Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Т. В. Дегтярева

ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Направление подготовки 120700.62 – Землеустройство и кадастр

Профиль подготовки «Городской кадастр»

Бакалавриат

Ставрополь

2014

П65 Почвоведение и инженерная геология: учебное пособие / авт.-

сост. Т. В. Дегтярева. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. – 165 с.

Впособии, составленном в соответствии с программой, изложена си- стема базовых положений современной науки о почве, рассматриваются особенности формирования и развития почв. Раскрыты основы минера- логии и петрографии, понятие о инженерно-геологических процессах и явлениях.

Предназначено для студентов бакалавриата по направлению подготов- ки 120700 – Землеустройство и кадастры.

УДК 551:631.4 (075.8) ББК 26.3:40.3 я73

Автор-составитель

канд. геогр. наук, доц. Т. В. Дегтярева

Рецензенты:

канд. геогр. наук, доцент К. В. Харин, канд. геогр. наук, доцент А. В. Скрипчинский

© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», 2014

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Целью освоения дисциплины «Почвоведение и инженерная геология» является формирование у студентов профессиональных компетенций, обеспечивающих владение базовыми теоретическими

знаниями в области почвоведения и инженерной геологии и их дальнейшее использование в профессиональной деятельности.

Теоретическими задачами являются: заложение понятийной базы о генезисе, строении, составе, свойствах почвы; общих зако- номерностей распределения почв, изучение инженерно- геологических процессов и явлений.

Практические задачи: формирование умений работать с совре- менными источниками получения почвенных материалов; овладе- ние современными методами почвенных исследований; получение

практических знаний по методам почвенного картографирования и по инженерной геологии. Воспитательные задачи: с помощью ин- новационных психолого-педагогических технологий развитие твор- чества, самостоятельности, мобильности, формирование внутрен- ней мотивации у специалистов к самосовершенствованию и само- развитию, ответственности в решении поставленных задач.

Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата. Дисци-

плина относится к базовой части математического и естественно- научного цикла. Ее освоение происходит во 2 семестре параллель- но с дисциплинами «Физика» и «Информатика». «Входными» зна- ниями, компетенциями, умениями и навыками дисциплины явля- ются знания, основанные на базисных естественных и социальных дисциплинах. Знания, полученные в ходе изучения дисциплины, необходимы для лучшего освоения курсов «Инженерное обу- стройство территории», «Основы землеустройства», «Основы гра- достроительства и планировка населенных мест», «Кадастр не- движимости и мониторинг земель» К разделам предлагаются кон- трольные вопросы для проверки знаний, Список литературы, при- мерные тестовые задания. Их самостоятельное выполнение позво- лит студентам оценить степень усвоения ими теоретического ма- териала. Понятийный аппарат содержит краткий перечень обяза- тельных терминов по курсу.

3

При изучении дисциплины «Почвоведение и инженерная геоло- гия» студентами должны быть усвоены следующие профессио-

нальные и профильно-специализированные компетенции:

-способность использовать основные законы естественнонауч- ных дисциплин в профессиональной деятельности, применять ме- тоды математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

-способность и готовность к проведению экспериментальных исследований (ПК-19).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен: знать: основные положения почвенно-геоботанических, геоло-

гических и гидрологических изысканий и съемок для целей бонити- ровки и кадастровой оценки земель;

уметь: проводить почвенно-экологическое обследование и ис- пользовать его результаты; проводить районирование территории по почвенно-экологическим условиям;

владеть: методами почвенно-экологического обеспечения зем- леустройства и кадастров.

4

РАЗДЕЛ 1

ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС ПОЧВОВЕДЕНИЯ

Цель: рассмотреть становление почвоведения как отрасли есте- ствознания. Проанализировать главные черты почвы как особого есте- ственно-исторического тела. Рассмотреть основы общих теоретиче- ских концепций и представлений о почвообразовательном процессе.

Предмет и задачи почвоведения

Значение почвоведения в истории науки заключается в том, что

появление почвоведения знаменовало начало современного этапа развития наук об окружающей среде.

Почвоведение – наука о происхождении, свойствах и географи- ческом распространении почв. Предметом почвоведения является почва, которая рассматривается как естественно-историческое обра- зование, а также объект труда и средство производства.

Современное почвоведение решает следующие задачи:

∙изучение образования, строения, свойств и состава почв, зако- номерностей их географического распространения;

∙изучение процессов взаимосвязи почв с внешней средой;

∙раскрытие принципов рационального использования почв;

∙обоснование необходимости тщательной охраны почвенного покрова от разрушения и загрязнения.

Почвоведение является широкой естественно-научной дисци- плиной. Среди наук, с которыми соприкасается почвоведение, с од- ной стороны, необходимо назвать: а) фундаментальные науки – фи- зика, химия, математика, методами которых почвоведение широко пользуется; б) естественные, сельскохозяйственные и экономиче- ские науки, с которыми почвоведение находится в состоянии посто- янного обмена: науки геолого-географического цикла (геология, минералогия, физическая география, гидрология, геоботаника); науки агробиологического цикла (биология, микробиология, био- химия, агрохимия, растениеводство, земледелие, луговодство, лесо- водство); науки аграрно-экономического цикла (землеустройство, сельскохозяйственная экономика).

5

Наиболее важными разделами почвоведения являются:

-учение о формировании и развитии (генезисе) почв:

-учение о почвенном покрове как целостном пространственном об- разовании, взаимосвязанном с внешней средой (т. е. география почв);

-учение о плодородии почв и почвенного покрова, о принципах его регулирования агротехническими и мелиоративными методами.

Наряду с названными главными разделами, в составе почвоведе- ния выделяют его фундаментальные разделы по свойствам почвен- ной массы (физика почв, химия почв, биология почв и т. п.) и при- кладные разделы по формам использования почв и почвенного по- крова (агрономическое почвоведение, лесное почвоведение, мелио- ративное почвоведение и т. д.). Особым разделом почвоведения яв- ляется классификация почв, которая даёт единую таксономическую систему для картографирования почв, созданы также отраслевые и региональные классификации и группировки почв. Таким образом, почвоведение представляет собой развитую мощную отрасль есте- ствознания. Основоположником науки о почве является выдающий- ся русский учёный В. В. Докучаев. Он дал первое научное опреде- ление понятие почва: почва – «дневные» или наружные горизонты горных пород, естественно изменённые совместным воздействием воды, воздуха и живыми организмами (Докучаев, 1883).

Современное определение: почва – это сложная полифункцио- нальная, поликомпонентная, открытая четырёхфазная структурная система в поверхностной части коры выветривания, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рель- ефа и времени и обладающая плодородием (Розанов, 1975).

Как всякое природное тело, почва имеет своё положение в про- странстве, объём и границы. Она располагается на границе сопри- косновения и взаимодействия планетарных оболочек – литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы, развивается в результате вза- имодействия этих сфер. Почва формирует особую геосферу – пе- досферу, или почвенный покров Земли, и при этом играет специфи- ческую роль в системе земных геосфер.

Функции почвы:

∙ Обеспечение существования жизни на Земле. Почва – след- ствие жизни и одновременно условие её существования. Без почв невозможна жизнь на земле (продуцентам негде расти); Почва – центр образования биомассы и видообразования живых организмов;

6

с появлением почвы и на ней живых организмов возникает жизнь в атмосфере;

∙Обеспечение постоянного взаимодействия большого геологи-

ческого и малого биологических круговоротов вещества на земной поверхности. Почва – источник вещества для образования минера- лов (первичных, вторичных, осадочных); почва способна накапли- вать различные полезные ископаемые (руду, торф, уголь); почва – источник твёрдого вещества;

∙Регулирование плотности жизни на земле и других биосфер- ных процессов (путём динамического воспроизводства плодоро- дия). Распределение живых организмов по земной поверхности и их

плотность в значительной степени определяются географической неоднородностью почвы и её плодородия, наряду с климатическими факторами. Почва – жилищное пространство для расселения чело- века и животных; почва – источник пищи для растений и человека через них; опорная функция (растения и животные сохраняют вер- тикальное положение);

∙Регулирование химического состава атмосферы и гидросфе- ры. Почва – регулятор газового состояния атмосферы (приземный слой почвы). Дыхание почвы; в почву возвращается часть азота и углекислого газа путём усвоения этих веществ почвенными микро- организмами;

∙В почве идет аккумуляция активного органического вещества

исвязанной с ним химической энергии на земной поверхности. Почва поглощает и отражает солнечную радиацию, благодаря этому формируется энергетика нижних слоёв атмосферы, что способству- ет возникновению природных зон;

∙Почва обладает поглощающей способностью, благодаря это- му в ней удерживаются элементы пищи растений;

∙В почве осуществляется связь между биогенными и абиоген- ными компонентами живой и неживой природы, чем достигается целостность биосферы; Без почвы невозможна минерализация ор- ганического мёртвого вещества, образующегося в результате отми- рания растений и животных; почва – регулятор окислительно- восстановительного потенциала;

∙Информационная функция (сама почва информирует человека о своём происхождении);

7

∙Почва обладает буферностью и защитным экраном. Она регу- лирует силу ветра, температуру, водный режим и другие климати- ческие показатели. Регулирует потоки химических элементов в раз- личных условиях;

∙Влияет на круговорот воды на земном шаре: 1) трансформи- рует атмосферные осадки в почвенные грунтовые воды; 2) из-за различного содержания химических веществ в почве поверхност- ные воды имеют определённый химизм; 3) влияет на формирование речного стока и регулирует поверхностный сток воды. Выпадаю- щие осадки не полностью стекают в связи с особенностями рельефа,

ачастично впитываются почвой; 4) почва – фактор биопродуктив- ности водоёмов и водотоков;

∙Средство сельскохозяйственного производства, объект труда и условие существования человека.

Толчком к развитию почвоведения, как и всякой другой науки, послужила практическая деятельность людей. Как только человек

перешел от собирания дикорастущих растений к выращиванию их на полях и к воздействию почвы, он стал накапливать эмпириче- ские, а затем и научные знания о почве (около 7000 лет назад).

Наиболее древние попытки оценить различные почвы, их плодо- родие, появление способов борьбы с засолением почв, составление примитивного кадастра земель известны в Древнем Египте, Китае (3 тыс. лет до н.э.), Месопотамии. В античных период в сочинениях древнегреческих философов Аристотеля, Геродота, Страбона, Фео- фаста, Плиния Старшего и др. проводились первичная систематиза- ция сведений о почвах, первые примеры удобрения почв, попытки их классификации.

В период Средневековья продолжалось накопление разрознен- ных факторов о свойствах почвы, их плодородии. В это время идёт

описание почв как земельных угодий для установления феодальных повинностей и привилегий; создаются «китайские кадастры», в Германии, Англии, Франции и других странах Западной Европы ведутся землеоценочные акты, в России – «писцовые книги» (VI– XVI века).

В эпоху Возрождения (XV–XVII века) почвы изучаются в связи с проблемой питания растений. В ряде работ того времени была вы-

двинута теория водного питания растений: растения питаются

8

водой, создавая химические соединения из воды и воздуха; почва же рассматривалась как инертная среда, механическая опора для растений. В этой связи интересны взгляды на почву и процессы её образования М. В. Ломоносова. Он полагал, что растения питаются не только водой, но и тонкими частицами земли. Большое внимание Ломоносов уделял вопросу происхождения перегноя, который он рассматривал как продукт биологических процессов. Преподавание

элементов почвоведения в России началось вскоре после смерти Ломоносова: в 1770 году в Московском университете в составе кур- са «Сельскохозяйственное домоводство».

Кконцу XVIII в. стала очевидна несостоятельность теории вод- ного питания растений. Её сменила гумусовая теория питания растений Альбрехта Тэера. Согласно этой теории, растения могут питаться только органическим веществом почвы и водой. А. Тэер был одним из основоположников агрономии и организатором пер- вого высшего агрономического учебного заведения.

В первой половине XIX в. немецкий химик Юстус Либих разра- ботал минеральную теорию питания растений. По этой теории растения усваивают из почвы минеральные вещества, из перегноя же – только углерод в виде углекислоты. Так как растения извлека- ют из почвы минеральные элементы, то тем самым почва истощает- ся. Либих ввёл в практику сельского хозяйства применение мине- ральных удобрений.

Ксередине XIX в. сложились и одновременно существовали два различных понятия о почве и два «почвоведения»:

1) агрономическое (агрикультурхимическое). Почва рассматри- валась как смесь минеральных и органических соединений, как сре- да, в которой развиваются корни растений. Мощность почвы огра- ничивалась пахотным слоем и не превышала полуметра (работы А. Тэера; Ю. Либиха);

2) геологическое. Почва рассматривалась как землистая горная порода, содержащая примесь органических веществ. Её мощность могла достигать нескольких сотен метров (работы геологов Фал- лу,1865; Рихтгофена,1865; Берендта, 1877).

Геологи в тоже время были вынуждены исследовать и агрономи- ческие свойства почвы. В результате оформилось агрогеологическое направление. Это направление получило широкое развитие в Гер- мании, откуда распространилось и в другие страны Европы и в

9

Америку. Его традиции очень устойчивы и проявляются до сих пор во многих работах зарубежных почвоведов.

Иным путём развивалось почвоведение в России. Обширные просторы страны с богатым и многообразным почвенным покро- вом, широкое развитие земледелия определили большой интерес к углубленному изучению почв. Особое внимание естествоиспытате- лей и экономистов второй половины XIX в. привлекал русский чер- нозём – плодороднейшая почва, источник богатства: на нём выра- щивалась пшеница – один из главных предметов торговли России с Европой. В чём причина плодородия чернозёма, как его сохранить, каким образом образовалась эта почва – вот вопросы, интересовав- шие крупнейших учёных России того времени. Наиболее известным и ярким представителем русской науки был крупный агроном, про- фессор Лесного института Павел Андреевич Костычев (1845– 1895) – основатель научного агрономического почвоведения в Рос- сии, автор первого учебника «Почвоведения», изданного в 1886 г. П. А. Костычёв связывал свойства почв, прежде всего, с жизнедея- тельностью растений и микроорганизмов. В центре внимания Ко- стычева находились плодородие почв, способы его сохранения и повышения. П. А. Костычев жил и работал в тот же период, что и В. В. Докучаев.

Василий Васильевич Докучаев (1846–1903) – создатель совре- менной науки о почве. Докучаев показал, что понятие о почве

неразрывно связано с диалектическим представлением о её генезисе (образовании) в результате взаимодействия факторов почвообразо- вания. Поэтому учение Докучаева о почве получило название гене-

тического почвоведения.

Вначале своей научной деятельности В. В. Докучаев выступает как специалист в области геологии четвертичных отложений и гео- морфологии Средней России. В то же время он принимает участие в

составлении статистической почвенной карты европейской части России и проводит ряд различных исследований почв. В 1877 г. Вольное экономическое общество поручило В. В. Докучаеву иссле- довать черноземную полосу России. В процессе работы по изуче- нию чернозёма сложились основные представления В. В. Докучаева

опочве.

В1883 г. был опубликован классический труд В. В. Докучаева «Русский чернозём». Это работа заложила основы новой отрасли

10