Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

температуры, давления (это сланцы, гнейсы). Их значение в почво- образовании также мало;

3) осадочные породы – это отложения продуктов выветривания массивно-кристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на плотные осадочные и рыхлые осадочные. Плотные осадочные – это древние осадочные породы, образованные в дочетвертичный период, они утратили рыхлость, пористость и явля- ются сцементированными (известняки, мергели, доломиты).

Рыхлые осадочные породы сформировались в четвертичный (плейстоценовый) период в результате выветривания коренных пород и переотложения продуктов их разрушения водой, ветром, льдом. Чет- вертичные (или плейстоценовые) отложения являются наиболее рас- пространёнными и главнейшими почвообразующими породами (до 90 %) на Земле. Они исключительно благоприятны для почвообразо- вания: имеют рыхлое сложение, пористость, водопроницаемость, хо- рошую водоудерживающую и поглотительную способность.

Выделяются основные генетические типы четвертичных отло- жений:

∙Элювий – продукты выветривания коренных пород, оставшие- ся на месте образования;

∙Делювий (делювиальные породы) – наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами;

∙Пролювий – формируется в горных странах у подножия гор в результате деятельности временных водных и селевых потоков (ко- нуса выноса);

∙Аллювий (аллювиальные отложения) – отложения постоянных водных потоков (рек, крупных ручьев);

∙Ледниковые (или моренные отложения) – продукты выветри- вания различных пород, перемещенные и отложенные ледником;

∙Флювиогляциальные (водно-ледниковые отложения) – связаны

сдеятельностью мощных ледниковых потоков, вытекающих из-под ледника;

∙Покровные суглинки – распространены в зоне ледниковых от- ложений и рассматриваются как отложения мелководных прилед- никовых разливов талых вод;

∙Лёссы и лёссовидные суглинки – имеют различный генезис, это отложения полевой окраски, карбонатные, пылевато-суглинистого со- става, пористые;

21

∙Эоловые отложения – формируются в результате аккумуля- тивной деятельности ветра;

∙Озёрные отложения (ленточные глины) – отложения, образо- вавшиеся в приледниковых озерах;

∙Морские отложения – формируются в ходе наступления и от- ступления морей.

Биологические факторы почвообразования

Без существования живых организмов не было бы почвы. Поч- вообразование на Земле началось только после появления жизни. Именно благодаря воздействию процессов жизни на продукты вы- ветривания происходит возникновение почвы.

В почвообразовании участвуют 3 группы организмов: зелёные растения, микроорганизмы и животные. При совместном воздей- ствии организмов, а так же за счёт продуктов жизнедеятельности происходят следующие процессы:

∙синтез и разрушение органического вещества;

∙избирательная концентрация биологически важных элементов;

∙биологический круговорот химических элементов в системе «почва – растения»;

∙разрушение и новообразование минералов;

∙миграция и аккумуляция веществ;

∙изменение химических и физических свойств почвы. Основную часть живого вещества суши составляют высшие рас-

тения, среды которых древесная растительность имеет массу сухого органического вещества 1011 – 1012 тонн, масса травянистой расти- тельности примерно в 10 раз меньше.

Растения являются главным источником органических веществ, поступающих в почвы. Образование органического вещества в ос- новном связано с фотосинтезом. Растительная масса после отмира-

ния в виде надземных и подземных остатков попадает в почвенную толщу, где подвергается разложению. Часть растительного опада минерализуется, т. е. превращается в простые соединения (СО2, Н2О, NH3 и др.). Другая часть опада гумифицируется и при этом образуются органические соединения специфической природы – гумусовые вещества.

22

Растения выступают концентратами зональных элементов и азо- та, при жизни выделяют в почву органические и минеральные ком- поненты (СО2, органической кислоты), тем самым создают биоло- гический круговорот зольных веществ. Кроме того, растения участ- вуют в формировании микроклимата, затеняют поверхность почвы, ослабляют силу ветра, препятствуют эрозии и дефляции почв, регу- лируют сток.

Весьма многообразны почвообразовательные функции микроор- ганизмов. Их количество колеблется в широких пределах – от мил- лионов до миллиардов в 1 грамме почвы. В почве развиваются са- мые различные микроорганизмы: бактерии, грибы, актиномицеты (лучистые грибы), водоросли. Больше всего в почве бактерий.

Одна из главнейших функций микроорганизмов в почвообразо- вании – это разложение растительных и животных остатков (про- цессы окисления, восстановления железа, марганца, нитрификации, сульфуризации и т. д.). Под воздействием микроорганизмов проте- кает синтез вторичных минералов, гидроксидов железа, марганца в микробных колониях, например, у железобактерий, и распад мине- ралов в почве. Клубеньковые бактерии участвуют в фиксации атмо- сферного азота.

Животные, населяющие почву, ускоряют разложение органиче- ских остатков – разрушают и изменяют растительную массу и остатки животного вещества. При прохождении через кишечный тракт животных (например, дождевых червей) почвенная масса подвергается обработке ферментами, ускоряющими гидролиз и окисление, в ней ускоряются органно-минеральные взаимодей- ствия, она обогащается продуктами животного метаболизма, при- обретает оструктуренность. Крупные и мелкие землерои механиче- ски перемешивает и разрыхляют почву.

Таким образом, животные и растительные организмы являются особыми компонентами почвы. Их значение определяется не мас- сой (которая несравнимо меньше минеральной части почвы), а той огромной геохимической работой, которую выполняют бесконеч- ные поколения организмов.

Климат как фактор почвообразования

Климат – многолетний режим погоды, наблюдающейся в опре- делённой местности. Это среднее состояние атмосферы той или

23

иной территории, характеризуемое средними показателями метео- рологических элементов (t, осадки, влажность воздуха) и их край- ними показателями, дающими представление об амплитуде колеба- ний в течении суток, сезонов и года.

Климат зависит от географических условий – географической широты, высоты над уровнем моря, формы рельефа. Тесная связь

между климатом и типами почв давно обратила на себя внимание исследователей. Наблюдая закономерную смену почв, сопровожда- ющуюся изменением основных элементов климата, отдельные учё-

ные даже преувеличивали значение климатических условий для почвообразования. Однако, признавая важность климата, нельзя отрицать значение и других факторов для почвообразования. Из- вестно, что В. В. Докучаев резко возражал против неправильного истолкования своих взглядов как климатической теории. В той же время глубоко неверна и недооценка роли климата для почвообра- зования.

С климатом связано обеспечение почвы теплотой и влагой. Пря-

мое влияние климата проявляется в непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы осадками, её промачивание, нагревание, охлаждение). Климатические условия определяют ос- новную закономерность географии почв – горизонтальную зональ- ность почв. Главный источник энергии для биологических и поч- венных процессов – солнечная радиация, а основной источник увлажнения – атмосферные осадки. Между почвой и атмосферой устанавливается постоянный тепло- и влагообмен. Основой для вы-

деления главных термических групп климатов является сумма среднесуточных температур выше 100 С за вегетативный период.

24

Климаты названных термических групп располагаются в виде широтных поясов – почвенно-термических поясов, которые харак- теризуются не только суммой среднесуточных температур, но и определёнными типами растительности и почв.

По условиям увлажнения осадками при почвенных исследовани- ях различают шесть главных групп климатов (табл. 2).

Климат – важный фактор развития биологических и биохимиче- ских процессов в почве. Определённое сочетание температуры и увлажнения обуславливает тип растительности, темпы создания и разрушения органического вещества, состав и интенсивность дея- тельности почвенной микрофлоры и фауны. Климат оказывает огромное влияние на вводно-воздушный, температурный и окисли- тельно-восстановительный режим почв.

С климатическими условиями тесно связаны процессы превра- щения минеральных веществ в почве (темпы выветривания, накоп- ления продуктов выветривания). Климат влияет на ветровую и вод- ную эрозию почв.

Влияние климата на почвообразование очень сильное и проявля- ется оно как непосредственно, так и косвенно (через распределение высших растений, микробиологическую деятельность, скорость хи- мических реакций).

Рельеф как фактор почвообразования

Изучению рельефа земной поверхности как фактора почвообра- зования посвящены работы многих почвоведов: В. В. Докучаева, Н. М. Сибирцева, Г. Н. Высоцкого, С. А. Захарова, Б. Б. Полынова и др.

25

Значение рельефа в формировании почв и развитии почвенного покрова велико и разнообразно. Влияние форм макрорельефа про- является преимущественно в регулировании распределения атмо- сферной влаги, переносимой крупными воздушными массами и в изменении гидротермических условий в зависимости от абсолют- ной высоты. На пространствах равнин и обширных плато проявля- ется горизонтальная зональность почв (идет формирование субши- ротных почвенных зон). В горах возникает вертикальная зональ- ность климата, растительности и почв вследствие понижения тем- пературы воздуха с высотой и изменения в увлажнении.

Влияние форм мезо- и микрорельефа на почвообразование прояв- ляется в перераспределении солнечной энергии (тепла) и выпавших атмосферных осадков. Перераспределение тепла и влаги на поверх- ности зависит от крутизны склонов, экспозиции склона. Поверхности

разного наклона и экспозиции получают неодинаковое количество солнечной радиации, что отражается на условиях температурного и водного режима. Различия в увлажнении вызывают изменение пита- тельного, окислительно-восстановительного и солевого режимов почв. Всё это приводит к развитию различной растительности и в образованию разных почв в различных условиях рельефа.

В настоящее время по положению в рельефе и по определённому им перераспределению осадков выделяют следующие группы почв (или ряды увлажнения):

автоморфные почвы – формируются на равных поверхностях и склонах в условиях свободного стока поверхностных вод при глу- боком залегании грунтовых вод (глубже 6 м);

полугидроморфные – формируются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3– 6 м (капиллярная кайма может достигать корней растений);

гидроморфные – формируются в условиях длительного поверх- ностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине ме- нее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).

Рельеф влияет на развитие эрозионных процессов на склонах – водной, на равнинах – ветровой. Рельеф принимает прямоё участие в почвообразовании: перемещение почвенных и грунтовых масс силой тяжести, при помощи текучей воды в более низкие элементы рельефа. Поэтому почвы склонов имеют меньше мощность, и они более бедны гумусом, чем почвы низин и ровных поверхностей.

26

Таким образом, делая вывод, надо сказать, что значение рельефа как фактора почвообразования весьма своеобразно. Рельеф района в

значительной мере определяет конкретное проявление воздействия других факторов при почвообразовании.

Возраст почв

Фактор времени («возраст страны» по В. В. Докучаеву) имеет огромное значение в формировании и развитии почв. Возраст поч- вы – это продолжительность процесса почвообразования. Различа- ют абсолютный возраст почв – время, прошедшее с начала форми- рования почвы до настоящего времени (тысячи, десятки тысяч лет, миллионы).

Относительный возраст почв – это скорость почвообразователь- ного процесса, быстрота смены одной стадии развития почвы дру- гой. Поверхность суши юга освободилась ото льдов раньше, чем севера (возраст южных больше). Есть молодые (скалистые породы, тундра), средние и старые почвы.

Производственная деятельность человека

Этот фактор резко отличается от действия природных факторов, которые проявляются стихийно. Человек в процессе своей хозяй- ственной деятельности действует на почву направленно, изменяет её в соответствии со своими потребностями – обработка почв, воз- делывание, осушение, обводнение, удобрение, облесение. Вся дея- тельность человека связана с социальным развитием общества.

Почвенно-грунтовые воды

Вода является средой, в которой протекают многочисленные хи- мические и биологические процессы в почве. На водораздельных пространствах источником воды выступают атмосферные осадки. При неглубоком расположении грунтовые воды сильно воздей- ствуют на почвообразования, т. е. меняют водный и воздушный ре- жимы почв (идёт засоление, или заболачивание, оглеение и т. д.).

Контрольные вопросы

1.Как влияют почвообразующие породы на образование почв?

2.Прямое и косвенное влияние климата на формирование почв.

27

3.Охарактеризовать биологические факторы почвообразования.

4.Участие рельефа в почвообразовании.

Литература

1.Добровольский В. В. География почв с основами почвоведе-

ния. – М., 2007. 383 с.

2.Геннадиев А. Н., Глазовская М. А. География почв с основами почвоведения. – М., 2007. С. 53–59.

3.Кауричев И. С. Почвоведение. – М., 1989. С. 55–87.

3.ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ

ИХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Цель: рассмотреть понятие о поглотительной способности как одного из главнейших свойств почвы поглощать различные твёр- дые, жидкие и газообразные вещества. Дать общие сведения о хи- мических свойствах почв.

Почвенные коллоиды

Почвы необходимо рассматривать как систему, состоящую из четырёх фаз (или частей) – твёрдой, жидкой, газообразной и фазы живого вещества. Все фазы почвы находятся в постоянном взаимо- действии, между ними непрерывно протекают реакции обмена и поглощения. Наибольшей подвижностью и изменчивостью облада- ет газообразная и жидкая фаза, по сравнению с ними твёрдая фаза инертна, но и она содержит активную часть – почвенные коллоиды.

По степени дисперсности (раздробленности) выделяются две формы твёрдого вещества почвы:

1)крупнодисперсная масса – частицы размером более 0,001 мм

(10-3 мм);

2)высокодисперсная часть – частицы размером от 0,001 мм и менее:

- частицы d ‹ 0,001 мм относятся к илистой фракций и в этих пределах выделяется коллоидная фракция (коллоиды).

Коллоиды – это минеральные, органические и органоминераль- ные частицы размером менее 0, 0001 мм.

28

От 0,001 до 0,0001 мм – предколлоидная стадия; менее 0,0001 мм (от 10-4 до 10-6 мм) – коллоидная стадия.

Частицы коллоидов обладают большой удельной поверхностью (10–50 м2 на 1 г вещества) и свободной поверхностной энергией. Даже при незначительном содержании частиц коллоидов, они яв- ляются главными носителями поглотительных свойств почвы, так как имеют основную долю общей поверхности твёрдой фазы почвы. Связано это с тем, что чем выше степень дисперсности, тем больше удельная поверхность вещества, т. е. поверхность вещества, прихо- дящаяся на единицу объёма.

По составу коллоиды почвы подразделяются на три группы:

1)минеральные – состоящие из вторичных глинистых минералов (гидрослюды, гидраты окиси железа) и первичных минералов (кварца, слюды);

2)органические – гумусовые вещества;

3)органно-минеральные – соединения гумусовых веществ с гли-

нистыми минералами.

Коллоиды – это двухфазные системы, состоящие из дисперсной фазы (твёрдых частиц: гумусовых веществ, гидратов Fe, Аl и др.) и дисперсной среды (почвенного раствора). Единицу коллоида пред- ставляет коллоидная мицелла. В мицелле различают три составлен- ные части (или слоя):

∙ядро мицеллы;

∙потенциалопределяющий слой – слой, определяющий заряд коллоидной частицы;

∙слой компенсирующий ионов – внешний слой ионов, нейтра- лизующих заряд. Слой компенсирующих ионов подразделяется на два слоя: а) слой неподвижных компенсирующих ионов и б) диф-

фузный слой компенсирующих ионов.

В состав коллоидной частицы входит ядро, потенциалопределя- ющий слой и неподвижный слой компенсирующих ионов. Таким образом, коллоидная частица имеет заряд (выделяют отрицательно заряженные коллоиды – ацедоиды, положительно заряженные – ба- зоиды, нейтральные – амфолитоиды). Коллоидная мицелла элек- тронейтральна и окружена водной оболочкой. Диффузный слой

компенсирующих ионов может существовать только при наличии дисперсионной среды, т. е. воды. Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой.

29

Коллоидные частицы с водой образуют коллоидные растворы двух типов: золи и гели. Золь – коллоидный раствор, в котором ча- стицы находятся во взвешенном состоянии, почти не оседают. В коллоидном растворе частицы какого-либо вещества обладают оди- наковыми зарядами и в силу этого отталкиваются друг от друга. Например, коллоидные растворы солонцов не оседают в течении 2– 5 лет. Для того, чтобы коллоиды осели и произошло соединение отдельных коллоидных частиц с выпадением осадка, необходимо ввести электролит, имеющий противоположный заряд (обычно про- стые минеральные соли).

Процесс перехода коллоиды из золя в гель называется коагуля- цией (свёртыванием), при этом образуется гель – студнеобразный, рыхлый осадок. Концентрация электролита, т. е. соли, при которой начинается процесс коагуляции, называется порогом коагуляции. Процесс перехода геля в золь – пептизация. Этот процесс возможен для коллоидов, хорошо набухающих в воде (гидрофильных).

Коллоиды, легко переходящие из геля в золь, называется обра- тимыми. Обычно легко обратимы все гидрофильные коллоиды, насыщенные одновалентными катионами Н+, Na+, K+. Обратимые коллоиды не образуют прочных комочков почвы и под воздействи- ем воды агрегаты почвы расплываются, раскалываются (пример – солонцовые почвы). Коллоиды, которые после коагуляции и высу- шивания вновь не пептизируются, являются необратимыми. Свой- ствами необратимости обладают гидрофобные коллоиды, насыщен- ные двух-, трёхвалентными ионами (Fe3+,Mg2+, Al3+).Эти коллоиды хорошо склеивают почвенные частицы и являются лучшими струк- турообразователями.

Таким образом, почвенные коллоиды являются главными носи- телями поглотительных свойств почвы. Физическая и химическая природа поверхностей почвенных коллоидов благоприятствует про- теканию на них разнообразных сорбционных процессов.

Поглотительная способность почв Поглотительная способность – свойство почвы поглощать

твёрдые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сопри- косновении с твёрдой фазой почвы.

30