2.1 Методы почвенно-географических исследований

В почвоведении используется широкий комплекс методов исследования почвы, адекватных ее специфике как природного тела.

Профильный метод, разработанный В. В. Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований. Он требует обязатель­ного изучения почвы с поверхности на всю глубину ее толщи последовательно по генетическим горизонтам вплоть до материн­ской породы и сопоставления изучаемых свойств или парамет­ров почвенного профиля. Метод адекватно отражает природные закономерности вертикальной анизотропности почвы, развития почвообразовательного процесса и почвенных режимов.

Морфологический метод изучения строения почвенного про­филя, разработанный также В. В. Докучаевым, является базис­ным при проведении полевых почвенных исследований и составля­ет основу полевой диагностики почв. В почвоведении используются широко все три вида морфологического анализа: макроморфологический при изучении почвы невооруженным глазом, мезоморфологический с применением лупы и бинокуляра, микроморфологический с помощью микроскопов вплоть до электронного. Морфологический анализ почвы является начальным этапом всех почвенных исследований.

Сравнительно-географический метод, основанный на сопос­тавлении почв и соответствующих факторов почвообразования в их историческом развитии и пространственном распростране­нии, позволяет делать обоснованные заключения о генезисе почв и закономерностях их географии.

Сравнительно-исторический метод, базирующийся на принци­пе актуализма, дает возможность исследовать прошлое почв и почвенного покрова на основании изучения современной ситуа­ции. Детальное изучение погребенных почв и почвенных горизонтов, реликтовых признаков почв и их сопоставление с современными процессами лежат в основе палеопочвоведения — науки о прошлых почвах и о признаках прошлых эпох в современном почвенном покрове.

Метод почвенных ключей, основанный на детальном генетико­географическом анализе небольших репрезентативных участков-ключей и интерполяции полученных таким путем заключений на крупные территории с однотипной структурой почвенного покро­ва, позволяет познать большие территориальные единицы с эко­номией средств и ресурсов.

Метод почвенных монолитов базируется на принципе физи­ческого моделирования почвенных процессов (передвижения вла­ги, солей, обмена ионов и т. д.) на почвенных колонках (моно­литах) ненарушенного строения, взятых особым образом из почвенного разреза.

Метод почвенных лизиметров широко используется для изуче­ния процессов вертикальной миграции веществ в природных почвах. При этом почвенный монолит того или иного объема, в зависимости от целей исследования, погруженный в водоне­проницаемую оболочку, помещается на свое место в природ­ную почву, а исследованию подвергаются вытекающие из его нижней части растворы. Существуют разные модификации этого метода, разработанные для изучения разных процессов в разных условиях. Расширенным вариантом лизиметрического метода служит метод стоковых площадок: площадка определен­ного размера окружается до некоторой глубины, желательно до относительно водоупорного горизонта, водонепроницаемой стенкой в траншее. На стоковых площадках изучают поверхност­ный и внутрипочвенный горизонтальный сток, эрозию почвы.

Метод почвенно-режимных наблюдений применяется для исследования кинетики современного почвообразования на основе измерения тех или иных параметров (влажность, температура, содержание солей, гумуса, азота, других элементов минераль­ного питания и т. п.) в одной и той же почве в течение дли­тельного времени (вегетационный сезон, год, несколько лет) через заданные временные промежутки. Этот метод лежит в ос­нове биосферного мониторинга.

Балансовый метод служит также для изучения кинетики почвообразования. В его основе лежит тот факт, что наблюда­емый в данный момент времени в почве запас какого-то вещест­ва (воды, солей, азота и т. п.) или энергии является результатом изменения его исходного запаса за счет прихода и расхода в еди­нице объема почвы за определенный промежуток времени.

Метод почвенных вытяжек основан на гипотезе о том, что каждый растворитель (вода, растворы разных кислот, щелочей или солей разной концентрации, органические растворители - спирт, ацетон, бензол и т. п.) экстрагирует из почвы при конт­ролируемых условиях взаимодействия какую-то определенную группу соединений интересующего исследователя элемента. Метод особенно широко используется для изучения доступных растениям элементов питания, фракционного состава почвенного гумуса, подвижных соединений в почвах, процессов их миграции и аккумуляции, различных химических соединений тех или иных элементов.

Аэрокосмические методы в почвоведении включают, с одной стороны, инструментальное или визуальное изучение фотографий земной поверхности, полученных в разных диапазонах спектра и с разной высоты, а с другой стороны - прямое исследование с самолетов и космических аппаратов спектральной отражательной или поглотительной способности почвы также в разных областях спектра. Этими методами исследуется не только география почв, но и динамика ряда их важных параметров - влажность, плот­ность, солесодержание, гумусность.

Радиоизотопные методы в почвоведении применяются для изу­чения процессов миграции тех или иных элементов и их соедине­ний в почвах и в экосистемах на основе меченых атомов (радио­активных изотопов). Соотношение различных изотопов в почвах, например ¹²С:¹⁴С, используется для определения возраста почв.

Для анализа вещественного (гранулометрического, минерало­гического, химического) состава почв в почвоведении исполь­зуется весь современный арсенал имеющихся в распоряжении науки физических, физико-химических, химических и биологиче­ских аналитических методов.

Наконец, необходимо отметить широкое распространение био-геоценотического или экосистемного метода, при котором про­водится сопряженное одновременное изучение всех компонентов биогеоценоза: почвы, растений, животных, микроорганизмов, атмосферы, природных вод в определенных условиях географиче­ской среды. Важно подчеркнуть, что этот метод был разработан и впервые широко применен именно почвоведами на основе докучаевской теории почвообразования.

Полевые почвенные исследования включают экспедиционные и стационарные методы изучения почв: рекогносцировочные мар­шрутные почвенные обследования; картирование почвенного пок­рова в заданном масштабе; многолетние режимные наблюдения на специально подобранных и оборудованных стационарах, в том числе особенно в заповедниках природы и на опытных стан­циях; определение параметров тех или иных свойств почв в нена­рушенном природном состоянии; эксперименты по мелиорации и трансформации почв, в том числе в производственных услови­ях; изучение отдельных типов почв по их репрезентативным разрезам; модельные эксперименты в природных условиях, в том числе с использованием лизиметров и стоковых площадок.

При лабораторных почвенных исследованиях проводят анализ вещественного состава почв, изучают их микроморфологию, раз­личные физические и химические свойства, осуществляют физи­ческое и математическое моделирование почвенных процессов, инструментальную обработку данных полевых работ.

В почвоведении широко используется системный методический подход, при котором почва рассматривается, с одной стороны, как целостная система, состоящая из множества взаимодействующих подсистем-блоков, а с другой — как подсистема в экосистемах биосферы или экосферы.

В полевых условиях изучают и определяют почвы и дают им на­звания по морфологическим признакам. По морфологическим (внеш­ним) признакам почву можно определить так же, как определяется минерал, растение или животное. Для изучения и определения почв в природе, установления гра­ниц между различными почвами, взятия образцов для анализов за­кладывают специальные ямы, которые принято называть почвенны­ми разрезами. Они бывают трех типов; полные (основные) разрезы, полуямы (контрольные), прикопки (поверхностные).

Полные, или основные, разрезы делают с таким расчетом, чтобы были видны все почвенные горизонты и частично верхняя часть неизмененной или малоизмененной материнской породы. Их закладывают в наиболее типичных, характерных местах. Они служат для детального изучения морфолого-генетических призна­ков почв и отбора образцов по генетическим горизонтам для фи­зико-химических, биологических и других анализов, определения окраски, структуры и т. д. Глубина основных почвенных разре­зов сильно варьирует в зависимости от мощности почв и целей исследований. Обычно в практике полевых почвенных исследо­ваний и картирования почв почвенные разрезы закладывают на глубину 1,5-2 м.

Полуямы, или контрольные разрезы, закладывают на мень­шую глубину - от 75 до 125 см, обычно до начала материнской породы. Они служат для дополнительного (контрольного) изуче­ния основной части почвенного профиля - мощности гумусовых и других горизонтов, глубины вскипания и залегания солей, степени выщелоченности, оподзоленности, солонцеватости, солончаковости и др.

Прикопки, или мелкие поверхностные разрезы глубиною менее 75 см, служат главным образом для уточнения почвенных границ выявленных полными разрезами и полуямами.

Разрез необходимо закладывать в наиболее характерном ном месте обследуемой территории. Почвенные разрезы не должны

закладываться вблизи дорог, рядом с канавами, свалками, отстойниками на нетипичных для данной территории элементах микрорельефа (понижения, кочки).

На выбранном для почвенного разреза месте копают яму размером 0,8x1,5x2,0 м так, чтобы три стенки ее были отвесны те вертикальны, а четвертая — со ступеньками. Передняя «лицевая» стенка, которая предназначается для изучения почвенного разреза должна быть обращена к солнцу. Почву из ямы необходимо выбра­сывать на длинные боковые стороны, но ни в коем случае не в сторону «лицевой» стенки, так как это приводит к ее «загрязнению» и даже к разрушению верхней части стенки почвенного разреза. Ког­да яма готова, необходимо, в первую очередь, определить характер почвообразующей породы, ее гранулометрический состав, засоление степень увлажнения и взять образец материнской породы для последующего изучения или анализа, так как в дальнейшем при препари­ровании нижняя часть «лицевой» стенки и дно ямы будут засорены осыпающейся почвенной массой из верхних горизонтов. После этого «лицевую»- стенку гладко очищают лопатой и одну (правую) полови­ну стенки препарируют стамеской или маленькой лопаткой, для того чтобы лучше рассмотреть морфолого-генетические признаки почв, а вторую (левую) половину стенки оставляют в гладко зачищенном виде для сравнения и контроля. Затем необходимо приступить к изу­чению морфолого-генетических признаков почв и описанию почвен­ного разреза.

По морфологическим признакам можно читать историю разви­тия почв, выяснить ее генезис и до некоторой степени установить агрономическую ценность почв. Поэтому при изучении почв в поле

и морфологическом описании почвенного разреза очень важно пра­вильно «прочитать» почвенный разрез.

Техника и последовательность работ при изучении и описании по­чвенного разреза и ведении дневника следующие.

1.Записать номер, дату и географическое положение разреза, от­метить характер рельефа, точно указать, на каком элементе рельефа сделан разрез, описать угодье и его состояние; растительность (со­став, густота и состояние); состояние поверхности (заболоченность, кочковатость, трещиноватость, засоленность, каменистость и другие характерные особенности); дать агрономическую оценку почв с уче­том данных о сельскохозяйственной ценности почвы; отметить мате­ринские и подстилающие породы и глубину грунтовых вод, если они обнаружены. Определить местоположение разреза и его привязку. Ознакомление с рельефом, растительностью, ее состоянием и други­ми характерными особенностями участка, на котором сделан разрез, проводится в тот промежуток времени, который необходим для коп­ки предназначенного к изучению разреза.

2. Определить глубину и характер вскипания почвы от 10%-ного раствора соляной кислоты. Для этого на свежепрепарированной ли­цевой стенке разреза закрепляют клеенчатый сантиметр так, чтобы ноль совпал с поверхностью почвы, и последовательно сверху донизу капают на почву соляную кислоту, которая при наличии карбонатов кальция дает «вскипание»- различной интенсивности (слабое, среднее, сильное или бурное). В той части стенки, где определялась глубина и характер вскипания от соляной кислоты, образцы почв для анали­за брать нельзя.

3. Определить мощность каждого горизонта и подгоризонта почв с последующим подробным изучением их морфолого-генетических при­знаков: гранулометрического состава, физических свойств и других особенностей (окраска, структура, влажность, плотность, скважность, новообразования, включения, корневая система, характер перехода одного горизонта в другой).

4. В некоторых случаях для более полной характеристики почв (засоленные, переувлажненные и др.) произвести некоторые простые химические анализы (определение рН, хлористых и сернокислых со­лей, наличия железа, соды и др.); определить некоторые физические свойства (влажность, плотность и др.), не требующие сложного обо­рудования.

5. Дать полевое определение почвы, установить ее ценность. В на­звании почв необходимо отразить тип, подтип, вид, разновидность и материнскую породу, например: чернозем обыкновенный средне-мощный тяжелосуглинистый на лессах. Наметить примерные грани­цы ее распространения на изучаемой территории и, наконец, взять почвенные образцы для анализов, а при необходимости и монолит. Почвенный разрез после его изучения, описания и взятия образцов должен быть зарыт.

Подготовительная работа предполагает самостоятельный сбор и проработку литературных и картографических материалов по району исследований. Из-за общего лимита времени, отводимого на отдельные виды практик, эта работа не мо­жет быть проведена в полном объеме как самостоятельная работа студентов. В соответствии с действующим расписанием все студенты предварительно проходят геоморфологическую практику, во время которой они изучают геологическое строение и рельеф терри­тории учебной практики. В кабинете почвоведения студенты могут и ознакомиться с обзорными геоморфологической и почвенной карта ми, картой сельскохозяйственных угодий, образцами почвообразующих пород и почв, с гербарием широко распространенных ландшафтообразующих растений. Кроме этого, все сведения о факторах почвообразования и почвах района практики студенты получают из вступительной лекции преподавателя, которая проводится в поле во время первого обзорного маршрута.

Полевые исследования занимают основную часть времени (4 дня) на учебной практике по почвоведению. В первые два дня практики во время обзорных рекогносцировочных маршрутов студенты всей группой под руководством преподавателя знакомятся с основными закономерностями распределения почв в зависимости от условий почвообразования, для чего закладывает­ся серия почвенных разрезов в различных ландшафтных условиях. Маршруты пересекают изучаемую территорию в наиболее типичных местах по определенным профилям, о тем чтобы выявить корреля­тивные зависимости в формировании и размещении почв, связанные со сменой всего комплекса природных условий или отдельных фак­торов почвообразования. Во время маршрутов студенты изучают зональные дерново-подзолистые почвы, формирующиеся в разных условиях рельефа, на различных почвообразующих породах, под той или иной растительностью а также почвы интразональные солотные, пойменные, дерново-каробнатные. При изучении конкретных почв студенты постепенно приобретают навыки в приемах заложения и методике полевого описания почвенных разрезов и факторов почвообразования.

Во время полевой работы, проходящей под руководством пре­подавателя, студенты ведут индивидуальные дневники, в которых

записывают вводную лекцию преподавателя, все его объяснения по ходу маршрутов, производят описания почвенных разрезов и ландшафтной обстановки у разреза, а также фиксируют свои личные полевые наблюдения.

При маршрутных полевых исследованиях студенты пользуются аэрофотоснимками и топографической картой территории практики, рва которые они наносят линии направлений маршрутов, точки наблюдений и места заложения почвенных разрезов.

Третий и четвертый дни практики отводятся студентам для I самостоятельных полевых исследовании, во время которых они проводят картографирование почвенного покрова небольшого участка.

Камеральная обработка полевых материалов проводится в течение последних двух дней практики. В этот период студенты сообщают полевые записи, вырабатывают окончательную легенду к полевой почвенной карте, составляют систематический список почв, оформляют почвенную кар­ту (вычерчивают и закрашивают контуры, индексируют их в соот­ветствии с принятыми обозначениями), составляют и вычерчивают комплексный профиль, пишут отчет и сдают зачет.