ПОЧВА лесники ответы / 18_vopros

Наименьшая, или предельно-полевая, влагоёмкость (НВ или ППВ) – это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое длительное время способна удерживать почва после обильного её увлажнения и свободного стекания, при условии исключения испарения и капиллярного увлажнения за счёт грунтовых вод.

Величина НВ зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы, содержания гумуса, структурного состояния, пористости и плотности почвы.

Водным режимом называют совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потери воды. Количественно его выражают через водный баланс. Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из неё, а количественно выраженные элементы водного режима являются соответственно элементами водного баланса.

Водный баланс рассчитывается в определенных границах пространства и времени. В зависимости от потребностей баланс определяют для отдельных генетических горизонтов или для почвенного профиля в целом, для определенной территории или конкретного элемента ландшафта, за полный гидрологический год или вегетационный период, по одному или нескольким месяцам

Водный баланс почвы характеризует количественно водный режим почвы только для определенной ее толщи на конкретной территории за заданный промежуток времени.

При стабильном водном режиме, когда поступление воды в почву и расход ее из почвы практически одинаковы, уравнение водного баланса в равно нулю. В различные периоды времени (весна, лето, сень, зима, вегетационный период) баланс воды в почве меняется, т. е. водный баланс имеет годовые циклы. Закономерности поступления и расхода воды повторяются каждый год.

Типы водного режима. Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных ландшафтов. В зависимости от соотношения основных статей годового водного баланса различают несколько типов водного режима. Водный режим почв формируется под влиянием ряда факторов, основные из которых климат, рельеф, водно-физические свойства почвогрунтов, условия водного питания. Особое влияние на водный режим почв оказывает хозяйственная деятельность человека. Специфику формирования водных режимов зональных типов почв определяют прежде всего количество атмосферных осадков и температурный режим. Практически характер водного режима определяется по соотношению между количеством осадков по средним многолетним данным и испаряемостью за год.

Под испаряемостью понимают максимальное количество влаги в мм, которое может в данных климатических условиях испариться с открытой водной поверхности или с постоянно переувлажненной поверхности почвы за какой-либо определенный промежуток времени.

Характеристика основных типов водного режима.

Мерзлотный тип распространён в районах вечной мерзлоты. Мёрзлый слой почвогрунта, являясь водоупором, обуславливает наличие надмерзлотной верховодки. Поэтому верхняя часть оттаявшей почвы насыщена водой.

Промывной тип (пермацидный) (КУ>1) характерен для местностей, где сумма осадков превышает величину испаряемости. В годовом цикле влагооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно весной и осенью подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. В таких условиях формируются почвы подзолистого типа, краснозёмы и желтозёмы. Болотный подтип водного режима развивается при близком к поверхности залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород. Характерен для подзолисто-болотных и болотных почв.

Периодически промывной тип (КУ=1, при колебаниях от 0,8 до 1,2) характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Для водного режима характерно чередования ограниченного промачивания почвенно-грунтовой толщи (непромывные условия) в сухие годы и сквозное промачивание (промывной тип) во влажные. Промывание почв избытком осадков создаётся 1-2 раза в несколько лет. Такой водный режим присущ серым лесным почвам, чернозёмам оподзоленным и выщелоченным. Водообеспеченность почв неустойчивая.

Непромывной тип (импермацидный) (КУ<1) свойственен местностям, где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой в почве осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к влажности завядания (ВЗ). Обмен влагой происходит путём передвижения воды в форме пара. Характерен для степных почв – чернозёмов, каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков и увеличивается испаряемость. Коэффициент увлажнения снижается от 0,6 до 0,1. Годовым влагооборотом захватывается толща почвы от 4 м (степные чернозёмы) до 1 м (пустынно-степные и пустынные почвы).

Регулирование водного режима. Изменяя приходные и расходные статьи водного баланса можно существенно влиять на общие и полезные запасы влаги и этим способствовать получению устойчивой продуктивности растений. Регулирование водного режима осуществляется таким образом, чтобы отношение прихода и расхода влаги приближалось к единице. Это осуществляется орошением территорий в засушливых районов, осушением в переувлажненных. Уменьшение расхода влаги достигается рыхлением, боронованием, культивацией, вспашкой, мульчированием. Увеличение расхода влаги - подбором влаголюбивых растений, прикатыванием, уничтожением дернины, оставлением паши; в гребнях, грядовой вспашкой, посадкой массивных лесных насаждений, высокой транспирацией и т. д

Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны достаточного и избыточного увлажнения достигается путём планировки поверхности почвы и нивелировки микро - и мезопонижений, в которых весной и летом после дождей наблюдается длительный застой воды.

На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка влаги целесообразно с осени делать гребни. Высокие гребни увеличивают физическое испарение, а по бороздам происходит поверхностный сток воды за пределы участка. Почвы болотного типа, а также минеральные заболоченные, нуждаются в осушении (закрытый или открытый дренаж).

Во влажной зоне с большим количеством осадков осушение чередуется с орошением, т.е. летом, когда проявляется недостаток влаги по дренажным трубам, по которым отводился избыток влаги, подаётся вода, или применяют дождевание.

В зоне неустойчивого увлажнения и засушливых районах регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги, используя такие приёмы, как снегозадержание, задержание талых вод, для чего используют стерню, кулисные посевы, валы из снега, а также специальные агротехнические мероприятия.

Особенности водных свойств лесных почв и лесных подстилок. Важнейшие величины, характеризующие физические и водные свойства лесной почвы закономерно изменяются по профилю почвы: порозность достигает наибольшей величины в лесной подстилке и уменьшается вниз по почвенному профилю, достигая минимума в нижней части иллювиального горизонта.

Лесная подстилка, сильно отличается по физическим и водным свойствам от минеральных горизонтов, исходя из её состава и строения. Удельный вес лесной подстилки колеблется от 1,5 до 1,8, объемный вес варьирует от 0,4 до 0,2 г/см3 (иногда повышается до 0,3 г/см3). Лесные подстилки снижают испарение в 3-7 раз по сравнению с луговой растительностью или открытой местностью, и могут удержать воды в 5-7 раз больше, чем их масса. Полная влагоемкость подстилок, по исследованиям А.П. Малянова, в разных типах леса колеблется в пределах 500-700% от веса подстилки, или 28-64% от ее объема. В абсолютных величинах при полном насыщении влагой подстилки могут удерживать от 10 до 20 мм воды, а иногда и более. Наименьшая влагоемкость подстилок, в 1,5—2 раза меньше полной.

Водопроницаемость лесных подстилок чрезвычайно велика и измеряется сотнями миллиметров водного слоя в минуту. Обладая высокой фильтрацией, они препятствуют образованию поверхностного стока, способствуют формированию нисходящего тока воды и пополнению запасов почвенной влаги. Кроме того, подстилки защищают структурные комочки от разрушения, обеспечивают сохранение высокой водопроницаемости нижележащих минеральных горизонтов, предохраняя тем самым почву от водной эрозии.

Влияние древесных насаждений на водный режим местности.

Древесная растительность оказывает весьма существенное влияние на водные свойства почв и на их водный режим, так как является наиболее мощным испарителем влаги, используя её на фотосинтез и транспирацию.

Влияние леса на водный режим почв, местности и крупных территорий может быть непосредственное - функциональное и косвенное, и естественным следствием этого, является возможность соответствующего распределения древесных насаждений (массивных насаждений и лесных полос различной конструкции) и ведения хозяйства в них управлять им.

1. Древесные насаждения испаряют влаги больше, чем любые угодья, занятые нелесными типами растений. Десукция древесных пород наибольшая, поэтому лес сушит почвы и понижает уровень грунтовых вод, т.е. лес выступает как водорегулирующий фактор.

2. Возвращение влаги в атмосферу достигает наибольшей величины на площадях, покрытых лесом, так как задерживая на кронах влагу, он быстро возвращают ее в атмосферу, оказывая увлажняющее влияние на окружающее пространство, способствуя переносу влаги в более засушливые районы страны (трансгрессивное влияние).

3. Леса способствуют влагозарядке почвы: в зимнее время накапливают больше снега (особенно в лиственных насаждениях, меньше в сосновых и меньше всего в еловых); уменьшают глубину промерзания почвы; оттаивание почвы начинается раньше, но продолжительности снеготаяния больше, а соответственно, снижается интенсивность снеготаяния; благодаря высокой фильтрации лесной подстилки в лесах практически отсутствует поверхностный сток, который переводится в нисходящий поток воды под лесом; они в 5-10 раз меньше испаряют воды с поверхности почвы по сравнению с лугом.

4. Водопроницаемость почв под лесом больше, чем под любым другим угодьем. Этот факт, в сочетании с меньшей промерзаемостью обусловливает наилучшее поглощение влаги почвой под лесом. Полезная транспирационная часть расхода влаги в лесу значительно больше, чем на других видах угодий, так как лес представляет собой многоярусные растительные сообщества (основной полог, второй ярус древесных пород, подрост и подлесок, живой напочвенный травянисто - кустарничково-моховой покров с защитой поверхности почв лесной подстилкой).

5. Лес в наибольшей степени способен превращать поверхностный сток в почвенный и грунтовый, обеспечивая тем самым, уменьшение скорости поверхностного стока, как весеннего снегового так и летнего ливневого, и увеличение общей продолжительности всех видов стока на лесных площадях.

6. Наличие лесных массивов в бассейне реки увеличивает продолжительность периода речного паводка и уменьшает его интенсивность.

7. Почвозащитное действие леса состоит в том, что при малой величине поверхностного стока и наличия лесной подстилки смыв почвы с облесенных площадей значительно меньше, чем с площадей, занятых любой другой растительностью, а уменьшение смыва почвы обеспечивает сохранность рек и водохранилищ от заиления..

Увеличение почвенного влагооборота особенно резко выражено в лиственных лесных насаждениях лесостепной и степной зоны, в которых, с одной стороны, задержка зимних осадков кронами близка к нулю, а с другой стороны, наблюдается полная сохранность влаги, выпадающей в виде снега, в то время как на прилегающих полях более или менее значительная часть последнего сносится ветрами. В лесной зоне, особенно в области распространения темнохвойных лесов, увеличение почвенного влагооборота выражено менее резко, так как здесь и зимние осадки в значительных размерах задерживаются кронами. В то же время снос снега с безлесных участков при более или менее значительной облесенности местности выражен слабо.

Создание лесных полос, называемых полезащитными лесными полосами, было предложено еще В. В. Докучаевым как одна из главных мер регулирования водного режима и борьбы с засухами на юге, но признано одним из важнейших мероприятий по борьбе с засухами и эрозией почв.

Органическое вещество почвы – это совокупность живой биомассы органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы – гумуса.

Первичным источником органического вещества и биосферы являются так называемые первичные продуценты или автотрофы – организмы, способные к самостоятельному синтезу органического вещества из минеральных соединений. В наземных экосистемах основную часть первичной продукции производят зелёные растения.

В почву поступает первичное органическое вещество (остатки отмерших растений, и продукты их микробиологической трансформации) и вторичное органическое вещество (остатки отмерших животных).

Лекция 19. 1. Болотный почвообразовательный процесс

2. Причины и типы заболачивания

3. Сущность болотного процесса

4. Строение и свойства верховых, переходных

и низинных болотных почв и особенности их использования 5. Гидроморфные и полугидроморфные почвы

Болота занимают огромные пространства на Земле и встречаются во всех почвенно-биоклиматических природных зонах. Общая площадь болот составляет около350 млн. га, из них 175 млн. га имеют залежи торфа мощностью более 0,5 м. Болотные почвы относятся к интразональным

Основные площади болотных почв расположены в таёжно-лесной и тундровой зонах и составляют 6,7% территории России, или 150 млн. га; 60 млн. га болот находится в европейской части, 90 млн. га - в Западной Сибири. В более южных зонах они распространены значительно меньше и приурочены в основном к поймам рек и отличаются зональными особенностями. Кроме болотных почв, имеется много почв разной степени заболачивания.

Условия образования и развития болотных почв и болот различны, но всегда связаны с избыточным увлажнением, возникающим под воздействием поверхностных или близко залегающих грунтовых вод, зарастании озёр и водоёмов. Их распространение тесно связано с характером геоморфологии и общей дренированности территории. Значительная площадь болот приурочена к районам четвертичных ледниковых и флювиогляциальных песчаных отложений, подстилаемых на разной глубине глинами или суглинками, а также к плохо дренированным равнинам с большим количеством бессточных западин.

Торфяные болота занимают 1…3% территории на моренно-холмистом рельефе, 3…10% на моренных равнинах, 30…40% на древнеаллювиальных равнинах. Современное болотообразование охватывает всю эпоху голоцена и продолжается в настоящее время в результате заболачивания водоёмов и суши.

Болотами называются избыточно увлажнённые участки суши, покрытые слоем торфа мощностью не менее 30 см.

Причиной заболачивания служит застой воды на поверхности в западинах, котловинах и других отрицательных элементах рельефа при развитии мерзлоты, слабой водопроницаемости почв и пород (наличие плотного водоупорного горизонта в толще почвы или почвообразующей породе), при наличии влагоёмкого органического покрова на поверхности (мощной подстилки или мохово-лишайникового ковра). Образуются верховые олиготрофные, реже мезотрофные болота.

Заболачивание водоёмов происходит двумя путями: в результате их зарастания, и в результате нарастания (развития сплавины) с образованием торфа разного состава соответственно стадии заболачивания.

Зарастание свойственно озёрным и старичным мелководьям, а также мелководьям искусственных водохранилищ. При этом образуются низинные эутрофные и мезотрофные болота.

Нарастание сплавины имеет место на озёрах с обрывистыми берегами, где образуются, как правило, верховые олиготрофные болота.

Болотные почвы формируются под воздействием двух процессов – торфообразования в верхней части профиля и оглеения в нижней. Их объединяют под общим термином «болотный процесс».

Сущность болотного процесса заключается в том, что под влиянием переувлажнения в минеральной части почвы возникают процессы оглеения, вызывающие образование плотного, часто водонепроницаемого глеевого горизонта, что способствует дальнейшему накоплению влаги на поверхности почвы. Органическое вещество при создавшихся условиях разлагается очень медленно и, постепенно накапливаясь, образует торфянистый слой мощностью до 20-30 см. В толще влажного, плохо разложившегося слоя микробиологические процессы подавляются (особенно при кислой реакции среды), поэтому элементов питания в доступных формах становится мало. На поверхности оторфованной органической массы поселяются только сфагновые мхи.

Торфообразование – накопление на поверхности почвы полуразложившихся растительных остатков в результате замедленной их гумификации и минерализации в условиях избыточного увлажнения.

В начальной стадии заболачивания появляются влаголюбивые автотрофные травянистые растения, которые в последующие стадии сменяются зелёными мхами, кукушкиным льном и, наконец, белым мхом – сфагнумом.

По составу торф может быть древесным, древесно-осоковым, древесно-моховым, осоковым, зелёномоховым, сфагновым. В зависимости от состава растений – торфообразователей меняется его биохимический состав. Торф – органическая горная порода, содержащая не более 50% минеральных веществ, образовавшаяся в результате отмирания и неполного распада растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода.

К торфяной почве относят верхний биологически активный слой (35-70 см) торфяника, в котором анаэробные процессы периодически сменяются аэробными и происходит частичное разложение растительных остатков.

Нижняя граница почвы совпадает с максимальным опусканием грунтовых вод во время летней подсушки торфяников, и нижней границей корнеобитаемого слоя.

В естественном состоянии торфяная толща содержит до 95% воды, поэтому в ней господствуют восстановительные условия. Возникающая временно пористость аэрации в 5-10 см слое способствует активизации биохимических процессов превращения органического вещества торфа.

Любой торф состоит из негумифицированных растительных остатков, перегноя и минеральных включений.

В превращении органического вещества в болотных почвах участвуют представители многочисленных групп почвенных микроорганизмов.

Вначале на отмершей растительности активно развиваются неспороносные бактерии и грибы. По мере разрушения органических веществ развиваются спорообразующие бактерии, сменяемые целлюлозоразлагающими и другими микроорганизмами.

Торфообразование – биохимический процесс, в котором участвуют многочисленные микроорганизмы, выполняющие сложные функции по разложению и синтезу органического вещества, приводящие, в конечном счёте, к образованию торфа болотных почв.

При болотном процессе в понижения с почвенно-грунтовыми водами поступает значительное количество элементов питания, что обеспечивает произрастание требовательных к питательному режиму травянистых растений торфообразователей: плотнокустовые злаки, осоки, пушицы, вейники, камыши и другие.

На водоразделах в таёжно-лесной зоне заболачивание подзолистых почв начинается с поселения зелёных мхов и быстро вступает в фазу сфагнового болота.

Наиболее распространёнными растениями - торфообразователями являются: осоки, пушицы, камыш, тростник, вейник, шейцхерия, рогоз, канареечник, хвощёвые, полукустарники: багульник, клюква, вереск, ива, берёза, ольха чёрная и серая, сосна обыкновеная, ель, лиственница. Мхи гипновые зелёные, кукушкин лён, белые сфагновые.

Оглеение – представляет собой сложный биохимический восстановительный процесс, протекающий при переувлажнении почв в анаэробных условиях при непременном наличии органического вещества и участия анаэробных микроорганизмов. Большая роль в процессах оглеения принадлежит маслянокислым бактериям.

При периодически повторяющемся переувлажнении соединения железа могут находиться то в окисной, то в закисной форме в зависимости от продолжительности периода переувлажнения и периода аэрации. При восстановлении железа образуется двууглекислое железо Fe(HCO3)2, которое в природных условиях довольно хорошо растворимо в воде и при смене восстановительных условий на окислительные легко окисляется до гидроокиси железа. 4Fe(HCO3)2 +О2 +Н2О = 4Fe(OH)3 + 8СО2

При длительном и постоянном избыточном увлажнении в условиях устойчивого развития глеевого процесса ионы закисного железа вступают в реакцию с кремнезёмом и глинозёмом и образуют вторичные алюмоферрисиликаты, в состав которых входит закисное железо. Такие минералы имеют сизоватую, грязно-зеленоватую или голубоватую окраску. Почвенные горизонты, в которых накапливаются эти минералы, называются глеевыми.

При непродолжительном избыточном увлажнении сплошной глеевый горизонт может и не образоваться, а вместо него в почвенном профиле появляются отдельные сизоватые или зеленовато-голубоватые пятна. Такие горизонты называются глееватыми.

Приобретение глеевыми горизонтами специфической окраски связано с потерей окисного железа с поверхности почвенных минералов, собственная окраска которых придаёт характерный цвет глею. В процессе оглеения образуются менее устойчивые к окислению минералы, такие как сидерит FeCO3 и вивианит Fe3(РО4)2•8Н2О. Почва при оглеении обогащается кремнекислотой и обедняется железом и в меньшей степени алюминием. При оглеении марганец восстанавливается до подвижных соединений, сера до сероводорода и сульфида железа.

Значительным превращениям подвергаются соединения азота и фосфора. Превращение азота связано с развитием процесса денитрификации, который приводит к быстрому разрушению нитратных форм азота. При длительном и устойчивом развитии восстановительных процессов может вызвать значительную потерю азота из почвы. Изменение фосфатного режима обусловлено образованием в оглеенных горизонтах фосфатов закиси железа типа вивианита, а при смене восстановительных процессов окислительными - накоплением труднорастворимых фосфатов окиси железа. В переувлажнённой обстановке, в первую очередь, восстанавливаются нитраты и сульфаты и уже затем окисные соединения железа и марганца.

При оглеении образуются активные органические соединения с кислыми свойствами и подвижные компоненты разрушения и восстановления минеральной части почвы, поэтому в ней создаются благоприятные условия для возникновения различных органо-минеральных соединений, которые обеспечивают миграцию железа, алюминия, марганца из оглеенных горизонтов.

Особенно сильно процессы миграции развиты в почвах поверхностного временно избыточного увлажнения под влиянием сезонного оглеения при сочетании с нисходящим током воды. Такой процесс называется элювиально-глеевый, и он играет большую роль в формированиии элювиальных горизонтов в различных типах почв – таких как глееподзолистых, солодях, «подбелах».

Элювиально-глеевый процесс, развиваясь в условиях контрастного водного режима, характеризуется следующими основными чертами:

- контрастным проявлением окислительно-восстановительных процессов в верхних горизонтах профиля – резким снижением окислительно-восстановительного потенциала в период временного избыточного переувлажнения с последующим повышением потенциала при просыхании и аэрации почвы;

- превращением органических веществ с образованием большого количества подвижных и агрессивных их форм – фульвокислот, низкомолекулярных кислот, полифенолов;

- образованием подвижных восстановительных форм железа и марганца, а при кислой реакции – и подвижных соединений алюминия;

- активным взаимодействием агрессивных органических кислот с компонентами минеральной части почвы с образованием водорастворимых комплексных органо-минеральных соединений и их миграцией с нисходящим или боковым током воды.

Указанные особенности элювиально-глеевого процесса определяют его широкое участие в образовании осветлённых элювиальных горизонтов в почвах с явлениями временного поверхностного избыточного увлажнения.

Развитие оглеения существенно ухудшают агрономические свойства почв, и для их улучшения требуется коренное изменение водно-воздушного режима осушительными мелиорациями. Для почв временного поверхностного переувлажнения (минеральные полугидроморфные почвы) – применение комплекса агротехнических мероприятий.

Образование и развитие болот. В соответствии с трудами В.С. Доктуровского, Г.И. Танфильева, В.Р. Вильямса, В.Н. Сукачёва различают два типа заболачивания или болотообразования: заболачивание суши и заторфовывание водоёмов.

Болота образуются при зарастании водоёмов (замкнутых стоячих озёр, речных заводей, мелководий и лиманов). При отмирании планктона (водоросли, моллюски и др.) его масса смешивается на дне с минеральным илом, образуя сапропель (гниющий ил), который содержит до 15% органического вещества. Со временем сапропель переходит в более плотную органо-минеральную массу – сапропелит. По мере заполнения водоёма сапропелем на нём, начиная от берегов, поселяются земноводные растения – камыш, тростник, рогоз, хвощ и другие. При их отмирании растительные остатки постепенно заполняют мелководье.

В образовании торфяной массы участвуют плавающие растения – трифоль, сабельник, телорез и др. Эти растения могут образовывать довольно мощный плотный ковёр – сплавину, состоящую из живых и отмерших растений. Нижние части сплавины постепенно отрываются и опускаются на дно, а верху нарастают новые слои. Так постепенно происходит зарастание водоёма сверху и снизу. На вышедшей на поверхность торфяной толще поселяется различная болотная растительность и в дальнейшем здесь могут наблюдаться стадии низинного, верхового и переходного болота.

Заболачивание намывными склоновыми или русловыми водами приводит к возникновению низинных или переходных болот на подножиях склонов и в речных долинах.

По типу водного питания В.Н. Сукачёв выделил две группы болот: атмосферного (верховые) питания и грунтового (низинные и переходные).

Низинные (эутрофные) болота питаются грунтовыми водами, которые в большинстве своём обогащены питательными элементами, необходимыми для растений. Мощность слоя торфа не превышает 50 см, зольность 7-8%.

По видовому составу растений их делят на травянистые, травяно-гипновые, гипновые, кустарниковые и лесные (черноольховые). Все обитатели низинных болот типичные гигрофиты, в их листьях и стеблях развивается воздухоносная ткань – аэренхима, обеспечивающая газообмен растений в условиях переувлажнения.

Из травянистых растений произрастают осоковые, тростник, вейник, таволга, шейцхерия, папоротники и другие; из древесных растений – чёрная ольха, берёза пушистая, реже ель, сосна, осина, ясень. В Сибири – кедр, крушина, берёза приземистая. Из кустарниковых – разнообразные виды ивы, черёмуха, рябина; из мхов – зелёные гипновые мхи и некоторые сфагновые.