Е.В. ПОЛУЭКТОВ

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

Курс лекций

Новочеркасск 2009

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОЧЕРКАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕЛИОРАТИВНАЯ АКАДЕМИЯ»

Е.В. ПОЛУЭКТОВ

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

Курс лекций

для студентов, обучающихся по направлению

120300 – «Землеустройство»

Новочеркасск 2009

ЛЕКЦИЯ 1 ПОЧВОВЕДЕНИЕ КАК НАУКА

О ПОЧВЕ. СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ И

СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Вопросы:

1 Почвоведение как наука о почве, история развития, роль и место среди научных дисциплин

2 Происхождение, строение Земли и Солнечной системы

3 Образование и химический состав земной коры (литосферы)

1. Почвоведение как наука о почве, история развития, роль и место среди научных дисциплин

Почвоведение - это наука о почвах, их образовании, составе и свойствах, о закономерностях их географического распространения, о процессах взаимосвязи с внешней средой, о путях рационального использования почв. Испокон веков поклонялся человек земле, а вернее - почве. Ей посвящал он легенды и былины, ее воспевал в поэмах и песнях. Почва- это особое естественно-историческое тело Природы, «кожа» планеты, память жизни, или, выражаясь языком кибернетики, управляющая система биосферы. От отдельных организмов (живых существ) и совокупности всего живого на Земле (живого вещества) через круговороты жизни и смерти к организованности всей биосферы - такова созидательная роль и функции почвы. В. В. Докучаев, в 19 веке, объявил человечеству, что почва- это особое тело природы, точно также, как растения, животные и минералы. Докучаевское генетическое почвоведение - гордость русской науки. Русские слова «чернозем», «подзол», «солодь», «солонец» знают профессионалы всего мира - называют свои почвы.

Среди природных факторов почва- источник жизни и изобилия- играет основную роль в окружающей среде. Без почвы невозможна жизнь на Земле. Почва – необходимый фактор как для поддержания экологического равновесия, так и для жизни человека, поскольку она представляет собой один из основных природных ресурсов, обуславливающих социальное и экономическое развитие общества.

Почва, или правильнее почвенный покров, есть не что иное, как специфическая среда между литосферой, атмосферой и биосферой, участвующая в многочисленных круговоротах, происходящих между компонентами экосистемы: энергией, водой, биогенными элементами.

Основным свойством почвы является ее плодородие. Именно это важнейшее качество почвы, отличающее ее от горной породы, подчеркивал академик В.Р. Вильямс, определяя почву как « поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений».

Благодаря своим особым качествам почва играет огромную роль в жизни органического мира. Являясь продуктом и элементом ландшафта - особым природным телом, она выступает как важная среда в развитии природы земного шара. Вместе с тем, обладая свойством плодородия, почва выступает как основное средство производства в сельском и лесном хозяйстве. Почва является объектом осушительных и оросительных мелиораций. Используя почву как средство производства, человек существенно изменяет почвообразование, влияя как непосредственно на свойства почвы, ее роль и плодородие, так и на природные факторы, окружающие почвообразование (посадка, и вырубка лесов, возделывание сельскохозяйственных культур, обработка, удобрения, гербициды, химмелиорация, орошение и т.д.).

Следовательно, почва является не только предметом приложения человеческого труда, но в известной степени и продуктом его труда. Таким образом, почвоведение изучает почву, как особое природное тело, как средство производства, как предмет приложения и аккумуляции человеческого труда, а также в известной степени как продукт этого труда.

Как основное средство производства в сельском хозяйстве, почва характеризуется следующими важными особенностями: незаменимостью, ограниченностью, неперемещаемостью и требует постоянной заботы о повышении плодородия почв. Необходимо подчеркнуть, что из 51 млрд. га общей площади планеты суша занимает всего 13.1 млрд. га, а сельское хозяйство использует менее 1.5 млрд. га, что составляет примерно 0.3 га на 1 человека, а для нормальной жизнеобеспеченности необходимо 0,5-0,6 га (по данным ФАО).

В окружающем нас мире все находится в вечном движении, все живет, испытывая бесконечные, сложные и глубокие превращения, все несет историю возникновения и развития. В природе нет ничего застывшего и совершенно неподвижного, все непрерывно движется и меняется. В постоянном движении и изменении находится и наша Земля. От начала возникновения твердой коры на поверхности Земли до настоящего времени прошло не менее 5.5 млрд. лет.

Наука изучающая строение, состав и развитие Земли, называется геологией (от G- земля, logos- учение). Однако наиболее доступной для непосредственного изучения является только земная кора, или литосфера. Поэтому, более точно, геологией называется наука, изучающая, главным образом, твердую земную кору. Геология - обобщающая дисциплина естественно - исторического цикла. Она рассматривает сложнейшие вопросы естествознания - образование Земли и возникновение материков и океанов, гор и равнин, минералов и горных пород, различных природных ископаемых. Она показывает исключительную деятельность процессов, преобразующих лик Земли.

История развития почвоведения. За тысячелетия своей практики человечество накопило много наблюдений о жизни почвы и сообразовывало свою хозяйственную деятельность с подмеченными особенностями и закономерностями. Так возникали, сменяя друг друга, физические и химические теории структуры и свойств почв, теории, объясняющие произрастание на них растений - теории водного, гумусового, минерального питания. Эти теории жили обычной для науки жизнью- соперничая и выясняя отношения между собой. В каждой из них содержался момент истины. Но только момент. Ни одна из них « не дотягивала» до того, чтобы стать наукой о почве.

Причина, как понял В. Докучаев, заключалась в том, что эти теории создавались специалистами: геологами и минералогами, физиками и химиками, биологами и агрономами, подходившими к изучению почвы с меркой понятий, принципов и методов исследований сложившихся в их специальностях. Такой подход позволяет немало узнать о почве, но не выясняет главного: почему почва обладает целой совокупностью свойств которые делают ее столь устойчивой и плодородной.

С переходом к интенсивному земледелию (конец ХIХ в.) возникла потребность в науке о почве. Эта наука - генетическое почвоведение - была создана выдающимся русским естествоиспытателем, профессором Петербургского университета В. В. Докучаевым. (1846-1903).У этой науки есть свой «паспорт». Местом ее рождения можно считать Петербургский университет, датой рождения - 1883 г., год защиты Докучаевым докторской диссертации « Русский чернозем».

В чем же суть открытия В.В. Докучаева? Он отделил от неопределенного, обыденного (научно некорректного) представления о Земле, представление о почве как особом естественно - историческом теле природы, существующем самостоятельно по своим собственным внутренним закономерностям. Почва есть результат и в то же время процесс многовекового взаимодействия живой природы с неживой. Только в этом качестве почва и является самостоятельным телом природы, что и зафиксировал Докучаев в своем определении почвы. Это обусловило переход от аналитического к синтетическому способу мышления, от изучения отдельного свойства вне его связи с остальными - к влиянию интегральных природных объектов и изучению процесса их развития. Создание учения о почве вызвало цепную реакцию фундаментальных научных открытий философского и общенаучного характера.

Почва, говорил В. Докучаев, как любой растительный и животный организм, вечно живет и изменяется, то развиваясь, то разрушаясь, то прогрессируя, то регрессируя. В. Докучаев дал первое научное определение понятию « Почва»: «почвой следует называть «дневные» или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых».

Другими словами, почва представляет собой результат взаимодействия следующих факторов: климата, растительного и животного мира, рельефа, почвообразующих пород и времени (возраста страны). В. Докучаев, разработав учение о почве, как особом теле природы, выдвинул и развил идею о географическом расположении почв (закон горизонтальной и фронтальной зональности почв). Ему принадлежит и первая научная генетическая классификация почв. Он был пионером в развитии лесного почвоведения. Значение выдающихся исследований В. Докучаева (облесительные и гидротехнические работы в черноземной зоне) для лесной науки получило высокую оценку со стороны крупнейшего русского лесовода Г.Ф. Морозова.

Значительный вклад в развитие почвоведения как науки внесли ученики В. Докучаева - Н.М. Сибирцев (1-й учебник «Почвоведение, зональные и интразональные почвы»), П.А. Костычев («Агрономическое почвоведение»). Анализ первого почвообразовательного процесса как начального процесса всего почвообразования на планете связан с именами русских ученых - академиков В. Вильямса и Б. Полынова.

В. Вильямс разработал общую схему единого почвообразовательного процесса на Земле, выделив в нем периоды и стадии. Он указывал на ведущую роль биологического фактора в почвообразовании. Б. Б. Полынов создал учение о геохимии ландшафтов, которое легло в наши дни в основу охраны природы от различных загрязнений, а также поисков полезных ископаемых. Определенный вклад в развитие почвоведения внесли А. Роде, Д. Прянишников, М. Глазовская, Ф. Гаврилюк, К. Гедройц, В. Ковда, П. Садименко, Л. Прасолов и другие.

Роль и место почвоведения среди научных дисциплин. На науке о почве в значительной мере строится разработка систем ведения сельского хозяйства, систем удобрения, рациональных севооборотов, проектов организации территорий, путей поддержания и повышения плодородия почв, разработка мероприятий по борьбе с эрозией и охране почв. Почвоведы ведут большую работу по интенсификации земледелия в нечерноземной зоне Российской Федерации. Без почвоведения невозможно обойтись в лесоводстве, луговодстве, болотоведении, тундроведении, гигиене и санитарии, в геологии, при рекультивации земель и во многих других сферах жизни.

Почвоведение как наука о почве играет большую роль при выращивании не только полевых, но и лесных культур. Для повышения продуктивности лесов важны сведения о влиянии различных древесных пород, а также лесохозяйственных мероприятий на лесорастительные свойства почв. Практическое значение имеют в лесном хозяйстве региональные почвенные съемки лесных питомников, необходимые для составления планов севооборота и внесения удобрений, а также сельскохозяйственных угодий, расположенных в пределах лесного фонда.

Среди наук с которыми соприкасается почвоведение, с одной стороны, необходимо назвать науки фундаментальные (физика, химия, математика), и, с другой стороны, естественные, сельскохозяйственные и экономические науки, с которыми почвоведение находится в состоянии постоянного теоретического обмена (геология, география, гидрогеология, геоботаника, биология, агрохимия, земледелие, растениеводство, землеустройство, политэкономия и др.).

Комплексная борьба с водной и ветровой эрозией, засолением, рассолением и заболачиванием почв невозможна без знания основ геологии, геоморфологии, гидрогеологии. Знание геологии необходимо при почвенных и агрохимических исследованиях, при решении вопросов сооружения колодцев, скважин, прудов, плотин, при поисках агрохимических руд, при ирригационном строительстве, разведке строительных материалов и т. д.

Почвоведение - биологическая наука, предметом изучения которой является почва. Геология - это наука о Земле, ее возникновении, развитии и современном состоянии. Какова же связь между почвоведением и геологией?

Почва всегда располагается на поверхности Земли и является частью коры выветривания. Кора выветривания в свою очередь составляет неотъемлемую часть земной поверхности. Следовательно, имея единый объект для изучения, почвоведение и геология органически связаны. Почва образуется из рыхлой горной породы и представляет собой сложное тело, в котором более половины приходится на минеральную часть. Состав и свойства последней оказывают большое влияние на агропроизводственные качества почвы, поэтому знание входящих в ее состав минералов совершенно необходимо. Изучением вопросов образования и свойств минералов и пород занимается геология.

Почва обладает одним важным свойством - плодородием, т.е. способностью производить урожай растений. Элементами плодородия служат питательные вещества, вода и воздух, находящиеся в почве. Значительная часть питательных веществ появляется и накапливается в почве при разрушении ее минеральной части. Изучением процессов разрушения, или, как принято говорить, выветривания горных пород и минералов, занимается геология. Для повышения плодородия почв и получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур на поля ежегодно вносят много минеральных удобрений, которые получают при переработке так называемых агрономических руд. Изучить законы образования агрономических руд, изыскать их в природе — такие задачи ставит перед собой геология.

Почва является природным телом, на которое непрерывно воздействует ряд внешних факторов — атмосферные воды, ветер и т. д. При определенных условиях это воздействие может привести к значительному разрушению почвы и потере ею плодородия. Одна из задач земледелия заключается поэтому в охране почв от разрушения. Такую охрану можно успешно вести, лишь хорошо зная причины возникновения и проявления процессов разрушения. Эти вопросы тоже изучаются геологией. Все это определяет взаимосвязь почвоведения и геологии. Следовательно, будущим специалистам сельского и лесного хозяйства необходимо знать современное состояние и состав земной коры и процессы ее изменения.

1.2 Происхождение, строение Земли и Солнечной системы

Проблема происхождения Земли и Солнечной системы интересовала человечество еще в глубокой древности. Так, у древних греков за 2-3 столетия до нашей эры по этому вопросу существовали 2 принципиально различные точки зрения. Согласно первой (Птоломей) Солнечная система построена геоцентрично. В центре мироздания располагается Земля, которая неподвижна, а все остальные планеты Солнце и другие звезды обращаются вокруг Земли. Другая гипотеза получила название гелиоцентризма. Ее сторонники центром мироздания считали Солнце. В середине ХVI в. великий польский астроном Н. Коперник математически обосновал гелиоцентрическую гипотезу. Однако и после этого она долго не получала признания.

Первая научная гипотеза о происхождении Солнечной системы и всей Вселенной принадлежит немецкому философу И. Канту (1755г). Во времена господства метафизики он смело заявил: «Дайте мне материю, и я покажу Вам, как из нее должен образоваться мир». В своей книге он излагает гипотезу образования солнечной системы из рассеянной материи (из определенных частиц). В 1796 г. знаменитый французский астроном и математик Лаплас отмечал, что планетная система образовалась из раскаленной, разреженной атмосферы первичного Солнца (из газа), окружающей его во время образования и простиравшейся за пределы современной Cолнечной системы. Огромная заслуга Канта и Лапласа, выходящая за рамки космогонии, заключается в том, что в решении вопроса о происхождении Солнечной системы они впервые в естествознании ввели принцип развития, развития под воздействием природных сил без какого бы то ни было вмешательства творца (бога).

Большой интерес представляют гипотезы ученых О. Шмидта и В. Фесенкова. Эти ученые в отличие от других рассматривают развитие Солнечной системы, и в частности, Земли не только как механическое перемещение тел в пространстве.

Гипотеза академика О.Ю. Шмидта. О. Шмидт предполагает образование Земли и других планет из межзвездной холодной метеоритной пыли, захваченной полем тяготения Солнца. Солнце старше планет и Земли. Земля возникла постепенно путем «сбора» твердых частиц - метеоритов. По представлениям О. Шмидта, вокруг Солнца существовал протяженный рой пылевой материи, из которой в процессе эволюции возникли планеты. Главными движущими факторами эволюции облака (газово-пылевого вещества) были, во-первых, действие сил тяготения и, во-вторых, процесс перехода механической энергии в тепловую.

Гипотеза академика В.Г Фесенкова. В.Фесенков склоняется к мысли о том, что поскольку возраст Солнца близок возрасту Земли, допустимо считать, что Солнце и окружающие его планеты образовались одновременно и что это единый процесс происхождения звездной системы из одной и той же исходной среды – некоторой газово-пылевой туманности. Внутренние части уплотнения послужили материалом для образования Солнца, внешние - планет. Земля образовалась сразу во всей массе, а не собиралась из отдельных частиц. К сожалению гипотеза В. Фесенкова не в состоянии объяснить, почему около 90% массы Солнца составляют самые легкие элементы «H⁺» и «He⁺» (гелий), а на Земле этих элементов содержится ничтожное количество.

Имеется еще целый ряд гипотез, однако строго научно обоснованной теории происхождения Земли не выработано. На основе новых данных космохимии, геохимии, геофизики постепенно выясняются вероятные пути образования Земли, ее химического состава и основных оболочек.

Строение солнечной системы. Солнечная система состоит из центрального тела Солнца, вокруг которого вращается множество спутников. Все они малы по сравнению с самим Солнцем, но с точки зрения наших земных масштабов среди них есть и очень крупные. Наибольшими из спутников Солнца является 9 больших планет, к числу которых относится и наша Земля. Из крупных планет, кроме Земли, в Солнечную систему входят Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Кроме них, спутниками Солнца являются тысячи астероидов (малых планет) и комет, а также огромный рой мелких тел и частиц. Двигаясь в Cолнечной системе, эти частицы иногда сталкиваются с Землей. Влетая с огромными скоростями в земную атмосферу, они дают мгновенную вспышку метеора - «падающей звезды». Крупные метеорные тела иногда не успевают испариться в воздухе, и их остатки выпадают на поверхность Земли в виде метеоритов.

Движение планет вокруг Солнца обладает рядом характерных особенностей. Во первых, орбиты планет очень близки к круговым и являются слабо вытянутыми эллипсами. Во вторых, пути планет вокруг Солнца мало наклонены друг к другу, так что планетная система является очень плоским образованием. В третьих, все без исключения планеты - и большие и малые - движутся вокруг Солнца в одном и том же направлении - против часовой стрелки, также происходит и вращение вокруг своей оси самих планет. Эти особенности движения показывают, что планетная система является не случайным собранием тел, имеющих различное происхождение, а единой, закономерно возникающей семьей планет. На это указывает также и связь между физическими свойствами и их положением в Cолнечной системе.

Четыре ближайших планеты к Солнцу - это Меркурий, Венера, Земля и Марс - сравнительно невелики (Земля является наибольшей из них), но имеют довольно большую плотность, в 4 -5 раз превосходящую плотность воды. Далекие от Солнца Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун значительно массивнее планет земной группы, и гораздо больше их по размерам, но имеют малую среднюю плотность, близкую к плотности воды (плотность Сатурна даже меньше плотности воды). Различие между планетами земной группы и планетами - гигантами проявляется не только в их размерах и плотностях, но также и в скоростях суточного вращения и количестве спутников. Так, например, огромные планеты - Юпитер и Сатурн - вращаются вдвое быстрее по сравнению с маленькими планетами - Земля и Марс. В то время как планеты земной группы либо вовсе не имеют спутников, либо имеют одного - двух, Юпитер имеет их 12, а Сатурн, кроме 9 крупных спутников, имеет еще множество мелких