Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

более высокие молекулярные массы, повышенное содержание угле- рода (52–62 %), менее выраженный кислотный характер. Содержа- ние азота 4,3–6,0 %. Строение молекулы гуминовых кислот до кон- ца не изучено. На основании химических, рентгеновских и спектро- графических исследований продуктов гумификации установлено, что основными структурными единицами гуминовых кислот явля- ются ядро, боковые цепи и периферические функциональные груп- пы. Наиболее хорошо изучен состав функциональных групп. Выде- ляются следующие функциональные группы: карбоксильные (COOH), фенольные и спиртовые (ОН), метаксильные (OCH3), кар- бонильные (С-О) и хинонные (С-О). Водород карбоксильных и фе- нольных групп способен обмениваться на различные основания.

В отношении строения ядер, связывающих их атомов и боковых цепей единого мнения нет. Предполагают, что в состав ядер входят ароматические и гетероциклические пяти- и шестичленные кольца типа бензола, пиррола, пиридина, а также системы конденсирован- ные из различных типов ядер. Боковые цепи включают углеводные, аминокислотные и другие группы, а мостики представлены отдель- ными атомами (O, N, C) или группами (H, CH, СH2-C=O и др.).

Фульвокислоты, по сравнению с гуминовыми кислотами, содер- жат меньший процент углерода (40–52 %) и азота (3–4,4 %). Фуль- вокислоты хорошо растворимы в воде; их водные растворы имеют сильную кислую реакцию (рН 2,6–2,8), обладают большой агрес-

сивностью и являются активными агентами разрушения первичных и вторичных минералов. В структуре фульвокислот, подобно гуми- новым, присутствуют ароматические и алифатические группы, но ядерная часть их выражена менее ярко, преобладают боковые цепи.

На основании различий в морфологии гумуса, соотношения ор- ганической и минеральной частей гумуса Ф. Дюшофур (1970) выде- ляет главные типы гумуса:

Гумус, образующийся в условиях аэрации 1. Мор – характерно ничтожное или слабое смешивание органи-

ческой и минеральной частей, горизонт АО очень отчётливый и мощный; слабая трансформация опада, производимая главным об- разом грибами, особенно актиномицетами. Это почти не разложив- шийся, или слабо разложившийся остатки растительного происхож- дения. Их скопления образуют лесные подстилки, степной войлок,

41

торфянистые горизонты. Под микроскопом видны все детали расти- тельных тканей, их расположения, толщина оболочек.

2.Модер – наблюдается неполное смешивание органической ча- сти с минеральной; неясная граница между АО и А1; отсутствует образование глинисто-гумусового комплекса; в основе микрострук- туры находятся органические микроагрегаты, прилипшие к мине- ральным частицам. Идет сильная биологическая трансформация под влиянием артропод в сочетании с влиянием грибов и бактерий. Рас- тительные остатки находятся в стадии глубокого преобразования,

которая невооружённым глазом представляется в виде однородной рыхлой чёрной массы перегноя. В остатках наблюдается нарушение устойчивых растительных элементов.

3.Мюлль – идет полное включение органической части в мине- ральную с образованием глинисто-гумусового комплекса. Горизонт АО отсутствует; в основе микроструктуры находятся глинисто- гумусовые агрегаты размером от 0,1 до 1 мм; сильная биологиче- ская трансформация под влиянием дождевых червей и бактериаль- ной микрофлоры.

Гумус, образующийся в условиях анаэрации

1.Торф – ничтожное или слабое включение органической части в минеральную, волокнистая структура, биохимическая трансформация очень слабая; гумифицированно < 30 % органического вещества.

2.Анмоор – не сплошное, но заметное включение органической части в минеральную, ощущаемое до глубины 10–20 см; структура массивная; биохимическая трансформация сильная, развивающаяся под влиянием перемежающегося воздействия аэробных и анаэроб- ных организмов, гумификация интенсивная; более 30 % органиче- ского вещества гумифицировано.

Количество и состав гумуса в почвах зависят от сочетания фак- торов почвообразования. На распределение гумусовых веществ влияют, прежде всего, биологический, климатический фактор и особенности почвообразующих пород той или иной территории.

Гумус почвы – динамическая система. Количество гумуса увеличи- вается за счёт гумификации новых органических остатков и уменьша- ется за счёт минерализации (разложения) ранее образовавшегося гуму- са. В зависимости от соотношения этих процессов в почвах различных природных зон присутствует большее или меньшее количество гуму-

42

са. Прямой связи между содержанием гумуса и количеством поступа- ющих органических остатков в почву не установлено.

Биологический фактор влияет на распределение гумусовых ве- ществ посредством деятельности микроорганизмов. Большое значе-

ние имеют химическая природа органических остатков и скорость гумификации и минерализации в результате деятельности микроор- ганизмов. Установлено, что растительные остатки разлагаются тем быстрее, чем больше они содержат углеводов и белков и чем мень- ше устойчивых компонентов, в частности лигнина.

Скорость гумификации и минерализации органический веществ увеличивается с увеличением микробного населения почв и его био- химической активности. При высокой насыщенности почв активной микрофлорой (в серозёмах содержится более 200 тыс. микроорганиз- мов на 1 г гумуса) гумус не накапливается, все органические вещества быстро минерализуются. При слабой насыщенности (тундрово- глеевые почвы содержат 30–40 тыс. на 1 г гумуса) большая часть орга- нического вещества накапливается в подстилках, при этом водорас- творимые фракции вымываются и гумус не накапливается. Наиболь- шие запасы гумуса характерны для чернозёмов – почв со средним со- держанием микроорганизмов (около 55 тыс. на 1 г гумуса).

Влияние климатического фактора на географию распределения гумуса проявляется через гидротермические условия. Между гидро- термическим режимом почв и запасами гумуса существует опреде- лённая связь. Слабое разложение органических веществ начинается уже около 00, с повышением температуры до 350 процесс усиливает- ся, а при более высоких температурах ослабляется. Свыше 500 наблюдается некоторое усиление процессов, но не за счёт микробио- логической деятельности, а вследствие химического распада органи- ческих веществ. Последние условия могут периодически наступать в верхних горизонтах почв переменно-влажных тропиков.

Микробиологическая активность зависит от соотношения темпе- ратуры и влажности почв. Наиболее высокая активность наблюда- ется при значениях температуры 26–300 и влажности 40–60 %. Наиболее гумусированы почвы, существующие при умеренном гидротермическом режиме, с чередованием периодов активной

микробиологической деятельности с периодами её ослабления в силу низких температур или сухости. При активизации микроорга- низмов идёт разложение и гумификация органических остатков, а

43

при ослаблении – консервация образовавшихся гумусовых веществ.

Такие оптимальные условия создаются в зоне луговых и умеренно засушливых степей, где и образуются наиболее гумусированные почвы – чернозёмы.

В восстановительной среде анаэробных условиях скорость гумифи- кации падает и вместо гумуса накапливается торф, полуразложившие- ся растительные остатки сохраняются в течение тысячелетий.

Большое влияние имеет такой фактор как тип почвообразующих пород: при определённом составе минеральной части почвы идёт закрепление гумуса. В почвах, содержащих карбонаты Са и Mg, гу- мусовые кислоты нейтрализуются основаниями, образуются мало- подвижные формы гуматов Ca, Mg. В почвах, содержащих желези- стые минералы и свободные полуторные окислы (оксиды Al2O3, Fe2O3 ,Mn2O3), в условиях нейтральной и слабокислой реакции идёт закрепление гумуса в органо-минеральных формах. В почвах, нена- сыщенных основаниями (Н+, Al3+), при низком содержании зольных компонентов в растительных остатках образуется «кислый гумус» с большим количеством агрессивных фульвокислот.

От совокупности внешних условий зависит групповой состав гумуса и соотношение различных его фракций. Большое значение имеет соотношение между содержанием гуминовых кислот и фуль- вокислот. Содержание гуминовых кислот увеличивается с возраста- нием гумуса, а содержание фульвокислот, наоборот, уменьшается. Фульвокислоты преобладают в почвах подзолистого типа, красно- зёмах, серозёмах. Гуминовые кислоты преобладают в чернозёмах (в 2–2,5 раза), каштановых, иногда в серых лесных (в 1–1,2 раза).

Контрольные вопросы

1.Что такое почвенные коллоиды? Их состав, строение.

2.Поглотительная способность почв и ее значение.

3.Почвенный раствор, его состав и свойства.

4.Как устраняется кислотность почв? Щелочность почв, ее ис- точники и формы. Способы устранения щелочности почв.

5.Как проявляется преобразование органических остатков в почвах?

6.Какие соединения входят в состав гумуса? В каких условиях идет накопление гумуса в почве?

44

Литература

1.Белобров В. П. География почв с основами почвоведения. –

М., 2007. 280 с.

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

ния. – М., 2007. С. 87–93.

3.Геннадиев А. Н., Глазовская М. А. География почв с основами почвоведения. – М., 2007. С. 139–155.

4.Почвоведение / под ред. И. С. Кауричева. – М.: Агропромиз-

дат, 2008. С. 153–177.

4.КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Цель: рассмотреть вопросы классификации почв, общегеогра- фические и региональные закономерности распределения почв.

Классификация почв

Непременным условием существования и успешного развития любой науки является наличие классификации объектов ее исследо- вания. В почвоведении классификация почв необходима для того,

чтобы можно было диагностировать и именовать отличающиеся друг от друга почвы, выделять их ареалы на картах, устанавливать сходства и различия между ними по свойствам и происхождению,

производить агропроизводственную и другие типы группировок почв для практических целей.

Классификация почв – объединение почв в группы (так назы- ваемые таксономические единицы) по их сходным основным свой- ствам, происхождению и плодородию. Почвы с точки зрения клас- сификации являются очень сложными объектами:

∙это, во-первых, связано с тем, что различные по свойствам поч- вы не имеют четких естественных границ, почвенный покров непре- рывен в пространстве; в отличие, например, от растений почвы не представлены в природе дискретными индивидуальными телами;

∙во-вторых, многие свойства почв очень изменчивы во време- ни. Такие важные почвенные характеристики, как реакция почвен-

45

ного раствора, количество и состав воднорастворимых солей, тем- пература, влажность и другие, подвержены не только многолетним, но и сезонным и даже суточным колебаниям. Эти же свойства отли- чаются высокой вариабельностью в пространстве;

∙ в третьих, почва – это многокомпонентная биокосная система, состоящая и из минералов, и из мертвых органических остатков, и из живых организмов; она вмещает воздух, воду и не всегда легко выделить ведущий компонент или ведущее свойство.

До Докучаева при классификации почв учитывались лишь неко- торые свойства почв и не отражалась сущность процесса почвооб- разования. Одна из первых попыток составить научную классифи- кация принадлежит А. Тэеру, который в начале XIX в. установил 6 родов почв, подразделяя каждый ряд на классы. Так, им выделяется жирная пшеничная почва, белая пшеничная почва, мягкие черные ячменные почвы, черные низинные ржаные почвы, черные овсяные почвы и т. д. Разумеется, такая классификация не отражает ни свойств, ни условий их образования. В шестидесятых годах XIX века немецкий геолог Ф. А Фаллу предложил классификацию почв, построенную на учете почвообразующих пород. Эта классификация относится к типу петрографических. Он выделял почвы кварцевых, почвы глинистых, почвы слюдистых пород и т. д. В 1871 г. Кноп предложил химическую классификацию почв. Он делил почвы на 3 группы: сиалитные, карбонатные и сульфатные. В восточных стра- нах – Корее, Японии, Вьетнаме – почвы классифицировались по характеру органических удобрений, которые вносились в них. Так, выделялись голубиные, куриные, буйволиные почвы и др.

Разнообразные отечественные классификации почв традиционно строятся на генетических принципах. Они берут свое начало от клас- сификационных разработок В. В. Докучаева, который разработал первую научную классификацию почв на генетических принципах:

1)основой классификации являются почвообразовательные про- цессы и их сочетания, которые приводят к формированию конкрет- ных почв и связывают между собой отдельные формы почвообразо- вания в определенные генетические группы почв;

2)признаки и свойства почв анализируются не сами по себе, а в совокупности с факторами почвообразования – той обстановкой, в которой находятся почвы в настоящее время и находились в про-

46

шлом, т. е. при анализе свойств почв должен применяться есте- ственно-исторический метод исследования;

3) те или иные почвообразовательные процессы проявляются в комплексах почвенных признаков и свойств, которые учитываются при выделении групп почв различного таксономического ранга. Та- ким образом, в основе построения генетической классификации почв положены генезис (происхождение) почвы и ее тесная взаимо- связь с окружающей средой.

На основе этих принципов в 1886 г. Докучаевым была создана классификационная система, основной таксономической единицей которой были типы почв, объединявшиеся в три группы: нормаль- ные, переходные и анормальные почвы. Выделенные В. В. Доку- чаевым типы почв как основные таксономические единицы почвен- ной классификации оставались во всех последующих отечествен- ных классификационных схемах. При этом по мере все более де-

тального изучения почвенного покрова постоянно увеличивалось число типов почв и усложнялась сама система таксономических единиц за счет разделения типов на подтипы, роды, виды и разно- видности почв.

Внастоящее время в мире существует целый ряд различных классификаций почв, разработанных в отдельных странах или меж- дународных организациях. Из стран, где существуют развитые национальные классификации почв, следует назвать, в первую оче- редь, США, Францию, Германию, Канаду, Австралию и Англию. В рамках генетического классифицирования почв в нашей стране по- лучило развитие несколько теоретических направлений: эколого- генетическое, факторно-генетическое, субстантивно-генетическое и эволюционно-генетическое.

ВСССР в 1977 г. была разработана и рекомендована для всеоб-

щего практического использования общесоюзная классификация почв (эколого-факторно-генетическая). В 1997 (дополненное пере- издание в 2004 г.) была предложена новая классификация и диагно- стика почв России на профильно-генетической основе. Основной таксономической единицей классификации остался тип почв – группа почв, которая развивается в однотипно сопряженных усло- виях, имеет единую систему генетических горизонтов и общность свойств, обусловленных режимами и процессами почвообразова- ния. Среди типов почв выделены, например, подзолистые, серые лесные, каштановые, черноземы, солонцы, красноземы и др.

47

Типы почв традиционно делятся на подтипы, которые каче- ственно различаются особенностями в системе генетических гори- зонтов, обусловленными наложением на основные дополнительных процессов почвообразования, характеризующих переход к другому типу. Так, в типе черноземов выделяются подтипы: оподзоленные, выщелоченные, обыкновенные, типичные, южные.

Впределах подтипов выделяются роды почв, которые опреде- ляются степенью насыщенности почвенного поглощающего ком- плекса, присутствием в профиле карбонатов, гипса и химизмом за- соления.

Впределах родов обособляются виды почв, различающиеся по степени выраженности почвообразовательных процессов, опреде- ляющих тип, подтип и род почв (что проявляется в мощности гори- зонтов, интенсивности накопления органических и минеральных веществ и др.).

Еще более низкая таксономическая единица – разновидность – выделяется по гранулометрическому составу, каменистости и ске- летности всего почвенного профиля. И, наконец, по разрядам группируются почвы в связи с характером почвообразующих и под- стилающих пород.

На территории России выделяется более 100 типов почв. Еще большее количество типов представлено на всем земном шаре. Наряду с разделением типов почв в классификациях они объединя- ются в более крупные надтиповые таксономические группы, например, в отделы, которые на более высоком иерархическом уровне образуют стволы (Фриланд, 1981; Шишов, Соколов, 1989).

Работа по совершенствованию национальной классификации почв постоянно велась в нашей стране. Координация этой деятельности до 1991 г. осуществлялась Межведомственной комиссией по классифи- кации и диагностике почв при ГКНТ СССР. При этом усиливались и развивались те стороны отечественного классификационного подхода, которые сближали его с принципами международной классификации.

Большой вклад в развитие отечественной генетической классификации

почв внесли своими работами Н. М. Сибирцев, П. С. Коссович, К. Д. Глинка, С. С. Неуструев, С. А. Захаров, Б. Б. Полынов и другие почвоведы. В последние десятилетия широкие схемы классификации почв были предложены В. Р. Волобуевым, В. А. Ковдой,

48

М. А. Глазовской, Г. В. Добровольским, В. М. Фридландом, С. В. Зонном, Б. Г. Розановым, Л. Л. Шишовым, И. А. Соколовым.

Создание Международной мировой классификация почв было начато с 70–80 годов прошлого столетия под эгидой Продоволь- ственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), Орга- низации ООН по образованию, науке и культуре (ЮНЕСКО), Меж- дународным обществом почвоведов и Программой ООН по окру- жающей среде (ЮНЕП). В результате были приняты научные осно- вы Международной мировой классификации почв, был принят предварительный перечень высших единиц Международной клас- сификации почв из 26 групп, объединяющих почвы с определенны- ми чертами строения профиля и совокупностью почвенных процес- сов, приведших к их формированию (Герасимов, Ковда, Фридланд, 1980). Международная классификация не заменяет национальные классификации почв, она служит справочной, базовой системой,

позволяющей коррелировать и сопоставлять национальные системы классификации между собой.

Основные законы географии почв

Применение сравнительно-географического метода позволило установить основные закономерности распределения почв на зем- ной поверхности.

1. Горизонтальная почвенная зональность. В. В. Докучаев впервые изучил широтно-зональное распределение почв на Русской равнине, где при движении с севера на юг почвенные типы после- довательно сменяют друг друга: «Главные, т. е. основные типы почв распределены на Земной поверхности зонально (т. е. полосами); наиболее экваториальное положение занимают латеритные почвы, далее на север располагаются красноземы, которые последователь- но сменяются сероземами, каштановыми почвами, черноземами, серыми лесными почвами, подзолистыми и тундровыми».

Такая широтная зональность, или полосчатость понимается как общая грубая схема. В. В. Докучаев предполагал общепланетарное распространение типов почв. В дальнейшем было выяснено, что это не так. На земной поверхности ни одна почвенная зона не окаймля- ет земной шар в виде сплошного пояса; все они залегают прерыви- стыми лентами, перемешиваясь между собой в пограничных обла- стях, или встречаются отдельными островками в другой зоне. Вы-

49

держанные широтные простирания характерны для крупных терри- торий, имеющих равнинный ландшафт, однотипный характер поч- вообразующих пород. Горизонтальная зональность почв лучше все- го выражена в Евразии (Русская равнина, Западная Сибирь, Казах- стан), на севере Северной Америки, части Африки.

Таблица 3

Последовательность смены почвенных типов при движении с севера на юг

Горизонтальные почвенные зоны не всегда располагаются ши- ротно. В зависимости от континентальности климата, его аридности или гумидности существенно различается зональная структура поч- венных зон в различных частях континентов мира. На океанических окраинах материков распределение почвенных зон вследствие рас- положения зон увлажнения параллельно очертаниям берегов, влия- ния рельефа, приближается к меридиональному и субмеридиональ-

50