Характеристика почвообразовательных процессов

4.

3.

2.

1.

Почвоведение – наука о почвах, их образовании (генезисе), строении, составе и свойствах; о закономерностях их географического распространения, о процессах взаимосвязи с внешней средой, определяющих формирование и развитие главнейшего свойства почв – плодородие; о путях рационального использования почв в сельском и народном хозяйстве и об изменении почвенного покрова в агрикультурных условиях.

Первое научное определение почвы дал В.В. Докучаев «Почвой следует называть дневные или наружные горизонты горных пород, естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мёртвых».

Он установил, что все почвы на земной поверхности образуются путем чрезвычайно сложного взаимодействия местного климата, растительности и животных организмов, состава и строения материнских горных пород, рельефа местности и возраста страны.

Основным свойством почвы является плодородие – способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла для нормальной деятельности и создания урожая.

Именно это важнейшее качество почвы, отличающее её от горной породы, подчёркивал В.Р. Вильямс, определяя почву как «поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений.

Развитие почв и почвенного покрова, как и формирование их плодородия, тесно связано с конкретным сочетанием природных факторов почвообразования и многообразным влиянием человеческого общества, с развитием его производительных сил, экономических и социальных условий.

Разнообразие климатических условий, растительности, горных пород, рельефа, различный возраст отдельных территорий обуславливают и разнообразие почв в природе. Географические закономерности их распространения определяются сочетанием факторов почвообразования.

Обладая свойством плодородия, почва выступает как основное средство производства в сельском хозяйстве. Используя почву как средство производства, человек существенно изменяет почвообразование, влияя как непосредственно на свойства почвы, её режимы и плодородие, так и на природные факторы, определяющие почвообразование.

Следовательно, почва является не только предметом приложения человеческого труда, но в известной степени и предметом этого 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.

Истоки знаний о почве как природном теле и средстве производства исходят из глубокой древности.

В связи с переходом к возделыванию растений, т.е. к земледелию, человек вынужден был накапливать сведения о почвах, чтобы различать и оценивать их. В истории почвоведения можно выделить несколько основных этапов формирования науки о почве.

Первый этап – этап накопления разрозненных фактов о свойствах и плодородии почв, становления земледелия. Относится к временам неолита и бронзы (10-11 тыс. лет до н.э.) и связан с возникновением и развитием приёмов земледелия.

Второй этап – этап обособления знаний о почвах и системе их использования, введения первичного земельного кадастра. Приходится на период развития рабовладельческого строя и земледельческой цивилизации (2500-800 лет до н.э.). Характеризуется познанием почвенного разнообразия, дифференцированным подходом к использованию почвы оценке качества земельных участков, созданием орошаемого земледелия, введением земельно-водного законодательства и земельного кадастра (в Египте, Индостане, Китае).

Третий этап – этап первичной систематизации сведений о почвах. Охватывает период греко-римской цивилизации (VIII век до н.э. и III век н.э.). Этому этапу свойственны обобщение накопленных знаний, выработка как общенаучных, так и научно-практических концепций, в которых представлены первые почвенные классификации, рекомендации по земледельческому использованию и удобрению, описания различных почв. (труды Аристотеля, Катона, Варрона и др.).

Четвертый этап – этап изучения почв и проведения земельно-кадастровых работ. В этот период (VI- XVII вв.) в связи с установлением феодальных отношений в Германии, Франции, Англии были разработаны землеоценочные акты, в России (XV-XVIIвв.) созданы Писцовые книги, появились почвенно-оценочные документы для других территорий.

Пятый этап – этап зарождения современных воззрений на почву, углубленного экспериментального изучения почв и их плодородия. Обусловлен развитием экстенсивного земледелия в XVIII вв. Наиболее известными, оказавшими значительное влияние на развитие агропочвенных знаний, были труды Кюльбеля (Германия 1740) изучавший плодородие почвы. В России новые идеи о формировании почв, их использовании и плодородии были высказаны М.В. Ломоносовым (1763), А.Т. Болотовым (1766), И.М. Комовым (1788), и другими учеными.

Шестой этап – этап становления и развития агрикультурхимии, агрогеологии и почвенной картографии. Этот период (XIXв.) предшествовал возникновению современного генетического почвоведения как самостоятельной науки; он совпадает с бурным развитием капитализма.

Были проведены оригинальные исследования и получены новые данные о химии почв, особенно гумуса, минералогическом и гранулометрическом составе почвы, значении её в жизни растений, заложены основы почвенной картографии, особо выделены сведения о чернозёме, обращено внимание на социально-экономическое значение почвы. Однако научный взгляд на почву как на самостоятельное природное тело и её происхождение не был сформулирован.

Седьмой этап – этап создания генетического почвоведения. Рождение современной науки о почве официально связывают с публикацией в 1883 г. фундаментального труда В.В. Докучаева «Русский чернозём». В этой книге и в последующих работах «К учению о зонах природы», «Материалы по изучению русских почв» и др., были изложены новые методические подходы и основные теоретические концепции современного генетического почвоведения. Докучав впервые доказал, что почва – самостоятельное естественно-историческое тело природы, качественно отличающееся от других природных тел (горных пород).

Он возглавлял ныне Харьковский национальный аграрный университет им. В.В. Докучаева, в котором основал первую в России кафедру почвоведения (1895г.). За рубежом в этот период создавали школы почвоведов М.Э. Вольни (Германия), Н.П. Пушкаров (Болгария), Е.В. Гильгард (США) и др. Параллельно со школой В.В.Докучаева в это время исследованиями почв занимался П.А. Костычев.

Восьмой этап – этап интенсивного развития и становления докучаевского учения о почвах как новой науки, её дифференциации и оформления специализированных направлений. Он относится к периоду между Первой и Второй мировыми войнами (1914-1941гг.). многочисленные разносторонние исследования почв в разных странах, и прежде всего в России, подтвердили основные положения учения В.В. Докучаева, углубили и расширили его, утвердив как всемирнопризнанную современную науку о почве.

Девятый этап – современный этап. Это период с окончания Второй мировой войны до наших дней. Он характеризуется интенсификацией изучения почвенного покрова, охраны почв, их окультуривания и рационального использования, расширенного воспроизводства почвенного плодородия с применением новейших методов математики, физики, химии.

Десятый этап – новейший этап развития. Начался в 90 х годах XX в и сопряжён с переходом общества к рыночной экономике. В современных условиях почвоведение развивается в тесной взаимосвязи с экономикой сельскохозяйственного производства, земельным и экологическим правом, экологией.

Почвоведение является широкой естественнонаучной дисциплиной. Среди наук, с которыми соприкасается почвоведение, с одной стороны необходимо назвать науки фундаментальные (физика, химия, математика), методами которых почвоведение широко пользуется, с другой стороны – естественные, сельскохозяйственные и экономические науки, с которыми почвоведение находится в состоянии постоянного теоретического обмена. К последним относятся: науки геолого-географического цикла (геология с минералогией и петрографией, гидрогеология, физическая география, геоботаника), науки агробиологического цикла (биология, микробиология, биохимия, физиология растений, растениеводство, земледелие).

Почва тесно связана с жизнью и хозяйственной деятельностью человека: хозяйственных и промышленных построек, прокладкой дорог, выращиванием культурных растений. Почва – природная основа, естественная база сельскохозяйственного производства, и почвоведение дают возможность разрабатывать эффективные методы и технологии возделывания культурных растений, увеличивать выход биологической продукции с единицы земельной площади, производить экологически чистый продукт.

Почвоведение решает следующие задачи:

– повышение эффективного плодородия почв;

– учёт земель и их качества в целях создания правильных севооборотов;

– агрохимическая характеристика почв в целях правильного распределения удобрений;

– исследования в области мелиорации;

– исследования физических и водных свойств почв;

– борьба с водной и ветровой эрозией;

– рекультивация земель.

ЛЕКЦИЯ №2 (2 часа)

Общая схема почвообразовательного процесса

1.Понятие о геологических процессах.

2. Образование минеральной части почвы. Выветривание, его виды и продукты. Особенности выветривания в различных климатических зонах.

3. Понятие о корах выветривания.

4. Вторичные минералы, их происхождение, состав, свойства и значение. Глинистые минералы и их влияние на агрономические свойства почвы.

1. Современное геологическое строение земной коры – результат длительных процессов, происходивших как внутри земного шара, так и на его поверхности, на всём протяжении развития нашей планеты.

Литосфера испытывает непрерывные превращения под влиянием различных сил, изменяющих земную поверхность: внутренних или эндогенных; внешних или экзогенных.

Эндогенные силы действуют из глубины земного шара, под их воздействием изменяется строение земной коры, происходят её колебания, поднятия и опускания. Процессы, изменяющие строение земной коры, носят название тектонических.

К эндогенным процессам относятся следующие: магматизм, землетрясения, эпейрогенез (вековые колебания), горообразование (орогенез), метаморфизм.

Магматизм – явления, связанные с движением магмы, делятся на два вида: 1 вулканизм (внешний) и 2 глубинный (интрузивный). В результате магматизма образуются магматические горные породы.

Землетрясения – всякое сотрясение земной коры, происходящее под действием, преимущественно, эндогенных сил. Наиболее характерная особенность землетрясения – мгновенность производимого им разрушения. Ощутимых землетрясений бывает 8-10 тысяч в год, из них 110 оказываются разрушительными. Возникают в результате обвалов в земной коре, деятельности вулканов, движения земной коры.

Эпейрогенез – вековые колебания земной поверхности, состоящие из очень медленных поднятий и опусканий.

В случае опускания участка земной поверхности и затопления его морем происходит трансгрессия моря т.е. наступление его на сушу. В случае же поднятия суши происходит регрессия или отступление моря.

Орогенез – процессы, разрывающие и сминающие земную кору.

Метаморфизм – изменение горных пород и минералов в результате высокого давления и температуры.

К экзогенным процессам относятся: 1. выветривание гонных пород и минералов; 2. водная и ветровая эрозия; 3. разрушения морем; 4. суффозия – деятельность подземных вод.

2. Источником минеральной части твердой фазы почвы являются горные породы и минералы различных происхождения и состава. Выходящие на земную поверхность плотные горные породы практически бесплодны

Почвообразование возможно только на рыхлом субстрате, обеспечивающем проникновение и закрепление в его толще корней растений, накопление влаги, аэрацию и необходимую доступность питательных веществ. Перечисленные свойства появляются у горных пород и минералов в процессе выветривания. Выветривание – совокупность процессов разрушающих и изменяющих горные породы.

В зависимости от характера и причин разрушения горных пород различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

1) Физическое выветривание – это процесс механического дробления горных пород и образующих их минералов на обломки разной величины и формы без изменения химического состава. Главные факторы физического выветривания: температурные колебания (суточные и сезонные), действие замерзающей воды, ветра и т.д. массивно- кристаллические горные породы в большинстве случаев состоят из минералов с различными свойствами: одни из них нагреваются быстрее, другие медленнее; одни способны при нагревании расширяться больше, другие меньше. Поэтому при нагревании порода начинает давать трещины, отдельные кристаллы начинают обособляться друг от друга, расшатываться, выпадать, образуя рыхлую раздробленную массу или рухляк. Дальнейшее выветривание рухляка приводит к еще большему его дроблению и измельчению. В такой же степени физическому выветриванию подвергаются и породы однородного состава. Большую роль в этом процессе играет малая теплопроводность горных пород. В связи с этим различные части горных пород под влиянием солнечных лучей разогреваются неравномерно, и происходит неравномерное расширение, а это приводит к постепенному растрескиванию породы. Такому разрушению в значительной степени способствует вода, которая тем или иным путем попадает в образовавшиеся в горной породе трещины

2) Наряду и неразрывно с физическим выветриванием, у горных пород в природе происходит химическое выветривание – разрушение и изменение горных пород и минералов под влиянием химических процессов, наиболее важные из которых – это растворение, окисление, гидролиз и гидратация. Под действием этих процессов возникают новые продукты, качественно отличные по составу и свойствам от разрушаемой породы. К важнейшим факторам, обусловливающим химическое выветривание, относятся вода, углекислый газ и кислород воздуха. Самый активный из этих факторов – вода. Она, прежде всего, служит растворителем горных пород. В ней способны растворяться все породы. Насыщенная углекислотой, она энергично химически разлагает сложные горные породы, образуя новые соединения.

3) Биологическое или органическое выветривание – результат жизнедеятельности растительных и животных организмов. Так, древесная растительность в районах выхода на дневную поверхность твердит каменистых пород действует на них механически, расклинивая корнями трещины. Растительный покров способен задерживать влагу на поверхности земной коры, увеличивая тем самым продолжительность действия ее на горные породы. В этом отношении растительность играет роль косвенного фактора в разрушении минералов и горных пород. В то же время корни всех растений выделяют различные органические кислоты, которые растворяют минеральные соединения, усиливая процесс их разрушения. При гниении растительных и животных остатков также выделяются органические кислоты, оказывающие аналогичное воздействие на различные минеральные соединения земной коры. Значительную роль в биологическом выветривании играют микроорганизмы, лишайники, роющие и копающие животные. Все они прямо (путем выделения кислотных соединений) или косвенно (путем усиления доступа углекислого газа и воды в поверхностные части земной коры) также участвуют в изменении и разрушении минеральных соединений и горных пород.

Таковы в основном те главнейшие факторы, под влиянием которых происходят непрерывные процессы разрушения или выветривания горных пород в земной коре.

3. Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания, называются корой выветривания. В ней различают две зоны: зону поверхностного, или современного выветривания, и зону глубинного, или древнего выветривания. Мощность коры современного выветривания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, колеблется от нескольких сантиметров до 2-10 м.

Процессы выветривания в значительной степени обусловлены климатом. Интенсивность выветривания определяется главным образом температурой и количеством осадков. В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата выщелачиваются. Поэтому на земном шаре образуются разные типы коры выветривания, отличающиеся по минералогическому составу.

Различают два основных типа коры выветривания:

1) сиаллитную, распространенную в регионах с умеренно влажным климатом, для нее характерно образование глинистых минералов, преимущественно монтмориллонитовой группы, и гидрослюд, сохранение наиболее устойчивых первичных минералов;

2) аллитную, формирующуюся в условиях влажного субтропического и тропического климата, для которой характерно господство вторичных минералов группы гидроокисей железа и алюминия.

Совокупность остаточных продуктов выветривания различных по составу элювиальных образований в верхнем слое литосферы, называется остаточной (элювиальной) корой выветривания. Перемещения водой, ветром, льдом продукты выветривания формируют аккумулятивные (переотложенные) коры выветривания.

4. В почвах и породах видовой состав наиболее распространенных вторичных минералов, как и первичных, невелик. Среди вторичных минералов различают минералы простых солей, минералы гидроокисей и окисей, глинистые минералы.

Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. к таким солям относятся: магнезит, кальцит, доломит, галит, фосфаты, нитраты и т.д. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата.

Минералы гидроокисей и окисей – гидроокиси кремния, алюминия, железа, марганца, образующиеся в аморфной форме при выветривании первичных минералов.

Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей физической формулой nSiO₂Al₂O₃*mH₂O и характерным молярным отношением SiO₂ и Al₂O₃, изменяющимся от 2 до 5. Глинистые минералы образуются в результате синтеза из простых продуктов выветривания первичных минералов путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования. Кроме того, они могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков. К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд. Эти минералы входят в состав природных глин.

ЛЕКЦИЯ № 3 (2 часа)

1. Почвообразование как процесс взаимодействия живых организмов и продуктов их жизнедеятельности с материнской породой

2. Круговорот веществ в природе. Большой геологический круговорот (БГК) и малый биологический круговорот (МБК)

3. Классификация почвообразовательных процессов

4. Формирование профиля почвы

5. Характеристика факторов почвообразования

1. Во всех породах, покрывающих поверхность земного шара, с момента их образования возникают и непрерывно развиваются процессы физического и химического выветривания.

В результате выветривания горные породы переходят из массивного состояния (скалы, камни) в раздробленные. При этом они приобретают ряд новых свойств и особенностей: рыхлость, пористость, влагоемкость, водо- и воздухопроницаемость. Увеличивается их общая поверхность, которая усиливает химическое выветривание. Таким образом, начинают создаваться условия для произрастания растительности. Но тем не менее, в своем новом состоянии рыхлая горная порода еще бесплодна и характеризуется лишь зачатками плодородия.

Накопление зольной и азотной пищи в поверхностных горизонтах почвообразующей породы происходит в результате жизнедеятельности зеленых растений и микроорганизмов. Следовательно, одни процессы физического и химического выветривания не могут создать почвы из горной породы. Они только подготавливают ее к развитию на ней почвообразовательного процесса.

Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения веществ и энергии, совершающихся в поверхностных слоях земной коры, образующих почву. Началом процесса почвообразования необходимо считать тот момент, когда на продуктах выветривания появляется растительность и микроорганизмы.

Характерная особенность почвообразования – постепенно совершающиеся в поверхностных слоях измельчения горных пород, процессы синтеза и разрушения органического вещества, переходы минеральных соединений в органические и обратно

Все многообразие явлений в почвообразовании теснейшим образом связано с развитием растительности, животного мира и микроорганизмов.

2. В природе наблюдается большой, или геологический круговорот веществ, с которым связан процесс растворения и выноса питательных веществ из почвы в ручьи, реки, моря и океаны, где эти вещества и откладываются в виде составных частей различных пород.

Развитие геологического круговорота веществ в природе сопровождается обеднением минеральными элементами почв и, следовательно, снижением их плодородия. В почве постоянно совершаются процессы синтеза и разрушения органического вещества, непрерывный круговорот элементов зольной и азотной пищи в системе почва-растение. Оба процесса неразрывно связаны, составляя в совокупности малый, или биологический круговорот питательных веществ.

Благодаря ему в почве постоянно концентрируются элементы питания растений, и поддерживается плодородие. Биологический круговорот веществ лежит в основе сельскохозяйственного производства. Чем выше культура земледелия и чем рациональнее используется земля, тем меньше элементов питания растений вырываются из биологического круговорота и вовлекается в геологический круговорот, тем выше плодородие почв.

3. Общая схема почвообразовательного процесса рассматривает сложную картину и последовательные стадии формирования почвы. Генезис любой почвы состоит как минимум из трех последовательных стадий.

1. Начало почвообразования, называемое иногда первичным почвообразовательным процессом

2. Стадия развития почвы, на которой субстрат материнской породы последовательно приобретает характерные почвенные признаки

3. Стадия сформированной (зрелой) почвы, на которой преобладают циклические обратимые процессы. На данной стадии свойства почвы и уровни биопродуктивности соответствующих биогеоценозов относительно стабильны вследствие близости почвы к равновесию с факторами среды

По уровню проявления почвообразовательные процессы делят на три группы: микро-, макро- и мезопроцессы.

Микропроцессы – процессы небиологической природы (физические, химические), протекающие на атомно-ионном молекулярном и коллоидном уровнях: растворение-осаждение, испарение-конденсация.

Мезопроцессы – процессы, формирующие отдельные признаки, свойства или генетические горизонты почв: торфообразование, гумусовая аккумуляция, оподзоливание.

Макропроцессы – процессы, приводящие к образованию определенных почвенных типов со свойственной им системой генетических горизонтов: черноземов, подзолистых почв и т.д.

Наиболее часто под элементарными почвенными процессами понимают горизонто- или профилеобразующие процессы.

Подзолистый процесс почвообразования развивается под воздействием лесной (прежде всего хвойной) растительности в условиях влажного климата, особенно энергично на бескарбонатных материнских породах.

Черноземный или дерновый (гумусово-аккумулятивный) процесс протекает под влиянием многолетней травянистой растительности в условиях умеренного влажного климата, особенно энергично на рыхлых карбонатных горных породах (лесах).

Солонцовый (галогенный) процесс почвообразования развивается под влиянием легкорастворимых солей, главным образом хлоридов, сульфатов и карбонатов натрия, проявляется в различных природных зонах страны.

Болотный процесс развивается под влиянием болотной растительности в условиях постоянного избыточного увлажнения, вызывающего оглеение и накопление слаборазложившихся органических остатков в виде торфа.

Латеритный развивается в условиях теплого и достаточно влажного климата (тропики, субтропики).

Естественно-антропогенный процесс имеет четко выраженные общие закономерности своего развития и зональные особенности проявления.

4. Продукты взаимодействия минеральных веществ, передвигаясь в толще рыхлой породы, которая превращается в почву, осаждаются на определенной глубине. В результате этого материнские породы деформируются на ряд слоев, которые имеют неодинаковые свойства. Таким образом, почва приобретает характерное для нее строение, которое выражается чередованием различных горизонтов, отличающихся от материнской породы.

Совокупность горизонтов образует генетический профиль почвы. Последовательная смена генетических горизонтов сверху вниз называется строением профиля. Каждый горизонт имеет свое название, значение и особенности.

5. На почвообразование непосредственное влияние оказывают те природные условия, в которых оно протекает. Впервые тесную причинную взаимосвязь между природными условиями, характером почвообразования и свойствами почвы установил Докучаев. Условия, от которых зависит почвообразование, он назвал факторами почвообразования. К этим факторам относятся: почвообразующие породы. растительность и животный мир, климат, рельеф, возраст почв, антропогенный фактор.

Почвообразующие породы. Значение материнской породы заключается в том, что она служит средой, в которой проявляется деятельность живых организмов, и исходным материалом, из которого формируется почва.

Животный мир. Личинки различных насекомых, муравьи, земляные черви производят весьма глубокие изменения физических и химических свойств органических остатков и минеральной части почвы.

С растительностью связана аккумуляция питательных элементов в верхних горизонтах почвы, а также образование гумуса, она является питательным материалом для почвенных микроорганизмов.

Климат. С ним связано поступление тепла и влаги почву, а он в свою очередь определяет характер растительности и интенсивность почвенных микробиологических процессов.

Рельеф обусловливает перераспределение на поверхности суши солнечной радиации, осадков и растворенных в воде веществ.

Возраст почв. Формирование и эволюция почв происходят во времени. Обычно выделяют абсолютный возраст и относительный. Под абсолютным понимают время от начала формирования почвы до настоящего момента, под относительным – степень развития данной почвы.

ЛЕКЦИЯ №4 (2 часа)

Дата добавления: 2014-01-11