климатические условия,
характер растительности,
деятельность населяющих почву животных,
состав и свойства материнской породы,
условия рельефа,
продолжительность почвообразования, или возраст почвы
Если все почвообразовательные процессы в пределах одной местности одинаковые, то и образующиеся здесь почвы одинаковы.
При изменении хотя бы одного из них изменяется и почва.
Коэффициент биологического поглощения
показывает отношение содержания элемента в золе растений к его содержанию в породе или почве. Выделяются элементы:
энергичного накопления – содержащиеся в растениях в 10 и 100 раз больше, чем в породе – P,S,I,Cl.
сильного биологического накопления – (Ax=n) –K,Mg,Ca,Na,B,Zn,Ag.
слабого накопления и среднего захвата – (Ах = 0,1n–n) –Mn,Ba,Cu,Ni,Co,Mo,Se,Cd.
слабого захвата - (Ах = 0,1n) –Fe,F,Si,Rb,V,Li.
слабого и очень слабого захвата – (Ах = 0,01n- 0,1n) –Ti,Cr,Al,U.
Водный режим почвы
Промывной режим- ежегодное сквозное промачивание всего профиля почвы (нечерноземная зона).
Непромывной режим- отсутствие сквозного промачивания почвы атмосферными осадками (степная и более сухая зона).
Выпотной режим- преобладание расхода грунтовых вод на испарение и транспирацию над суммой атмосферных осадков. Разность восполняется за счет грунтовой воды.
Почвенные микропроцессы
Разнообразные биологические, химические, физические и механические явления:
процессы обмена веществом и энергией между почвой и другими природными телами (обмен газами между почвой и атмосферой, влагой между почвой, грунтовыми водами и атмосферой, зольными элементами между почвой и растениями);
процессы превращения вещества и энергии, происходящие в самой почве (разложение растительного опада, окисление и восстановление химических соединений, разрушение и новообразование минералов и др.);
процессы передвижения вещества и энергии в почве (воздуха, газов, растворов и т.д.).
Почвенные макропроцессы
Почвообразовательные макропроцессы – комбинация почвенных микропроцессов, в такие процессы как:
гумусонакопление,
засоление,
ожелезнение,
иллювиальные процессы,
оглеение и т.д.
Как правило, результат действия одного или нескольких частных почвообразовательных процессов локализуется в пределах какой-то части почвы.
Общие почвообразовательные процессы
продуктом их деятельности является вся почва:
черноземный,
буроземный,
подзолообразовательный и др.
В почве, вследствие протекания различных процессов, обособляются слои с различными химическими, физическими и биологическими свойствами - почвенные горизонты, совокупность которых называютгенетическим профилем почв.
Гидрофизические свойства почвы
совокупность свойств почвы, определяющих взаимодействие ее твердой и жидкой фаз, состояние, передвижение, накопление и трансформацию почвенной влаги.
Влагопроводность.
Влагоемкость почвы
Гигроскопичность почвы
Максимальная высота капиллярного подъема
Влагопроводность почвыпредставляет собой ее проводимость по отношению к воде под влиянием градиентов потенциала почвенной влаги.
Влагоемкость почвы– способность почвы удерживать в себе воду (измеряется в мм водного слоя или % от веса сухой почвы).
Гигроскопичность почвы– способность почвы под действием поверхностной энергии почвенных частиц сорбировать пары воды из воздуха (в % от веса сухой почвы).
Химические и физико-химические свойства почв
Обусловлены воздействием факторов почвообразования.
Гумус
Валовый химический состав
Реакция почвенного покрова
Емкость поглощения
Содержание карбонатов, гипса, водорастворимых солей
Гумус
органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов.
Собственно гумусовые вещества представлены сложными высокомолекулярными соединениями кислотного характера.
Главные группы гумусовых веществ:
гуминовые кислоты (ГК)
фульвокислоты (ФК),
гумины.
Гумус: гуминовые кислоты
Гуминовые кислоты– темноокрашенная фракция органических веществ, имеет переменный состав (С от 48 до 64%, Н –3,4-5,6%,N– 2,7-5,3%).
нерастворимые в воде, но растворяются в щелочах,
имеют повышенное по сравнению с фульвокислотами содержание углерода и азота,
имеют бурый или черный цвет,
благодаря клеющей способности создают структуру почв,
считаются активаторами роста растений.
Гумин – часть гумусовых веществ, которая не растворяется ни в одном растворителе.
Гумус: фульвокислоты
Фульвокислоты– специфические органические кислоты, растворимые в воде и в минеральных кислотах, содержат углеводы, содержание углерода – 40-45%.
высокомолекулярные соединения ароматического ряда,
растворяются в воде, легко вымываются почвенными водами
в высушенном виде имеют желтый цвет,
активно воздействуют на различные минералы, разрушая их и образуя устойчивые комплексные соединения с катионами.
Валовой химический состав почв
дает представление о содержании и соотношении химических элементов, из которых состоит минеральная почвенная масса (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO).
Их равномерное распределение по почвенному профилю свидетельствует об отсутствии процессов разрушения минералов (черноземы).
В гумусовых горизонтах повышено содержание C,N,P,Mn;
Элювиальные горизонты отличаются более высоким содержанием Si, но часто обедненыFe,Al,Ca,Mgи др.;
В иллювиальных – накапливаются главным образом FeиAl.
Реакция почвенного раствора
определяется активностью свободных Н+и ОН-ионов и измеряется величиной его рН .
Реакция почвенного раствора обусловлена наличием:
ионов водорода и алюминия,
присутствием свободных кислот, оснований, кислых и основных солей,
составом обменных катионов почвенных коллоидов.
Реакция почвенного раствора колеблется от 3 до 10-11.
Наиболее кислые почвы имеют рН 3,5–5,5 – подзолистые, торфяно-болотные, красноземы (присутствие в почве обменных Н+и Al3+).
Нейтральной реакцией характеризуются бескарбонатные горизонты почв, содержащие в поглощающем комплексе только Са2+и Мg2+,
Наиболее высокие значения рН (8,5-9 и выше) обусловлены наличием обменного натрия, характерны для карбонатных горизонтов.
Почвенный поглощающий комплекс
Это почвенные коллоиды и поглощенные ими катионы.
Почвенные коллоиды представлены органическими и минеральными соединениями (частицы размером <0,0002 мм).
Органические коллоиды состоят из гуминовых кислот, фульвокислот, аминов и других сложных органических соединений.
Минеральные коллоиды состоят в основном из глинистых минералов кристаллического строения, а также из аморфных веществ (гидроксиды железа и алюминия).
Способность поглощать вещества называют поглотительной способностью почв.
Количественно ее можно охарактеризовать емкостью поглощения - суммой всех обменных катионов, которые способна удерживать данная почва.
Емкость поглощения выражается в мг-экв на 100 г почвы, и оценивается по следующим показателям: малая <20, средняя 20-40, большая >40.
Почвенный поглощающий комплекс
Зависит от:
механического состава почвы (количества ила) - в песчаных почвах - очень низкая – 1-5 мг-экв/100 г почвы, в суглинистых – 15-20 мг-экв, в глинистых – 25-30 мг-экв,
содержания гумуса - в гумусовых горизонтах емкость поглощения более высокая, чем в нижележащих,
минералогического состава илистой фракции.
Почвы, поглощающий комплекс которых содержит только Са2+и Mg2+, считаются насыщенными основаниями (черноземы).
Если наряду с Са и Мg в состав поглощающего комплекса входят Н и Al, это говорит о ненасыщенности почв основаниями (подзолистые почвы).
Содержание Na в ППК указывает на солонцеватость почв.
Содержание карбонатов
Для почв аридных районов характерно присутствие СаСО3, содержание которого обнаруживается на разной глубине и приурочено к разным горизонтам.
Глубина залегания СаСО3и характер его распределения по профилю служит классификационным признаком и указывает на развитие процессов выщелачивания в почве.
Карбонатность почвы устанавливают по вскипанию под действием соляной кислоты.
Гипс
Содержится в виде минерала СаSO4*2Н2О, имеющего разную степень окристаллизованности в зависимости от условий его образования.
Встречается только в почвах аридных районов и является характерной особенностью южных черноземов, каштановых почв, солонцов и почв полупустынь и пустынь.
Глубина залегания в почвенном профиле различна, и обусловлена степенью аридности территории.
Водорастворимые соли
Присутствуют в профиле почв засоленного ряда (солончаков, солонцов, солодей), а также в некоторых почвах аридной зоны (каштановых, серо-бурых).
Располагаются на разной глубине от поверхности почвы.
Анализ проводится методом взаимодействия почвы с водой, с последующей фильтрацией раствора. Сумма водорастворимых солей выражается в процентах к массе почвы и называется плотным (или сухим) остатком.
По его величине устанавливается степень засоления почвенного горизонта.
Если содержание солей менее 0,3 %,почвенный горизонт считается незасоленным
Буферная способность почв
Это устойчивость и противостояние почв изменению их свойств и состава при внешнем воздействии помимо природных факторов почвообразования.
В значительной степени обусловлена содержанием в почве коллоидов, гумуса и кальциевых солей.
Наиболее изучена физико-химическая буферность почв как способность противостоять изменению ее реакции (рН).
Наиболее низкой буферностью обладают песчаные почвы, наиболее высокой – глинистые.
Другие формы буферности:
способность противостоять изменению солевого состава и концентрации солей в почвенном растворе (важно учитывать при орошении минерализированными водами).
способности почв противостоять влиянию загрязнений различными веществами, мелиоративным воздействиям, направленным на изменение режима почвообразования.
Буферная способность почв имеет свои пределы противостояния внешним воздействиям. Превышение допустимых норм ведет к деградации почв.
Биологическая активность почвы
Проявляется через интенсивность биологических процессов и выражается общим количеством микроорганизмов на 1 г почвы.
Проявляется через содержание в почве деятельных ферментов, витаминов, гормонов, интенсивность процессов аммонификации, нитрификации и др.
С деятельностью почвенных организмов связана мобилизация питательных веществ, превращение их в доступные для растений формы, а также придание почвам определенных свойств, благоприятствующих развитию плодородия.
Достигает максимума в почвах сухих степей и уменьшается по мере продвижения к степной, лесостепной, лесной, таежной и тундровой зонам.
Увеличивается с повышением степени окультуренности почв.
Повышению биологической активности способствует внесение органических, минеральных и бактериальных удобрений, использование сидератов и правильных севооборотов, а также применение химических мелиорантов (извести, гипса) для поддержания благоприятных физико-химических свойств почвы и мероприятий, улучшающих водный, окислительно-восстановительный и тепловой режим.
Морфогенетический профиль почв
Почвенный профиль представляет собой совокупность генетических горизонтов, выделяемых на вертикальной стенке по внешним (морфологическим) различиям между ними. Отсюда и более строгое название почвенного профиля – морфогенетический.
В результате необратимых процессов в почве при длительном течении процесса почвообразования происходит дифференциация почвенной толщи на генетические горизонты.
Каждый горизонт имеет:
различный химический состав,
физические и физико-химические свойства
различную степень насыщенности живым веществом.
Генетические горизонты внешне хорошо различимы:
по цвету,
сложению,
структуре,
плотности,
механическому составу,
характеру новообразований и включений.
Окраска и цвет почвы
По ним выделяются генетические горизонты, устанавливаются их границы, характеризуют тип почвообразования и состав почвообразующих пород.
Цвет– относится непосредственно к сочетанию тонов, интенсивности и другим хроматическим параметрам.
Окраскаотдельного почвенного горизонта может быть: однородной и неоднородной. Однородная окраска – весь горизонт однообразно окрашен в какой-либо цвет, часто происходит осветление.
Структура почвы
Структурностью почвназывается способность почвенной массы естественно распадаться на отдельности (агрегаты) различной формы и величины.
Определяет устойчивость почвы против эрозии.
Главными клеющими веществами почв при их оструктуривании являются: гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия.
Гранулометрический состав почв
От него зависят водопроницаемость почвы, ее способность длительно удерживать в себе влагу, сопротивление почвы обрабатывающим орудиям, проникновение в нее ней растений и т.д.
Гранулометрическим (механическим) составом почвы называется весовое соотношение в составе частиц разного размера.
Под частицами разного размера подразумеваются группа частиц, диаметр которых лежит в строго определенных пределах.
В основу разделения механических фракций положены различия, главным образом, в водно-физических свойствах частиц.
Каменистая часть почвы с точки зрения водно-физических свойств инертна – она не способна удерживать влагу.
Песок (3,0 – 0,05 мм) обладает слабой водоудерживающей способностью.
Пыль (0,05 – 0,001 мм) очень хорошо удерживает воду и обладает хорошей водоподъемной способностью;
Ил (< 0,001 мм) имеет плохую водопроницаемость и меньшую, чем у пылеватых частиц, водоподъемную способность.
Cложение почвы
Внешнее выражение порозности и плотности почвы;
оказывает влияние на:
сопротивление почвы почвообрабатывающим орудиям,
на ее водопроницаемость
на глубину проникновения корней растений.
Корневая система и ходы землероев
Важной составной частью живой фазы почвы являются корневая система растений и почвенная фауна.
Почвенная фауна, несмотря на большую численность и разнообразие, плохо поддается морфологическим исследованиям в полевых условиях.
Очень поверхностно можно судить о наличии отдельных более крупных видов почвенных землероев по оставшимся их ходам, кротовинам и камерам, иногда со скоплениями экскрементов.
Новообразования
Это обособленные и хорошо оформленные скопления в почве различных веществ, отличающихся от основной почвенной массы сложением и составом, возникающие в результате различных почвообразовательных процессов.
Каждое новообразование формируется в определенных условиях, поэтому является хорошим индикатором почвенных процессов, которые либо протекали ранее, либо в настоящее время совершаются в почве.
Почвенные новообразования разнообразны и различаются по форме, цвету, химическому и минералогическому составу.
Существует определенная геохимическая зональность новообразований.
Включения
К включениям относятся инородные тела, происхождение которых не связано с процессом почвообразования:
обломки горных пород,
валуны, щебень,
захороненные остатки раковин,
антропогенные включения (кирпич, керамика, стекло и др.).
Морфогенетический профиль почв
Каждый почвенный горизонт имеет свой буквенно-цифровой индекс.
Индексация горизонтов производится исследователями разных научных школ по-разному.
Наиболее распространена система обозначения горизонтов В.В. Докучаева латинскими буквами А-В-С, дополняемая прописными буквами и цифрами, которые характеризуют дополнительные признаки горизонтов.
Гумусовый горизонт
Самый верхний горизонт – гумусовый (органо-минеральный или перегнойно-аккумулятивный) обозначается индексом AI.
Характерна окраска серых тонов разной интенсивности, комковатая или комковато-зернистая структура.
Формируется в результате процесса гумусообразования.
Почвенный профиль
Органогенные горизонты
Формируются над гумусовым горизонтом.
Под лесными сообществами образуется лесная подстилка, под травянистыми – степной войлок. Индекс этих органогенных горизонтов - А0.
Органогенные горизонты болотных почв, состоящие из малой степени разложенности растительных остатков, носят название очеса(0).
Под травянистыми сообществами с мощными корневыми системами верхняя часть минерального субстрата насыщена корнями, уплотнена и связана ими.Этот горизонт выделяется в профиле почв как самостоятельный –дернина (Аvили А1у).
Элювиальный горизонт
Горизонт вымывания в верхней части почвенного профиля.
Обозначается как горизонт А2
Присущ преимущественно лесным подзолистым почвам
Выделяется самой светлой окраской, непрочной плитовидной структурой.
Обеднен илистыми частицами, полуторными окислами (AlиFe) и основаниями (Ca,Na,K), выносимыми в виде растворов и суспензий почвенными и грунтовыми водами.
Иллювиальные горизонты
Получили свое название от латинского слова illuviare - вмывать.
Расположен на некоторой глубине (обычно несколько десятков см от поверхности), в котором происходит накопление гумуса, ила, карбонтов, гипса и других веществ, вынесенных из вышележащих горизонтов. Часто имеет плотное сложение и пониженную водопроницаемость.
В зависимости от сочетаний факторов-почвообразователей могут быть представлены: текстурными (Вt), карбонатными (ВСa), солонцовыми (ВtNa) и другими.
Почвообразующая порода
Под горизонтом В идет горная порода, слабо измененная процессами почвообразования носит название почвообразующейилиматеринской(горизонт С).
Это верхний слой горных пород, на котором под воздействием биологических и биохимических процессов происходит образование почвы.
Если ниже границы почвенного профиля лежит порода, отличающаяся от почвообразующей по своим литологическим свойствам, она носит название подстилающейи индексируется буквой D.
Почвенные горизонты
Помимо основных генетических горизонтов в профиле почв часто выделяются переходные, совмещающие свойства выше- и нижележащих горизонтов. Они индексируются двойными индексами (А1Вca, AIA2, ВСca).
При описании почвенного профиля фиксируются особенности перехода одного генетического горизонта в другой и формы границ между ними.
Кроме перехода между горизонтами, описывается и характер границ в следующих терминах: ровная, волнистая, языковатая, кармановидная.
Принципы классификации почв
В основу генетической классификации почв положены главные почвообразовательные процессы, которые приводят к формированию определенных групп и рядов почв.
Признаки и свойства почв должны находится в совокуплении с факторами почвообразования и с той обстановкой в которой почва находится в настоящее время и находилась в прошлом.
Тип почв
Тип почв– основная таксономическая единица. Признаки типа почв:
однотипность поступления органического вещества в почву и процессов их превращения и разложения;
однотипность комплексов процессов разложения и синтеза минеральных и органоминеральных образований;
однотипный характер миграции и аккумуляции вещества;
однотипное строение почвенного профиля, т.е. однотипный состав основных горизонтов;
однотипная направленность мероприятий по повышению плодородия и охране почв.
Прочие типы почв
Подтипыпочв выделяются в пределах типов по наличию тех или иных дополнительных горизонтов, которые свидетельствуют о наложении на основные почвообразовательные процессы дополнительных второстепенных процессов почвообразования.
Видывыделяются в пределах подтипов почв по степени развития основных процессов, которые проявляются в интенсивности почвенных признаков.
Семейство– группа типов почв, имеющих однотипное строение профиля, но различающееся энергетическими уровнями почвообразования.
Закономерности распространения
Основные закономерности географии почв или распределения почв по Земному шару определяются следующими законами.
Закон биоклиматической зональности– широтность распределения гидротермических показателей, что обуславливает широтную зональность почвенного покрова. В тех местах, где преобладает влияние биоклиматического фактора на процесс почвообразования, почвы расположены субширотно.
Зональность почвенного покрова нарушается орографией.
Закон геохимической сопряженности почв– почвы геохимически связаны между собой путем горизонтальной миграции веществ в ландшафтах с поверхностными, внутрипочвенными и грунтовыми водами, это проявляется в образовании почв от положения в рельефе и выделении почвенных катен.
Элементарный ландшафт(по Б.Б. Полынову) - определенный одновозрастный элемент рельефа, сложенный одной породой и определенным растительным сообществом, определенной разностью почв и определенным типом взаимодействия между горными породами и растительностью.
Элювиальные ландшафтыи свойственные им почвы формируются на повышенных формах рельефа, при глубоком залегании грунтовых вод, вещество поступает только из атмосферы и вынос его осуществляется вниз по профилю.
Супераквальные ландшафтыи свойственные им почвы образуются на выровненных площадях при близком залегании грунтовых вод, поступление вещества осуществляется из атмосферы, грунтовых вод, и иногда из соседних почв.
Субаквальные ландшафты– подводные.
Закон разновозрастности почв (В.А.Ковда) - аналогичные или близкие группы почв располагаются на одновозрастных (и однотипных) элементах рельефа.
Одновозрастные элементы суши должны иметь сходный или близкие элементы почвенного покрова, даже находясь в самых разных климатических условиях, и наоборот, разновозрастные поверхности, даже в одном климате, должны иметь разный почвенный покров.
Наиболее древние почвы - это автономные элювиальные почвы экваториальных и тропических широт, приуроченные к древним корам выветривания.
Наиболее молодые почвы находятся в областях, подвергавшихся в четвертичное время континентальным оледенениям. Самые молодые почвы образуются в районах с активными аллювиальными наносами и вулканических областях.
Арктические почвы
Тундровые почвы
Мерзлотно-таежные почвы
Торфяные почвы
Подзолистые почвы
Дерново-подзолистые почвы
Серые лесные почвы
Чернозем
Каштановые почвы
Серо-бурые пустынные почвы