Перечень вопросов к экзамену по дисциплине «Общее почвоведение»

1. Понятие о почве как самостоятельном теле природы. Почва как сложная структурная система.

Почва — это уникальное природное тело, возникшее в результате взаимодействия природных и антропогенных факторов, динамическая система, в которой постоянно осуществляется взаимодействие. Педосфера, или почвенный покров Земли – взаимодействие гидро, лито..и др. Почва как сложная структурная система состоит из 4х фаз: • Твердая фаза почвы — это полидисперсная органоминеральная система, состоящая из первичных, вторичных минералов и органических веществ растительного и животного происхождения, а также продуктов их взаимодействия. Она наименее динамична, образует каркас для других фаз. • Жидкая фаза почвы (почвенный раствор) — это вода, поступающая в виде атмосферных осадков и из грунтовых вод, содержащая растворенные органические и минеральные вещества. Почвенный раствор является источником питания растений. Жидкая среда динамична. • Газовая фаза почвы — это почвенный воздух, заполняющий поровое пространство свободное от воды. Почвенный воздух в основном состоит из азота, кислорода и углекислого газа, но в отличие от атмосферного содержание в нем кислорода и углекислого газа сильно изменяется во времени и в пространстве. • Живая фаза почвы (почвенная биота) — это населяющие почву организмы (микроорганизмы, бактерии, грибы, водоросли, представители почвенной микрофауны; простейшие, насекомые, дождевые черви и др.)

2. Роль В.В. Докучаева, П.А. Костычева, В.Р. Вильямса в становлении и развитии науки о почве.

В.Р.Вильямс крупный ученый – почвовед, который объединил в науке о почве генетические концепции В.В.Докучаева с почвенно-агрономическими концепциями П.А.Костычева. В. Р. Вильямс впервые наиболее полно раскрыл значение биологического фактора в образовании и развитии почвы, в формировании ее главного свойства — плодородия. Учение В. Р. Вильямса о едином почвообразовательном процессе способствовало развитию не только отдельных разделов науки о почве (генезис, классификация, география почв), но ряда других естественных дисциплин: географии, геоботаники, палеоботаники, ландшафтоведение и др. В.Р.Вильямс основал крупнейший в мире почвенно-агрономический музей, который носит его имя, где лично В.Р.Вильямсом и его многочисленными учениками были собраны тысячи экспонатов.

3. Факторы почвообразования (климат, рельеф, почвообразующие породы, растительность и живые организмы, время, деятельность человека), их роль в формировании почв.

Докучаев определил почву как функцию факторов почвообразования - горной породы, климата, живых организмов, рельефа и возраста и выразил сущность понятия в виде формулы

где ГП — горные породы (почвообразующие); О — живые организмы; К — элементы климата; Р — рельеф; t — время. данная формула не может быть решена математически, так как каждый фактор является сложной динамической системой. Они связаны между собой и находятся в постоянной зависимости от других элементов природной среды. Позже с развитием науки почвоведение, стали выделять еще один фактор почвообразования – человек А. Климат: С ним связаны тепловой (обуславливает процессы переноса и аккумуляции тепла в почве) и водяной режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Рельеф: С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С особенностями рельефа связан характер влияния на почву грунтовых, талых и дождевых вод, миграция водорастворимых веществ. Почвообразующие породы: От характера материнских пород зависят физические свойства почвы — водный и тепловой ее режимы, скорость передвижения веществ в почве, минералогический и химический состав, первоначальное содержание элементов питания для растений. Также от характера материнских пород в большой мере зависит и тип почв. Например, в условиях лесной зоны, как правило, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов калия, формируются почвы подзолистого типа.

Растительность и живые организмы: Зеленые растения являются практически единственными создателями первичных органических веществ.(Наибольшее количество органических веществ дают лесные сообщества, особенно в условиях влажных тропиков. Меньше органического вещества создается в условиях тундры, пустынь, болотистой местности и т.п.). В процессе отмирания как целых растений, так и отдельных их частей органические вещества поступают в почву (корневой и наземный спад). Растительность: оказывает влияние на структуру и характер органических веществ почвы, ее влажность. Степень и характер влияния растительности как почвообразующего фактора зависит от видового состава растений, густоты их стояния и др. Основная функция животных организмов в почве — преобразование органических веществ. В почвообразовании принимают участие как почвенные, так и наземные животные. Время: необходимое условие для любого процесса в природе. Все процессы, протекающие в почве, совершаются во времени. Человек: Механическая обработка (вспашка), удобрение, осушение, орошение, сенокошение, выпас скота, вырубка лесов и другие приемы резко изменяют как направление и скорость естественного почвообразования, так и качество почвы. Человек может сознательно управлять естественными процессами почвообразования, улучшая почвенное плодородие в антропогенном ландшафте. С развитием научно-технического прогресса и общественных отношений усиливается использование почв и их преобразование.

4. Выветривание. Понятие о корах выветривания и их классификация.

Выветривание – совокупность процессов трансформации горных пород. Кора выветривания – (зона гиперкинеза) горизонт горных пород где протекают процессы выветривания. Коры выветривания: ( по лекции) 1. Обломочная – крупные обломки, гравий, химический состав не изменен 2. Обызвестковая – биоклиматический потенциал, мелкозем, накопление CaCO3, хлориды, сульфаты 3. Сиаллитная – теряются хлориды, сульфаты, CaCO3, часть кремнезема. накапливаются полуторные оксиды (Fe2O), органическое вещество. Пылеватые и илистые частички. Глинистые минералы, алофаны. (>SiO2) Делятся на собственно сиалитные и фериаллитные 4. Аллитная – теряется большая часть кремнезема, накапливается органическое вещество, разложение первичных металлов (кроме кварца), гидратация, разрушение вторичных глинистых минералов, соединения железа в виде гидроксидов (чаще у красных почв). (<SiO2) Собственно аллитные (Al2O3 больше в 2-5 раз), ферралитные (Al2O3 больше в 1,5 раз) и ферритные (Fe) Коры выветривания: (по практике) 1) обломочная, состоящая из химически неизмененных или слабо измененных обломков исходной породы; 2) гидрослюдистая кора, характеризующаяся слабыми химическими изменениями коренной породы, но уже содержащая глинистые минералы –гидрослюды, образующиеся за счет изменения полевых шпатов и слюд; 3) монтмориллонитовая кора, отличающаяся глубокими химическими изменениями первичных минералов; главный глинистый минерал в ней монтмориллонит; 4) каолинитовая кора чаще всего развивается на кислых кристаллических породах 5) красноземная красноцветные глинистые образования, являющиеся остаточным продуктом выветривания алюмосиликатных пород, развитые в субтропиках с сезонно-влажным или равномерно-влажным климатом. 6) латеритная, характеризующихся обогащением верхней зоны их профиля свободными окислами и гидроокислами Fe, Al,Ti.

5. Формы выветривания.

В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физическое, химическое и биологическое. -физическое (механическое разрушение гп, без изменения химического состава) главный фактор: колебание суточных и сезонных температур. -химическое (изменение химического состава, образуются новые соединения) осуществляется под воздействием воды с растворенными в ней солями и диоксидом углерода, а также кислородом воздуха. -биологическое (механическое разрушение и химическое изменение гп под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. (связан с почвообразованием – образуется почва и в ней накапливаются элементы для питания растений и органическое вещество).

6. Стадии выветривания.

1. Стадия преобладания физического выветривания и накопления продуктов грубого механического разрушения.

2. Стадия обызвесткования и удаления в процессе гидролиза легкорастворимых компонентов,

(преимущественно серы и хлора). Одновременно происходит гидратация минералов и окисление серных соединений.

3. Стадия образования остаточных глин (каолинов) и выноса из материнских пород кальция, калия и магния.

4. Стадия образования латеритов.

7. Гранулометрический состав, его влияние на свойства и режимы почв.

Гранулометрический состав почвы – содержание в почве механических элементов, объединенных во фракции. В основу классификации положено соотношение физ. глины (частицы менее 0,01 мм) и физ. песка (частицы от 0,01 до 1 мм). Частицы крупнее 1 мм составляют скелетную часть почвы, мельче 1 мм — мелкозём.

8. Химический состав почвы. Среднее содержание и формы основных химических элементов (Si, Fe, Al, Ca, Mg, Na, K, C, H, N, P).

В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы. Средние цифры, показывающие содержание отдельных элементов в литосфере и почвах, называют кларками.

Каждая фаза почвы имеет специфический химический состав. Твердая фаза автоморфных почв является преобладающей по массе и преимущественно состоит из минеральных — 80-90% (О2 , SiO2 ) и, в меньшей мере, — 10-15% — органических веществ. Затем идут в убывающем порядке алюминий и железо, кальций, калий, натрий и магний (табл. 13.1). Эти 8 элементов в сумме составляют около 99% минеральной части почв и почвообразующих пород. Около 1% приходится на все остальные элементы. Среди них повышенное содержание имеют, фосфор, марганец, сера и хлор, водород и углерод, которые относятся к макроэлементам. Очень незначительную часть почвы занимают микроэлементы: Сu, Zn, Mo, В, Pb и др. Углерод, азот и, частично, водород, сера и фосфор содержатся в основном в составе органических веществ.

Химические элементы в почвах находятся в форме различных соединений:

первичные и вторичные минералы(преобладающая часть: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калии, натрий, марганец, титан, хлор, частично фосфор и сера). органические вещества(Гумус и органические остатки состоят в основном из углерода (25-65%), кислорода (30-50%), азота (1-5%), водорода (2-5%). В составе молекул органических соединений всегда присутствуют сера, фосфор, а также ряд металлов, в том числе и микроэлементов). органо-минеральные соединения(представлена продуктами взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв: солями гумусовых кислот с ионами металлов и глиногумусовыми сорбционными комплексами). обменные (поглощенные) формы(Их количество измеряется единицами и десятками мг-экв на 100 г почвы (очень мало). Поскольку в почвах преобладают отрицательно заряженные коллоиды, то в поглощенном (обменном) состоянии преобладают катионы. Преобладающими в ППК и играющими большую роль в почвенных процессах и формировании физико-химических свойств почв являются катионы: Са2+, Mg2+, Н+, Al3+, Na+, К, NH4+. Присутствуют также катионы Mn2+, Fe2+, лития, стронция и др. В поглощенном состоянии могут находиться и анионы (S042, РО43_, NО3- и др.) на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы). почвенные растворы(В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм, растворенные газы: СО2, О2 и др.). газообразные формы в составе почвенного воздуха(Состав почвенного воздуха аналогичен атмосферному. В нем содержатся О2, N2, СО2, а также в небольших количествах метан, сероводород, аммиак, водород и др. В отличие от атмосферного, состав почвенного воздуха более динамичен как во времени, так и в пространстве). живое вещество почв(В состав живой фазы почв входят грибы, водоросли, бактерии, актиномицеты, мезо- и микрофауна. Основную массу живых организмов составляют: кислород (70%), водород (10%), азот, кальций (1-10%); сера, фосфор, калий, кремний (0,1-1%), железо, натрий, хлор, алюминий, магний (0,01-0,1%).

9. Микроэлементы и радиоактивные химические элементы в почвах.

Микроэлементы ( играют важную биохимическую и физиологическую роль в жизни растений, животных и человека(принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обменах, повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды). Неблагоприятными являются как недостаток микроэлементов в питании, так и избыток.

Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов естественного и антропогенного происхождения. Наибольший вклад в естественную радиоактивность почв вносят радиоактивный изотоп 40К, на долю которого приходится более 50 % естественной радиоактивности почв, а также кальций (48Са), рубидий (87Rb), уран (238U), радий (226Ra), торий (232Th). Главный источник этих элементов в почвах – почвообразующие породы.

10. Минералогический состав почвы, его роль в формировании почвенного плодородия.

Минералогический состав твёрдой части почвы во многом определяет её плодородие. Органических частиц (растительные остатки) содержится немного, и только торфяные Почвы почти полностью состоят из них. В состав минеральных веществ входят: Si, Al, Fe, К, N, Mg, Ca, Р, S; значительно меньше

содержится микроэлементов: Cu, Mo, I, В, F, Pb. Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме. Во многих почвах, преимущественно в почвах недостаточно увлажняемых территорий, содержится значительное количество CaCO3 (особенно если П. образовались на карбонатной породе), в П. засушливых областей — CaSO4 и др. более легко растворимые соли; П, влажных тропических областей обогащены Fe и Al. На основных изверженных породах формируются П. более богатые Al, Fe, щёлочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава — Si. Во влажных тропиках П. значительно беднее окислами железа и алюминия, чем на более древних, и по содержанию сходны с П. умеренных широт. На крутых склонах, где эрозионные процессы весьма активны, состав твёрдой части П. незначительно отличается от состава почвообразующих пород. В засоленных почвах содержится много хлоридов и сульфатов (реже нитратов и бикарбонатов) кальция, магния, натрия, что связано с исходной засоленностью материнской породы, с поступлением этих солей из грунтовых вод или в результате почвообразования.

11. Источники и процессы превращения органических остатков в почве.

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.

12. Современные представления о процессе гумусообразования.

Гумусообразование — сложный биохимический процесс превращения органических остатков в гумус, развивающийся в почве при обязательном участии микроорганизмов. 1) начальная стадия гумификации растительных остатков идет при участии микроорганизмов и сопровождается гидролизом в неживых клетках и минерализацией части входящих в них компонентов до С02, Н20, NH3 и др.; 2) все компоненты растительных тканей есть первоисточники фенольных соединений в формах продуктов метаболизма, распада и ресинтеза. Эти компоненты являются структурными единицами, из которых образуются гумусовые вещества; 3) конденсация ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами путем окисления фенолов ферментами типа фенооксидаз через семихиноны до хинонов; 4) полимеризация или поликонденсация. Эти процессы трактуются по-разному, и пока недостаточно экспериментального подтверждения того, что они являются основными реакциями гумификации.

13. 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.

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.

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).

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